基于深沟球轴承的故障诊断与模态分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第 ４期 （ 总第 ２ ０ ３ 期）
２ ０ １ ７年 ８ 月
机 械 工 程 与 自 动 化
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＩ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ
ＮＯ． ４
Ａｕｇ ．
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ Ｏ １ ７ ） ０ ４ — ０ ０ ６ ８ — ０ ２
表 １ ６ ２ ０ ５ — ２ ＲＳ轴 承 尺 寸 参 数
外 圈 半径Ｒ
２ ６
ｍｎ １
轴 承 节径 Ｄ
３ ９
内圈 半径 ｒ ｌΒιβλιοθήκη ２ ． ５ 轴 承 宽度 Ｂ
１ ５
滚 动 体 直 径
８
度等， 滚 动轴 承故 障 引起 的 冲击 振 动 从 冲 击点 以半 球 面波 方 式 向外传 播 ， 通 过轴 承零 件 、 轴承 座传 到箱 体或 机架， 由于 冲击振 动 的频率 很 高 ． 通 过零 件 的界面 传递 次其 能量 损 失 ８ ０ 。本 文 采 用 美 国 凯 斯 西 储 大 学 的滚 动 轴承 故 障 数据 信 号 ， 通 过 ＭＡＴＬ ＡＢ进 行 傅 立 叶变换 ， 以此 分析 其 固有频 率 问题 ， 并 利用 ＡＮＳ Ｙ ｓ软 件 对轴 承进 行模 态分 析 ， 求 得 轴承 相关 的 固有频率 ［ 。
圈的横 断 面形状 ， 轴 承 的外圈 直径 决定 了其 宽度 ； 里部 曲线表 示轴 承 内圈形 状 ， 轴 承 内圈 的 直 径 由中 间滚 动 体 的 尺寸确 定 。所 以轴承 的骨 架模 型能 够 对轴 承的外 圈和 内圈 以及滚 珠 的形 状 尺 寸 进行 有 效 的控 制 ， 最终 建 立起 整个 轴 承的模 型 。 在获得 ６ ２ ０ ５ — ２ ＲＳ滚 动 轴 承 的相 关 尺 寸 后 ， 运 用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｗｉ ｌ ｄ ｆ ｉ ｒ ｅ ５ ． ０对 其进行 三 维建 模 ， 主 要 尺 寸参 数如表 １ 所示。
要针对 ６ ２ ０ ５ — ２ Ｒ Ｓ滚 动 轴 承 的 故 障 可 能 性 进 行 了研 究 。运 用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ Ｗｉ ｌ ｄ ｆ ｉ ｒ ｅ ５ ． ０进 行 三 维 建模 ． 然 后 基 于 ＡＮ Ｓ ＹＳ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ ｂ ｅ ｎ ｅ ｈ对 模 型 进 行 有 限元 模 态 分析 和 谐 响 应 分 析 ， 最 后 对 来 自美 国 凯 斯 西 储 大 学 通 过 实 验 平 台测 得 的 轴 承 信 号 进 行 分 析 处 理 ，得 出在 外 圈 固定 、 内 圈 转 动 的 情 况 下 ， 故 障 主 要 发 生 在 内 圈。 但 由 于 在 模 型 装 配 时 的技 术 问题 ，造 成 有 限 元分 析 与 实验 所 得 信 号 分 析 出来 的情 况 有 所 偏 差 。有 待 改进 。 关 键 词 ：滚 动 轴 承 ；模 态 分析 ；故 障 诊 断
中 图分 类 号 ：ＴＨ１ ３ ３ ． ３ ３ ：ＴＰ ３ ９ １ ． ７
文 献 标 识 码 ；Ａ
０ 引 言
深 沟球轴 承 是滚 动 轴 承 中最 为普 通 的一 种 类 型 ， 基本 型 的深 沟球 轴承 由一 个外 圈 、 一 个 内圈 、 一 组 钢 球 和一 组保 持 架 构 成 。深 沟 球 轴 承 是 最 常 用 的滚 动 轴 承， 其 结 构简 单 、 使用方 便 ， 主要 用来 承受 径 向载荷 ， 但 当增 大轴 承径 向游 隙时 ， 具 有 一 定 的 角 接触 球 轴 承 的 性能 ， 可 以承 受径 向和 轴 向联合 载荷 ； 在转 速较 高 又不 宜 采用 推力球 轴 承 时 ， 也 可 用 来 承受 纯 轴 向载 荷 。与 规格 尺 寸相 同 的其他 类 型 轴 承 比较 ， 深 沟球 轴 承摩 擦 因数小 ， 极 限转 速高 ， 不适 宜承受 重 载荷 。 滚 动轴 承有 一个 突 出的 特 点 ， 就 是 其 寿命 离 散 程 度非 常 大 。轴承 使用 中 ， 应 随时 进 行 工 况 的监 测 和故 障 的判 别 ， 这 样可 以 防止设 备 工作 精 度 下 降 。轴 承 运 转 中需 要监 测检 查 的项 目主要有 滚 动声 、 振 动情况 、 温
