滚动轴承磨损状态的Adams仿真与实验研究

产品设计与应用　基于ADA MS 的球轴承受力分析吴化勇,徐秀花(山东理工大学　机械工程学院,山东　淄博　255049)摘要:利用CAD 软件建立轴承三维模型,运用ADAMS 对球轴承进行受力分析,ADAM S 的后处理图形用户界面可以直接输出图形结果,并且可以直观模拟轴承的运动过程。

关键词:球轴承;ADAMS;受力分析中图分类号:T H133.33 文献标志码:A 文章编号:1000-3762(2009)02-0001-04Study on Con t act Forces of D eep Groove Ba ll Bear i n g Ba sed on ADA M SWU Hua -yong,XU Xiu -hua(College ofM echanical Engineering,Shandong University of Technol ogy,Zibo 255049,China )Abstract:The 3D bearing part geometry is set up fr om CAD,and the contact f orces in ball bearing are analyzed based on ADAMS .ADAM S/Post p r ocess or graphical user interface can be used t o out put graphical results,t o si m ulate the move ment of the bearing and the effect of para meters .Key words:ball bearing;ADAMS;contact forces1　轴承建模球轴承由内圈、外圈、球和保持架组成(图1)。

研究中通常将外圈固定于刚性结构中,其质量和转动惯量对动力学模型没有影响;在建模时将油槽和油孔等忽略掉不影响模型分析的准确性。

第29卷第11期2012年11月机械设计JOURNAL OF MACHINE DESIGNVol．29No．11Nov．2012基于ADAMS的灵敏轴承摩擦力矩的仿真分析*刘蕾，陈晓阳，俞力铭，姜绍娜，张剑（上海大学轴承研究室，上海200072）摘要：灵敏轴承的摩擦力矩是稳定轴上干扰力矩的主要来源，其大小和波动性直接影响到系统工作的稳定性和可靠性。

根据灵敏轴承的实际工作情况，在所建立的灵敏轴承物理仿真模型的基础上，采用动力学分析软件ADAMS进行仿真分析，基于赫兹接触理论计算结果设置基本的接触参数，对比研究了不同球数灵敏轴承和不同轴向载荷下灵敏轴承的摩擦力矩性能。

关键词：灵敏轴承;摩擦力矩;ADAMS;动力学仿真中图分类号：TH133文献标识码：A文章编号：1001－2354（2012）11－0049－05陀螺稳定平台广泛应用在航天等现代尖端技术产品中，高灵敏、低摩擦力矩的陀螺仪框架灵敏轴承与陀螺仪马达转子轴承的精度和寿命高低是影响其定向及定位系统的重要因素［1］。

高精度的稳定平台要求其框架灵敏轴承具有很高的运动精度、支承刚度、小而稳定的摩擦力矩与精度保持性，这样才能使其定位精度高，确保惯导系统的姿态稳定和指示精度［2－3］。

灵敏轴承的摩擦力矩是稳定轴上干扰力矩的主要来源，其大小和波动值直接影响系统工作的稳定性和可靠性。

其中摩擦力矩的大小不仅与轴承结构、尺寸、几何精度、材料及热处理性能等参数有关，还与工作载荷、装配精度、润滑条件及使用环境因素有关，各种因素相互作用又相互干扰，分析过程复杂［4］。

到目前为止，国内外有大量学者进行轴承的力学模型分析研究，随着计算机技术的发展，利用计算机仿真、模拟各种因素对轴承性能的影响成为世界轴承行业的新动向［5－7］。

但目前国内外使用ADAMS软件进行动力学仿真模拟，多是针对高速重载下的滚动轴承，没有针对低速、轻载下的灵敏轴承，尤其是摩擦力矩的动力学仿真研究。

因此，文中在已有研究工作基础上，使用UG软件对灵敏轴承进行三维仿真物理建模，并将此模型导入商业软件ADAMS中进行轴承的低速动态特性仿真，获得了不同球数轴承和不同轴向载荷下一系列的启动和动态摩擦力矩数据。

动量轮论文：动量轮轴承磨损寿命研究【中文摘要】动量轮是航天器姿态控制系统的重要执行机构,而微型精密角接触轴承又是动量轮的核心部件。

轴承的旋转精度、振动、摩擦力矩波动性以及寿命等性能决定了航天器的工作性能和任务寿命。

此类轴承通常是在高速轻载失重的空间环境下工作,这种工况条件决定了其主要失效形式是润滑剂不足或失效导致轴承沟道过度磨损,进而导致轴承的振动、噪音以及摩擦力矩增大,旋转精度降低。

