[发明专利]一种高速角接触球轴承损伤故障的动力学方法

摘要

本发明公开了一种高速角接触球轴承损伤故障的动力学方法，其特征在于，包括下述步骤：1）建立高速角接触球轴承动力学模型；2）对高速角接触球轴承损伤故障进行建模；3）损伤模型与高速角接触球轴承动力学模型相融合，建立高速角接触球轴承损伤故障动力学模型；4）进行数值求解，得到故障情况下轴承的动力学响应，实现高速角接触球轴承损伤故障的动力学分析。本发明考虑了轴承元件三维运动、相对滑动及润滑牵引效应，并从相互趋近量、赫兹接触刚度、接触载荷作用线三个角度对损伤故障进行了全面建模，提高了分析精确性，为高速角接触球轴承损伤故障动力学研究提供一种更为精确的分析方法。

主权项

1.一种高速角接触球轴承损伤故障的动力学方法，其特征在于，包括下述步骤：（1）考虑三维运动、相对滑动、润滑牵引高速效应，基于GUPTA轴承模型建立高速角接触球轴承的动力学模型；其中，所述润滑牵引力的计算方法是：根据相对滑动速度的方向确定接触区域的纯滚动点个数，并根据纯滚动点的个数将接触椭圆划分成若干滑动区间，每个滑动区间中的相对滑动速度方向一致；根据所采用的数值积分的方法和阶数，确定每个滑动区间中数值积分点的位置；利用Chittenden弹流润滑模型计算每个积分点处的油膜厚度，进而得到油膜阻尼；利用已经计算出的油膜厚度，采用非牛顿流体润滑理论确定每个积分点处剪切应力；最后，将剪切应力在整个接触椭圆上进行积分得到接触区域的润滑牵引力；（2）从相互趋近量、赫兹接触刚度、接触载荷作用线三个方面对高速角接触球轴承建立损伤故障的损伤模型；具体过程是：1）当滚球进入损伤区域后，滚球与滚道之间的相互趋近量δ′为正常情况下的弹性变形量δ与损伤所导致的滚道材料缺失的深度δ_d的差：δ′=δ-δ_d2）损伤导致滚道表面曲率发生改变，从而导致滚球和滚道之间的赫兹接触系数发生变化，计算方法为：K′=423E#(1δ*Σρ)32Σρ]]>其中，E^#为等效弹性模量，δ^*为量纲为1的参数，Σρ为曲率和，δ^*和Σρ均为损伤部位曲率半径r_r的函数；曲率中心可由微分几何理论求解得到，则曲率半径为：rr=|(xoqd,yoqd,zoqd)-(xqd,yqd,zqd)|]]>其中，为接触点坐标；3）由于损伤区域接触处的曲率较正常滚道发生改变，因此滚球和滚道之间的接触载荷的作用线发生变化，这导致损伤处的接触载荷会相对于正常情况下产生一个切向分量，为将该切向分量引入到动力学方程中，需要将接触载荷从损伤接触坐标系下变换到正常的接触坐标系下，该变换由变换矩阵T完成；最终，动力学方程中接触载荷Q的表达式为：Q＝T.K′（δ-δ_d)^1.5；（3）将步骤（2）所建立的损伤模型与步骤（1）所建立的动力学模型相融合，建立高速角接触球轴承的损伤故障动力学模型；（4）采用4阶变步长Runge-Kutta-Fehlberg数值积分法对步骤（3）所得到的高速角接触球轴承损伤故障动力学模型进行数值求解，得到故障情况下轴承的动力学响应，实现高速角接触球轴承损伤故障的动力学分析。