形， 再通过旋转命令得到轴 承滚动体模型 ， 如图 ３ 所示 。
１ ． ２ 轴 承 的 组 装
１ 基于 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ的 ６ ２ ０ ５ － ２ Ｒ Ｓ滚 动 轴 承 三 维 建 模
将 要装 配 的零件 放在 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ 环境 中 ， 然 后 创建 零 件 装配 图 ， 画 出骨 架 曲 线 。在 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ环 境 中 ， 一 切 的 基 准 曲线都 可 以通过 草 图绘制 命令 建立 起来 。骨 架零 件 是一 种特 殊 的零 件 ， 轴 承 骨 架模 型 的建 立 主 要包 括 坐 标 系统 、 参考 曲 线 和参 考 轴 。所有 基 准 曲线 截 面都 可 以通 过 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ命令 直 接设 置 ， 外 部 曲线 表示 轴 承外
一
根据轴 承 尺寸 参数 先 画 出各 零 件 的模 型 ， 再 对模 型进 行装 配 ， 得 到 整 个 滚 动 轴 承 的模 型 。 １ ． １ 零 件 的 建 模 （ １ ）外 圈 的 建 模 。 通 过 草 绘 绘 出 外 圈 截 面 的 图 形， 再 通过 旋转 命令 得 到轴承 外 圈模型 ， 如 图 １所示 。 （ ２ ）内 圈 的 建 模 。通 过 草 绘 绘 出 内 圈截 面 的 图 形， 再 通过 旋转 命令 得 到轴承 内 圈模 型 ， 如图 ２ 所示 。 （ ３ ）滚动体的建模 。通过草绘绘 出滚动体截 面的 图
基 于 深 沟球 轴 承 的故 障诊 断 与模 态分 析
龙 永 杰
（ 重庆 交 通 大 学 机 电与 车 辆 工 程 学院 ，重 庆 ４ ０ ０ ０ ７ ４ ）
摘 要 ：滚 动 轴 承 作 为 机 械 设 备 中 的 重 要部 件 ，其 发 生 故 障 后会 影 响 到 整 个 机 械 系统 的精 度 以及 运 转 情 况 。 主
２ ０ １ ７年 ８ 月
机 械 工 程 与 自 动 化
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＩ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ
ＮＯ． ４
Ａｕｇ ．
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ Ｏ １ ７ ） ０ ４ — ０ ０ ６ ８ — ０ ２
表 １ ６ ２ ０ ５ — ２ ＲＳ轴 承 尺 寸 参 数
外 圈 半径Ｒ
２ ６
ｍｎ １
轴 承 节径 Ｄ
３ ９
内圈 半径 ｒ ｌΒιβλιοθήκη ２ ． ５ 轴 承 宽度 Ｂ
１ ５
滚 动 体 直 径
８
度等， 滚 动轴 承故 障 引起 的 冲击 振 动 从 冲 击点 以半 球 面波 方 式 向外传 播 ， 通 过轴 承零 件 、 轴承 座传 到箱 体或 机架， 由于 冲击振 动 的频率 很 高 ． 通 过零 件 的界面 传递 次其 能量 损 失 ８ ０ 。本 文 采 用 美 国 凯 斯 西 储 大 学 的滚 动 轴承 故 障 数据 信 号 ， 通 过 ＭＡＴＬ ＡＢ进 行 傅 立 叶变换 ， 以此 分析 其 固有频 率 问题 ， 并 利用 ＡＮＳ Ｙ ｓ软 件 对轴 承进 行模 态分 析 ， 求 得 轴承 相关 的 固有频率 ［ 。
圈的横 断 面形状 ， 轴 承 的外圈 直径 决定 了其 宽度 ； 里部 曲线表 示轴 承 内圈形 状 ， 轴 承 内圈 的 直 径 由中 间滚 动 体 的 尺寸确 定 。所 以轴承 的骨 架模 型能 够 对轴 承的外 圈和 内圈 以及滚 珠 的形 状 尺 寸 进行 有 效 的控 制 ， 最终 建 立起 整个 轴 承的模 型 。 在获得 ６ ２ ０ ５ — ２ ＲＳ滚 动 轴 承 的相 关 尺 寸 后 ， 运 用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｗｉ ｌ ｄ ｆ ｉ ｒ ｅ ５ ． ０对 其进行 三 维建 模 ， 主 要 尺 寸参 数如表 １ 所示。