目前轴承磨损寿命的计算方法是德国FAG公司基于二十多年前的试验数据作威布尔分布拟合而来,仅有参考价值。

因此建立有效的动量轮轴承磨损寿命计算模型是当务之急。

本研究以某型号动量轮轴承为例,利用滚动轴承的拟静力学分析方法计算了钢球与沟道接触区域的压力分布、滑动速度分布、润滑参数等,在此基础上推导出动量轮轴承基于的Archard磨损理论磨损率表达式,通过几何分析将磨损量换算为沟道半径变化量,并分析沟道几何参数变化量与预紧力的变化量的关系,进而建立了动量轮轴承磨损寿命计算模型;利用VC编程工具编制了动量轮轴承专用磨损寿命计算软件,利用该软件分析了工况参数和结构参数对轴承磨损特性的影响;通过动量轮轴承磨损寿命试验计算模型的正确性,并利用小样本可靠度评估方法分析了动量轮轴承磨损寿...【英文摘要】Momentum wheel is a key equipment of gesture control system in spacecraft, as miniature precision anglecontact ball bearing to momentum wheel. The performances and life of spacecraft lie on the performances of bearing such as precision, vibration, the waviness of friction torque and life. Such kinds of bearings often operate with high speed and light load in space environment. The common failure mode is wear-out occurring under insufficient lubrication condition, as a result, the vibration, noise and frict...【关键词】动量轮航天轴承磨损寿命拟静力学分析数值仿真【英文关键词】Momentum Wheel Space Bearing Wear Life Quasi-static Analysis Numerical Simulation【索购全文】联系Q1：138113721 Q2：139938848【目录】动量轮轴承磨损寿命研究摘要2-4ABSTRACT4-5第1章绪论8-14 1.1 引言8-9 1.2 国内外研究进展9-13 1.2.1 动量轮轴承设计9-10 1.2.2 轴承性能试验研究10 1.2.3 轴承寿命试验研究10-11 1.2.4 磨损计算研究11-12 1.2.5 耐磨设计研究12-13 1.3 论文主要内容13 1.4 研究方法13-14第2章动量轮轴承磨损寿命计算模型14-26 2.1 钢球与沟道之间的磨损计算14-20 2.1.1运动学分析14-18 2.1.2 套圈沟道磨损计算18-20 2.2 动量轮轴承磨损寿命模型20-24 2.2.1 初始预紧力时轴承内圈的轴向位移20-21 2.2.2 轴承磨损寿命21-24 2.3 本章小结24-26第3章动量轮轴承磨损特性理论分析26-32 3.1 内外沟道之间的磨损率比例26-27 3.2 动量轮轴承的磨损特性27-31 3.2.1 预紧力对沟道磨损的影响27-28 3.2.2 外圈转速对轴承磨损的影响28-29 3.2.3 轴承结构参数对磨损的影响29-31 3.3 本章小结31-32第4章动量轮轴承磨损寿命理论计算模型试验验证32-46 4.1 概述32 4.2 试验装置32-33 4.3 试验方案33-35 4.4 轴承分解与测量35-38 4.4.1 轴承零件表面观察35-38 4.4.2 轴承零件精度测试38 4.5 轴承失效过程38-40 4.6 验证模型40-42 4.7 动量轮轴承磨损寿命可靠度分析42-45 4.7.1 动量轮轴承寿命分布42 4.7.2 可靠度分析42-45 4.8 本章小结45-46第5章结论46-48 5.1 结论46 5.2 展望46-48参考文献48-52附录A 牛顿-拉斐逊迭代算法52-54附录B 软件说明54-58附录C 轴承参数说明58-60致谢60-61攻读硕士学位期间的研究成果61。

