一种考虑多模式故障激励的深沟球轴承故障动力学建模方法

本发明涉及机械设备健康状态评估及故障诊断，具体是一种考虑多模式故障激励的深沟球轴承故障动力学建模方法。

背景技术：

1、轴承是机械系统的关键零部件之一，其状态直接影响到机械系统的运行状态，一旦轴承出现故障，将很可能带来巨大的经济损失，甚至导致人员伤亡。机械故障特征提取、故障严重程度评估等信号处理方法是轴承故障诊断的有效途径，而这些故障诊断方法往往需要故障特征的先验知识作为理论基础。实验验证是获取故障特征先验知识的主要方法之一，但是具体轴承的实验验证往往面临成本高昂、故障参数不明确、系统干扰大等难以克服的问题，因此通过动力学建模获取仿真信号来进行故障机理分析是十分重要的方法。

2、轴承内部受力情况相对复杂，且故障模式多变，传统的轴承动力学模型往往通过单一故障模式来定性分析某种单一的故障特征。这种方法对于故障机理研究有一定参考性但是无法准确反映轴承与故障严重程度之间的演化作用，存在较大的改进空间。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种考虑多模式故障激励的深沟球轴承故障动力学建模方法，以解决现有技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种考虑多模式故障激励的深沟球轴承故障动力学建模方法，包括以下步骤：

3、s1：根据深沟球轴承模型，建立了考虑多刚体独立自由度、混合弹流润滑影响和滚珠动态圆周运动要素的三维深沟球轴承动态解析模型；

4、s2：在模型基础上，将保持架兜孔、柔性保持架和刚性保持架模型建立在动态轴承模型中；并分析滚道、滚珠和动不平衡负载常见故障激励源下所建立模型的动态特征；

5、s3：将早期磨损以表面粗糙度变化的形式体现在动力学模型中；并通过表面粗糙度变化，经由混合弹流润滑影响、间接位移激励方式将故障特征辐射到滚珠滚道的径向力和摩擦力部分；

6、s4：建了早期微弱磨损、严重凹坑故障到轴承动态特性的完整逻辑链；基于所提出的动力学模型，定量地研究和讨论了故障深沟球轴承特征频率幅值随多重故障参数变化的演化规律。

7、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

8、1、建立了考虑多刚体独立自由度、混合弹流润滑影响和滚珠动态圆周运动等要素的深沟球轴承动态解析模型，具有精细化的优势；在建模过程中，本发明详细说明滚珠滑移和混合弹流润滑影响在深沟球轴承动力学模型建立中的应用。本发明在此模型中引入了滚道、滚珠和动不平衡负载等故障激励源，分析了在此类常见故障模式下所建立模型的动态特征，并通过实验加以验证证明所建立模型的正确性；然后在此模型基础上，本发明进一步考虑了完备的保持架几何特征，将保持架兜孔和柔性保持架建立在动态轴承模型中；分析了深沟球轴承内保持架兜孔的动态受力与内部激励。

9、2、许多发明中的故障轴承动力学模型考虑了局部故障和恒定的表面粗糙度，而忽略了故障演变对于表面粗糙度的影响。表面粗糙度会通过润滑阻尼、混合弹流润滑摩擦等因素对故障轴承内的法向力、切向力产生影响；此外，由于轴承动力学模型和故障模型的非线性影响，轴承的振动特性和故障模式之间的关系往往相当复杂；因此，本发明在准确全面的动力学模型中对故障的影响进行的定量分析具有独特优势。

技术特征：

1.一种考虑多模式故障激励的深沟球轴承故障动力学建模方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种考虑多模式故障激励的深沟球轴承故障动力学建模方法，其特征在于：所述s1包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种考虑多模式故障激励的深沟球轴承故障动力学建模方法，其特征在于：所述s2具体包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的一种考虑多模式故障激励的深沟球轴承故障动力学建模方法，其特征在于：所述s3包括：

5.根据权利要求1所述的一种考虑多模式故障激励的深沟球轴承故障动力学建模方法，其特征在于：s4包括：

技术总结
本发明公开了一种考虑多模式故障激励的深沟球轴承故障动力学建模方法，包括以下步骤：S1：根据深沟球轴承模型，建立了考虑多刚体独立自由度、混合弹流润滑影响和滚珠动态圆周运动要素的三维深沟球轴承动态解析模型；S2：在模型基础上，将保持架兜孔、柔性保持架和刚性保持架模型建立在动态轴承模型中；并分析滚道、滚珠和动不平衡负载常见故障激励源下所建立模型的动态特征；S3：将早期磨损以表面粗糙度变化的形式体现在动力学模型中；S4：建了早期微弱磨损、严重凹坑故障到轴承动态特性的完整逻辑链。本发明，建立了考虑多刚体独立自由度、混合弹流润滑影响和滚珠动态圆周运动等要素的深沟球轴承动态解析模型，具有精细化的优势。

技术研发人员：于亦浩,石娟娟,沈长青,张馨尹,黄伟国,朱忠奎
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14