要针对 ６ ２ ０ ５ — ２ Ｒ Ｓ滚 动 轴 承 的 故 障 可 能 性 进 行 了研 究 。运 用 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ Ｗｉ ｌ ｄ ｆ ｉ ｒ ｅ ５ ． ０进 行 三 维 建模 ． 然 后 基 于 ＡＮ Ｓ ＹＳ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ ｂ ｅ ｎ ｅ ｈ对 模 型 进 行 有 限元 模 态 分析 和 谐 响 应 分 析 ， 最 后 对 来 自美 国 凯 斯 西 储 大 学 通 过 实 验 平 台测 得 的 轴 承 信 号 进 行 分 析 处 理 ，得 出在 外 圈 固定 、 内 圈 转 动 的 情 况 下 ， 故 障 主 要 发 生 在 内 圈。 但 由 于 在 模 型 装 配 时 的技 术 问题 ，造 成 有 限 元分 析 与 实验 所 得 信 号 分 析 出来 的情 况 有 所 偏 差 。有 待 改进 。 关 键 词 ：滚 动 轴 承 ；模 态 分析 ；故 障 诊 断
中 图分 类 号 ：ＴＨ１ ３ ３ ． ３ ３ ：ＴＰ ３ ９ １ ． ７
文 献 标 识 码 ；Ａ
０ 引 言
深 沟球轴 承 是滚 动 轴 承 中最 为普 通 的一 种 类 型 ， 基本 型 的深 沟球 轴承 由一 个外 圈 、 一 个 内圈 、 一 组 钢 球 和一 组保 持 架 构 成 。深 沟 球 轴 承 是 最 常 用 的滚 动 轴 承， 其 结 构简 单 、 使用方 便 ， 主要 用来 承受 径 向载荷 ， 但 当增 大轴 承径 向游 隙时 ， 具 有 一 定 的 角 接触 球 轴 承 的 性能 ， 可 以承 受径 向和 轴 向联合 载荷 ； 在转 速较 高 又不 宜 采用 推力球 轴 承 时 ， 也 可 用 来 承受 纯 轴 向载 荷 。与 规格 尺 寸相 同 的其他 类 型 轴 承 比较 ， 深 沟球 轴 承摩 擦 因数小 ， 极 限转 速高 ， 不适 宜承受 重 载荷 。 滚 动轴 承有 一个 突 出的 特 点 ， 就 是 其 寿命 离 散 程 度非 常 大 。轴承 使用 中 ， 应 随时 进 行 工 况 的监 测 和故 障 的判 别 ， 这 样可 以 防止设 备 工作 精 度 下 降 。轴 承 运 转 中需 要监 测检 查 的项 目主要有 滚 动声 、 振 动情况 、 温
形， 再通过旋转命令得到轴 承滚动体模型 ， 如图 ３ 所示 。
１ ． ２ 轴 承 的 组 装
１ 基于 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ的 ６ ２ ０ ５ － ２ Ｒ Ｓ滚 动 轴 承 三 维 建 模
将 要装 配 的零件 放在 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ 环境 中 ， 然 后 创建 零 件 装配 图 ， 画 出骨 架 曲 线 。在 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ环 境 中 ， 一 切 的 基 准 曲线都 可 以通过 草 图绘制 命令 建立 起来 。骨 架零 件 是一 种特 殊 的零 件 ， 轴 承 骨 架模 型 的建 立 主 要包 括 坐 标 系统 、 参考 曲 线 和参 考 轴 。所有 基 准 曲线 截 面都 可 以通 过 Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ命令 直 接设 置 ， 外 部 曲线 表示 轴 承外
一
根据轴 承 尺寸 参数 先 画 出各 零 件 的模 型 ， 再 对模 型进 行装 配 ， 得 到 整 个 滚 动 轴 承 的模 型 。 １ ． １ 零 件 的 建 模 （ １ ）外 圈 的 建 模 。 通 过 草 绘 绘 出 外 圈 截 面 的 图 形， 再 通过 旋转 命令 得 到轴承 外 圈模型 ， 如 图 １所示 。 （ ２ ）内 圈 的 建 模 。通 过 草 绘 绘 出 内 圈截 面 的 图 形， 再 通过 旋转 命令 得 到轴承 内 圈模 型 ， 如图 ２ 所示 。 （ ３ ）滚动体的建模 。通过草绘绘 出滚动体截 面的 图
基 于 深 沟球 轴 承 的故 障诊 断 与模 态分 析
龙 永 杰
（ 重庆 交 通 大 学 机 电与 车 辆 工 程 学院 ，重 庆 ４ ０ ０ ０ ７ ４ ）
摘 要 ：滚 动 轴 承 作 为 机 械 设 备 中 的 重 要部 件 ，其 发 生 故 障 后会 影 响 到 整 个 机 械 系统 的精 度 以及 运 转 情 况 。 主