装甲车变速箱滚动轴承故障仿真分析宋一龙;高鑫;王智勇;林董【摘要】为解决变速箱轴承故障不能及时准确诊断这一问题,将刚柔耦合动力学仿真技术应用到变速箱轴承故障诊断中.首先对轴承双冲击理论进行了简要分析,然后根据装甲车变速箱轴承实际参数建立了基于ADAMS的轴承刚柔耦合动力学模型,对4种不同尺寸的轴承外圈故障进行了仿真,对轴承外圈故障进行了分析得到了不同尺寸故障下的振动信号的时频特性.通过实验分析验证了变速箱轴承刚柔耦合模型建立及仿真过程的正确性.仿真及实验结果表明:随着故障尺寸的增大,时域信号中出现双冲击现象,根据时域信号中双冲击的时间间隔就可以判断所对应的轴承外圈故障的大小.该结果为及时掌握装甲车变速箱轴承故障进展与实现装甲车的安全运行提供了帮助.%In order to solve the problem that the bearing of transmission can not be diagnosed in time and accurately,the rigid flexible cou-pling dynamics simulation technology was applied to the fault diagnosis of gearbox bearing. Firstly,the theory of double impact of bearing was briefly analyzed,then according to the actual parameters of armored vehicles gearbox bearing bearing is a rigid flexible coupling dynamic model of ADAMS based on four different sizes of the bearing outer ring fault were simulated. The outer race fault bearing were analyzed by time-frequency characteristic of vibration signals of different sizes under the fault. The validity of the rigid flexible coupling model and simula-tion process was verified by the experimental analysis. The simulation and experimental results show that double impact phenomenon occurs in the time domain signal with the increase of faultsize,According to the time interval of the double impact in the time domain signal, the size of the corresponding outer ring of the bearing can be judged. The results provide the help for grasping the failure of the gearbox of the ar-mored vehicle in time and realizing the safe operation of the armored vehicle.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2018(035)003【总页数】5页(P251-255)【关键词】装甲车;滚动轴承;刚柔耦合;故障分析【作者】宋一龙;高鑫;王智勇;林董【作者单位】中国人民解放军陆军步兵学院石家庄校区,河北石家庄050000;中国人民解放军陆军步兵学院石家庄校区,河北石家庄050000;中国人民解放军陆军步兵学院石家庄校区,河北石家庄050000;中国人民解放军陆军步兵学院石家庄校区,河北石家庄050000【正文语种】中文【中图分类】TH133.33;TH1130 引言由于工况的复杂及恶劣性,装甲车变速箱故障时有发生，轴承故障在变速箱所有故障类型中占到约19%，掌握轴承故障特性及时发现轴承故障是保证装甲车平稳运行的关键[1-3]。

磨损问题的仿真求解研究摘要：本文研究了磨损问题的仿真求解，采用了有限元方法和数值算法对磨损情况进行了模拟和求解。

通过对磨损机理和影响因素的分析，建立了磨损数学模型，并从材料、运动状态等方面设计了仿真实验。

最后，利用ANSYS软件对仿真实验进行了模拟求解，得出了磨损量与工作时间的变化规律，并进行了分析和探讨，为磨损分析和寿命预测提供了参考。

关键词：磨损，仿真，有限元方法，数值算法，ANSYS一、引言磨损问题是材料科学领域中的一个重要问题，其研究对减少资源浪费、提高机械设备的使用寿命、降低维修费用、推动工程进步等方面具有重要的意义。

磨损是机械设备在使用过程中的一种自然现象，其机理复杂，涉及多种因素，如材料性质、摩擦力、运动状态等。

因此，为准确研究磨损问题，需要对其进行模拟和求解。

本文针对磨损问题进行了仿真求解研究。

首先，对磨损机理和影响因素进行了分析，并建立了磨损数学模型。

其次，从材料、运动状态等方面设计了仿真实验，并采用有限元方法和数值算法进行了仿真求解。

最后，利用ANSYS软件对仿真实验进行了模拟求解，并对结果进行了分析和探讨。

二、磨损数学模型建立磨损数学模型是研究磨损问题的重要基础。

在建立磨损数学模型时，需要考虑材料性质、运动状态、受力情况等多种因素。

本文基于磨损机理和影响因素的分析，建立了如下的磨损数学模型：$$W = kHd$$其中，$W$表示磨损量，$H$表示受力情况，$d$表示工作时间，$k$为比例系数。

