基于静动力学的滚动轴承故障模型分析及物理模拟

摘要

随着科学技术与工业的发展，机械设备与结构日益高速化、轻型化，机械结构的工作环境也更加复杂，使得机械结构的振动问题日益突出，甚至因振动引起严重的事故。作为旋转机械系统的主要组成之一，滚动轴承更是易损零件。由于设计不当和安装工艺不好或轴承的使用条件不佳，或突发载荷的影响，使滚动轴承运转一段时间后会产生各种各样的缺陷，并且在继续运行中进一步扩大，使轴承运行状态发生变化，以致系统剧烈振动。据统计，在使用滚动轴承的旋转机械中，大约30％的机械故障是由于滚动轴承的损坏造成的。因此，对滚动轴承进行静动力学分析，从内部找出其故障机理，对其进行故障诊断一直是轴承研究的热点。进行滚动轴承的静动力学及结构分析的最常用方法是有限元法；进行滚动轴承的状态检测监测与故障诊断的最常用方法是振动信号分析法。 本文在传统的静力学模型的基础上以Gupta的轴承动力学为理论依据建立了圆柱滚子滚动轴承的动力学模型，分析了轴承各零件的受力，研究了零件之间的相对运动；以轴对称问题的有限元分析为基础、ANSYS为计算机为工具，建立圆柱滚子滚动轴承有限元分析模型，对其进行了静力分析和模态分析，找出其故障机理；总结分析了滚动轴承典型故障的振动特征，建立了以希尔波特包络法为基础的故障模型；设计了滚动轴承故障诊断实验系统，并在该实验系统中对2612型短圆柱滚子轴承的几种典型故障进行了检测和诊断，利用包络解调谱法以MATLAB为工具进行信号的分析，得到了满意的结果。 本论文按照预定的要求完成了设计分析任务，建立了滚动轴承静动力学模型和有限元模型分析了其内部故障机理，研究了故障诊断方法及模拟实验，通过实验验证滚动轴承的故障诊断方法。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章滚动轴承动力学理论分析

第三章滚动轴承结构有限元分析

第四章滚动轴承的故障特征分析及故障模型

第五章滚动轴承故障诊断实验研究

第六章全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文