圆锥滚子轴承故障诊断仿真分析

Qoa 和滚子端部与套圈挡边间的载荷Qf (上边加图).为了方便对轴承进行分析,根据受力作用,径向平面内滚子
的力矩平衡方程 [１３]为
１
é
ù
(
w ∑ ∑qmjλ êêλ － (
k ＋１)úú －RfQfj ＝０
１)
２
ë
û
m ＝１λ＝１
式中,
m ＝１ 是 外 圈 滚 道;
m ＝２ 是 内 圈 滚 道;
１９７３ ),男,副教授,博士研究生,主要研究方向为机电传动、高速列车走行部机械故障诊断及监测.
通信作者:葛洪胜(
１９９２ ),男,硕士研究生,主要研究方向为高速列车走行部机械故障诊断.Ema
i
l:５４４５３４６８１＠qq．
c
om
第期
汤武初,等:圆锥滚子轴承故障诊断仿真分析
８５
在外载荷作用下,滚子与内外圈滚道接触,受到垂直于接触区域法向载荷 Qi ,径 向 载 荷 Qir 引 起 的 推 力 载 荷
t
r
i
c),建立了轴承正常和轴承外圈剥落两种情况下的模型,并将模型导入 ANＧ
SYS 分析软件,进行添加约束与驱动,同 时 对 两 种 状 态 下 的 模 型 进 行 仿 真 分 析 和 理 论 计 算. 研 究
结果表明,低阶模态振型对轴承的结构变化影响较大,尤其在 低 阶 固 有 频 率 以 下,轴 承 形 变 比 较 明
动轴承内外圈之间的耦合关系,给出故障轴承振动方程组,通过 Ma
t
l
ab 软件求解获得仿真信号,对比仿真模型与
实验中的实测信号验证模型的准确性;针对高 速 动 车 组 轴 箱 轴 承 中 的 圆 锥 滚 子 轴 承,刘 永 强 等 人 [１０]建 立 了 一 种
含外圈故障的滚动轴承非线性动力学模型;袁茹等人 [１１]建立了滚动轴承 转子系统的非线性动力学模型,研究了
２０１９．
０４．
０１８
j．
圆锥滚子轴承故障诊断仿真分析
汤武初１,２,葛洪胜２,高长笛２,王 依２
(
１．大连理工大学机械工程学院,辽宁 大连 １１６０２１;２．大连交通大学机械工程学院,辽宁 大连 １１６０２８)
摘要:针对高速铁路列车上双列圆锥滚 子 轴 承 的 工 作 特 点,本 文 建 立 了 高 速 列 车 轴 箱 轴 承 双 列 圆
[]
故障进行分析,验证了该故障模型的有效性;
D．
P．
J
ena等人 ８ 提出利用非抽样小波变 换,对 轴 承 振 动 信 号 进 行 降
噪处理,获得的近似信号更好地适用于基于连续小波变换的时频分析信号处理方法,测量圆锥滚子轴承内圈和外
圈的缺陷大小;董振振 [９]以深沟球轴承为研究对象,分析局部故障激励下轴承外圈 在 径 向 上 的 振 动 响 应,建 立 滚
锥滚子轴承分析模型,利 用 理 论 分 析 和 软 件 仿 真 相 结 合 的 方 法,分 析 了 OR ６４１１５７AC/VA３８８１
型的双列圆锥滚子轴承在外圈 剥 落 和 外 圈 正 常 情 况 下 的 故 障 特 征 频 率. 利 用 三 维 实 体 建 模 软 件
CREO(
Cr
eoPa
r
ame
Rf
q 是 单 位 长 度 载 荷;
２
k
是滚子轴线至端 面 与 挡 边 接 触 处 半 径.圆 锥 滚 子 轴 承 载 荷 [１４]示 意
图如图 １ 所示.
滚动轴承内圈力和力矩平衡方程 [１５ １６]为
z
k
j＝１
λ＝１
Fr －w ∑cosφ [ ∑q２jλcosα２ －Qfjcosαf ] ＝０
是将正在运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦,进而减少摩擦损失.近年来,我国高速铁路技术的飞速
发展,对高速列车的性能要求越来越高.轴箱轴承是高速列车最关键和最核心的部件,轴承故障的出现容易造成
非常严重的铁路交通事故,并将导致无法挽回的损失 [１~３].在实际工作状态中,轴承内圈与列车轮对轴采用过盈
配合,轴承外圈与轴箱座采用过渡配合或过盈配合,外圈与轴承座没有相对运动.圆锥滚动体与内外圈滚道之间
产生的摩擦力使滚动体不仅绕轴承轴线作公转,还绕自身轴线作自转运动 [４].由于 旋 转 机 械 中 轴 承 故 障 发 生 频
率很高,人们开始考虑进行轴承模型的建模,随着计算机的发展,该问题得到 很 好 地 解 决.曹 青 松 等 人 [５]建 立 了
１ 轴承平衡方程
轴箱轴承在工作时,主要承受的是径向力和轴向力,轴向力的大小为径向载荷的 ０
２~０
３ 倍,轴箱轴承一般
采用背靠背安装,为整体式外圈,在轴箱中,靠近外侧的为第 １ 列轴承,里侧为第 ２ 列轴承 [１２].
收稿日期:
２０１９ ０４ ０１;修回日期:２０１９ ０９ ０６
作者简介:汤武初(
系统响应随转子转速的变化 趋 势. 以 上 研 究 对 象 多 为 结 构 比 较 简 单 的 单 列 轴 承,本 文 采 用 三 维 实 体 建 模 软 件
CREO,建立双列圆锥滚子轴承,进行模拟轴承外圈剥落的故障情况,探究轴承外圈故障对轴承振动特性的影响.
该模型为轴承故障诊断、故障机理研究及故障变化规律的研究提供了理论基础.
第 ３４ 卷 第 ４ 期
２０１９ 年 １１ 月
青 岛 大 学 学 报 (工 程 技 术 版 )
JOURNALOF QINGDAO UNIVERS
ITY (
E&T)
Vo
l．
３４No．
４
Nov．
２０１９
文章编号:１００６ ９７９８(
２０１９)
０４ ００８４ ０６;DOI:１０．
１３３０６/
１００６ ９７９８．
CRH１ 型动车组滚动轴承 车轴耦合系统非线性动力学模型,采用数值方法,分析了不同工况下动车组轴承 车轴
耦合系统的动力学响应与非线性特性;杨天蕴等人 [６]根据轴承故障机理,建立了轴 承 故 障 动 力 学 模 型,并 利 用 实
际轴承进行测试,验证了模型的正确性;李长健等人 [７]通过建立模型,使用多体动力学仿真软件 ADAMS 对剥落
显,振幅较大.仿真结果与理论计算结果相吻合,证明了所 建 模 型 与 仿 真 结 果 的 合 理 性 和 正 确 性.
该研究为轴承的故障诊断提供了合理的方法.
关键词:圆锥滚子轴承;模态分析;ANSYS;故障诊断
中图分类号:TH１３３．
３３＋２
文献标识码:A
滚动轴承是高速列车走行部的重要组成部件,它的工作状态对整个转向架的安全运转具有较大的影响,作用