该数学模型考虑了磨损与受力情况、工作时间、材料性质等因素的关系。

其中，受力情况是决定磨损量的重要因素，其受力情况的大小和方向都会对磨损量产生影响。

三、仿真实验设计为了验证磨损数学模型的有效性，本文利用有限元方法和数值算法对磨损情况进行了模拟和求解。

具体的仿真实验设计如下：1. 材料选择：本文选择了工程塑料作为材料，其具有良好的韧性和抗磨损性能。

2. 运动状态：本文采用了滑动摩擦运动状态，其运动状态为水平滑动，速度恒定，摩擦力为定值。

基于ADAMS的滚动轴承参数化建模与动力学仿真洪吉超;张铁柱;崔保让;符朝兴【期刊名称】《青岛大学学报（工程技术版）》【年(卷),期】2014(029)002【摘要】为了更加精确地进行轴承动力学设计,优化高速轴承的动力学特性,本文采用虚拟样机分析软件对滚动轴承进行参数化建模,给出滚动轴承参数化过程,同时建立了深沟球轴承动力学参数化模型并进行仿真分析,仿真结果表明,当对滚动轴承施加一定重载荷时,滚动体因受迫速度增大一些,滚动体与内外圈及保持架的接触力也会增大,但由于滚动体的直径减小,施加的载荷不足以使轴承的变形达到增加接触力效果,所以在对轴承模型施加1000 N载荷后,参数化模型分析结果与实际要求相符合.提高了建模效率,方便了用户不用考虑模型内部之间的关联变动对模型进行快捷修改.该方法对研究滚动轴承动力学特性具有重要作用.【总页数】5页(P70-74)【作者】洪吉超;张铁柱;崔保让;符朝兴【作者单位】青岛大学机电工程学院,山东青岛266071;青岛大学机电工程学院,山东青岛266071;青岛大学机电工程学院,山东青岛266071;青岛大学机电工程学院,山东青岛266071【正文语种】中文【中图分类】TH133.33;TH133【相关文献】1.基于CATIA/ADAMS仿人灵巧手建模与动力学仿真 [J], 庞在祥;宫丽男;姜大伟;刘铁军;姜楠;李林树2.基于ADAMS的锁紧臂机构的动力学仿真及参数化分析 [J], 杨双龙;战强;马晓辉;陈明;宇可3.基于ADAMS自动机动力学仿真快速建模技术研究 [J], 黄书伟;曹红松;苑大威;刘伊华;李瑞静4.基于ADAMS的工业机器人建模与动力学仿真 [J], 刘佩森;靳杏子;郑翔鹏;朱迪5.基于ADAMS的工业机器人建模与动力学仿真 [J], 刘佩森;靳杏子;郑翔鹏;朱迪;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

望[J].计算机集成制造系统,2006,12(2):161‐168.J i nF e n g,W uC h e n g.R e s e a r c hS t a t u s a n dP r o s p e c t sf o r M a s s i v e P r o d u c t i o n S c h e d u l i n g[J].C o m p u t e rI n t e g r a t e d M a n u f a c t u r i n g S y s t e m s,2006,12(2):161‐168.[6] 刘琳,谷寒雨,席裕庚.工件到达时间未知的动态车间滚动重调度[J].机械工程学报,2008,44(5):68‐75.L i uL i n,G uH a n y u,X i Y u g e n g.R e s c h e d u l i n g A l g o-r i t h mB a s e d o nR o l l i n g H o r i z o nD e c o m p o s i t i o n f o r aD y n a m i cJ o b S h o p w i t h U n c e r t a i n A r r i v i n g T i m e[J].C h i n e s eJ o u r n a lo f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g, 2008,44(5):68‐75.[7] 孙志峻,朱剑英,潘全科,等.基于遗传算法的多资源作业车间智能动态优化调度[J].机械工程学报, 2002,38(4):120‐125.S u nZ h i j u n,Z h u J i a n y i n g,P a nQ u a n k e,e t a l.G e n e t i cA l g o r i t h mB a s e d A p p r o a c ht ot h e I n t e l l i g e n tO p t i-m u mS c h e d u l i n g o fM u l t i‐r e s o u r c e s i nt h eD y n a m i cE n v i r o n m e n t[J].C h i n e s e J o u r n a l o fM e c h a n i c a lE n-g i n e e r i n g,2002,38(4):120‐125.[8] 于晓义,孙树栋,王彦革.面向随机加工时间的车间作业调度[J].中国机械工程,2008,19(19):2319‐2324.Y uX i a o y i,S u nS h u d o n g,W a n g Y a n g e.R e s e a r c ho nS t o c h a s t i c P r o c e s s i n g T i m e O r i e n t e d J o b‐s h o pS c h e d u l i n g[J].C h i n a M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g, 2008,19(19):2319‐2324.[9] 徐震浩,顾幸生.不确定条件下的中间存储时间有限的F l o wS h o p提前/拖期调度问题[J].控制理论与应用,2006,23(3):480‐486.X uZ h e n h a o,G uX i n g s h e n g.E a r l i n e s s a n dT a r d i n e s sF l o wS h o p S c h e d u l i n g P r o b l e m su n d e rU n c e r t a i n t yw i t hF i n i t e I n t e r m e d i a t e S t o r a g e[J].C o n t r o l T h e o r y&A p p l i c a t i o n s,2006,23(3):480‐486. [10] 徐震浩,顾幸生.不确定条件下的F l o wS h o p问题的免疫调度算法[J].系统工程学报,2005,20(4):374‐380.X uZ h e n h a o,G u X i n g s h e n g.I mm u n eS c h e d u l i n gA l g o r i t h mf o rF l o w S h o p P r o b l e m su n d e rU n c e r-t a i n t y[J].J o u r n a l o fS y s t e m sE n g i n e e r i n g,2005,20(4):374‐380.[11] 王清印.灰色数学基础[M].武汉:华中理工大学出版社,1996.[12] G u i l h e r m e E V,J e f f r e y W H,E d w a r d L.R e-s c h e d u l i n g M a n u f a c t u r i n g S y s t e m s:aF r a m e w o r ko f S t r a t e g i e s,P o l i c i e s a n d M e t h o d s[J].J o u r n a l o fS c h e d u l i n g,2003,6(1):39‐62.[13] A n d r a'sP,B o t o n dK,L a's z l o'M.S t a b i l i t y‐o r i e n-t e d E v a l u a t i o n o f R e s c h e d u l i n g S t r a t e g i e s,b yU s i n g S i m u l a t i o n[J].C o m p u t e r si n I n d u s t r y,2007,58:630‐643.[14] G u i l h e r m eE V,J e f f r e y W.H e r r m a n n,E d w a r dL.P r e d i c t i n g t h eP e r f o r m a n c e o fR e s c h e d u l i n g S t r a t e-g i e sf o rP a r a l l e l M a c h i n eS y s t e m s[J].J o u r n a lo fM a n u f a c t u r i n g S y s t e m s,2000,19(4):256‐266.[15] D e b K,P r a t a p A,A g a r w a lS,e ta l.A F a s ta n dE l i t i s tM u l t i‐o b j e c t i v eG e n e t i cA l g o r i t h m s:N S G A‐Ⅱ[J].I E E ET r a n s a c t i o n s o nE v o l u t i o n a r y C o m p u-t a t i o n.2002,6(2):182‐197.[16] 刘敏,曾文华,赵建峰.一种快速的双目标非支配排序算法[J].模式识别与人工智能,2011,24(4):538‐547.L i u M i n,Z e n g W e n h u a,Z h a o J i a n f e n g.AF a s t B i‐o b j e c t i v eN o n‐d o m i n a t e d S o r t i n g A l g o r i t h m[J].P a t t e r n R e c o g n i t i o n a n d A r t i f i c i a l I n t e l l i g e n c e,2011,24(4):538‐547.[17] 郑金华.多目标进化算法及其应用[M].北京:科学出版社,2007.[18] 郑金华,李珂,李密青,等.一种基于H y p e r v o l u m e指标的自适应邻域多目标进化算法[J].计算机研究与发展,2012,49(2):312‐326.Z h e n g J i n h u a,L i K e,L i M i q i n g,e ta l.A d a p t i v eN e i g h b o r M u l t i‐o b j e c t i v eE v o l u t i o n a r y A l g o r i t h mB a s e d o n H y p e r v o l u m eI n d i c a t o r[J].J o u r n a lo fC o m p u t e r R e s e a r c h a n dD e v e l o p m e n t,2012,49(2):312‐326.[19] 朱传军,张超勇,管在林,等.一种求解J o b‐s h o p调度问题的遗传局部搜索算法[J].中国机械工程,2008,19(14):1707‐1711.Z h uC h u a n j u n,Z h a n g C h a o y o n g,G u a nZ a i l i n,e t a l.A G e n e t i cL o c a l S e a r c hA l g o r i t h mf o r S o l v i n g J o b‐s h o p S c h e d u l i n g P r o b l e m s[J].C h i n a M e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,2008,19(14):1707‐1711.(编辑 王艳丽)作者简介:彭建刚,男,1970年生㊂合肥工业大学机械与汽车工程学院博士研究生㊁汽车工程技术研究院副研究员㊂主要研究方向为生产计划与调度,先进制造技术和多目标优化算法㊂刘明周,男,1968年生㊂合肥工业大学机械与汽车工程学院教授㊁博士研究生导师㊂张 玺,男,1985年生㊂合肥工业大学机械与汽车工程学院博士研究生㊂张铭鑫,男,1980年生㊂合肥工业大学机械与汽车工程学院讲师㊂葛茂根,男,1979年生㊂合肥工业大学机械与汽车工程学院讲师㊂㊃6232㊃中国机械工程第25卷第17期2014年9月上半月Copyright©博看网. All Rights Reserved.圆柱滚子轴承磨损失效的A D AM S 仿真及实验姚建雄 谭建平 杨 斌中南大学,长沙,410083摘要:针对滚子轴承磨损失效易导致系统性能恶化的问题,以轴承N J 204为研究对象,通过对轴轴承基座为整体建立模型,对不同程度的磨损失效轴承进行了仿真分析,揭示了轴承的失效过程,得到了失效故障特征值,并进行了实验验证㊂仿真和实验结果都表明基座振动信号频谱集中度能反映轴承磨损失效的程度,其值随轴承间隙的增大而增大㊂关键词:滚动轴承;磨损失效;频谱集中度;间隙中图分类号:T H 133.33 D O I :10.3969/j.i s s n .1004-132X.2014.17.011K i n e t i c S i m u l a t i o no nA D A M Sa n dE x p e r i m e n t a l S t u d y o fW e a rF a i l u r e o fC y l i n d r i c a lR o l l e rB e a r i n gs Y a o J i a n x i o n g T a n J i a n p i n g Y a n g Bi n C e n t r a l S o u t hU n i v e r s i t y ,C h a n gs h a ,410083A b s t r a c t :T h ew e a r f a i l u r e o f c y l i n d r i c a l r o l l e r b e a r i n g s c a ne a s i l y c a u s ed e t e r i o r a t i o no f t h e s y s -t e m.A m o d e l o f b e a r i n g s ‐s h a f t ‐b a s ew a sm a d e o n t h e b a s i s o f b e a r i n g N J 204.T h e s i m u l a t i o no f v a r -y i n g d e g r e e s o fw e a r f a i l u r ew a sa n a l y s i z e dt or e v e a l t h e f a i l u r e p r o c e s s .T h e f a i l u r ee i g e n v a l u ew a s o b t a i n e d f i n a l l y a n dv e r i f i e d e x p e r i m e n t a l l y .T h e r e s u l t s o f s i m u l a t i o n s a n d e x p e r i m e n t s s h o wt h a t t h e s p e c t r u mc o n c e n t r a t i o no f t h e v i b r a t i o n s i g n a l s c a n r e f l e c t t h ed e g r e e o f b e a r i n g we a rf a i l u r e .K e y wo r d s :r o l l e r b e a r i n g ;w e a r f a i l u r e ;c o n c e n t r a t i o no f s p e c t r u m ;c l e a r a n c e 收稿日期:2013 01 05基金项目:教育部支撑技术项目(625010339)0 引言轴承故障诊断一直是轴承领域研究的热点,也出现了很多不同的有效的故障诊断方法㊂从飞云等[1]提出了基于自回归预测滤波的谱峭度分析方法;蒋玲莉等[2]提出了将经验模态分解和模糊聚类相结合的方法;易挺等[3]介绍了倒频谱的方法㊂上述文献主要针对轴承外圈故障㊁内圈故障和滚动体故障进行诊断,而对轴承磨损失效的研究较少涉及㊂张宪文[4]通过实验的方法,测出了不同磨损程度径向间隙下轴承的油膜压力分布情况;徐淑萍[5]在对滚子轴承载荷分布进行推导后得出了不同间隙下轴承的使用寿命;K a b u s 等[6]针对一种高精度准静态六自由度摩擦理论模型模拟了圆柱滚子轴承的接触碰撞,发现轴承的磨损间隙越大,系统的非线性度越大㊂上述对轴承故障诊断的研究大多单独针对轴承,没有将轴轴承基座作为整体,对传动系统的研究较少;磨损轴承的间隙均在相关标准允许的范围内,对远超出标准的间隙系列未有研究,也没有得出一个可以很好地表征轴承磨损失效的特征值㊂本文以轴轴承基座台架这一整体为研究对象,对轴承不同程度的磨损失效形式进行了建模,揭示了轴承的失效过程,得出了有效表征滚动轴承磨损失效的特征值,并进行了实验验证㊂1 系统建模图1所示为本文研究的轴轴承基座台架的A D AM S 动力学仿真模型㊂设定台架和大地固定连接,基座和台架固定连接,轴承外圈㊁内圈分别与基座㊁轴固定连接,滚动体与轴承内外圈及保持架碰撞接触㊂为了更加贴近实际情况,对基座进行了柔性化处理㊂轴承型号为N J 204,外径为47mm ,内径为20mm ,滚动体直径为6.5mm ,滚动体个数为11;正常轴承间隙为10μm ,有一定磨损量的轴承间隙系列为80㊁150㊁200㊁250㊁300μm ㊂仿真模拟时间为0.25s ,2500步㊂图1 轴轴承基座A D A M S 仿真模型1.1 滚动轴承载荷变形协调方程由于轴承外圈受基座约束㊁内圈受轴颈约束,为了简化计算,假设变形仅是由于滚动体与内外㊃7232㊃圆柱滚子轴承磨损失效的A D AM S 仿真及实验姚建雄 谭建平 杨 斌Copyright ©博看网. All Rights Reserved.圈滚道间的接触变形而产生的,而内外圈整体保持原有的尺寸和形状,那么考虑轴承间隙h 时,不同位置角下的滚动体与内外圈的接触变形为δψ=(δm a x +h 2)c o s ψ-h 2(1)δψ=δi ψ+δo ψ(2)式中,δm a x 为径向最大变形量;ψ为滚子位置与垂直径向力之间的夹角;δi ψ㊁δo ψ分别为滚子和内外圈的接触变形量㊂滚子的修缘处理避免了接触区域的应力集中,所以滚子和内外圈的接触就不能简单地认为是经典的赫兹线接触形式,对此将滚子沿轴向使用切片法分成n 个圆片[7‐8],这样接触变形量δ与载荷Q 的关系为δ=0.39(8E ')0.9Q 0.9l0.8(3)E '=2(1-υ21E 1+1-υ22E 2)-1式中,E 1㊁E 2为滚子和内外圈的等效弹性模量;Q 为法向接触载荷;l 为接触长度;υ1㊁υ2分别为滚子和内外圈的泊松比,取值为0.3㊂对位置角ψ处的滚子进行受力分析,考虑离心力,可得受力平衡方程如下:1n ∑nb =1(Q i ψb -Q o ψb )+12m j ω2d D m =01n ∑nb =1(Q i ψb 12∑nb =1Q i ψb x b 1n ∑nb =1Q i ψb )-Q o ψb 1n ∑n b =1Q i ψb x b 1n ∑nb =1Q i ψb =üþýïïïïïï0(4)x k =-l 2+(k -0.5)l n式中,m j 为第j 个滚子的质量;x k 为第k 个原片中心和滚子质心的距离;ωd 为滚动体的自转速度;D m 为滚动体直径;n 为对滚动体进行切片的数目㊂通过N e w t o n ‐R a ph s o n 方法可以求出不同位置角ψ的接触载荷Q i ψ㊁Q o ψ及接触变形量δi ψ㊁δo ψ㊂从而可以计算得到滚子与内外圈之间的接触刚度为K i ψ=d Q i ψd δi ψK o ψ=d Q o ψd δo üþýïïïïψ(5)1.2 碰撞模型主要参数及求解方法在A D AM S 中,碰撞力定义为F =0q >q 0k (q 0-q )e -c q ㊃S T E P (q ,q 0-d ,1,q0,0)q ≤qìîíïïï0(6)式中,q 为两个对象之间实际距离;q ㊃为变量q 的时间导数;q0为触发距离,用来确定冲击力是否起作用,该参数为一个实常数;k 为刚度系数;e 为弹性力指数;c 为阻尼系数;d为刺入深度㊂通过式(5)计算可以得出轴承承受最大径向载荷时,滚子与外圈接触刚度为1.8×107N /mm ,滚子与内圈接触刚度为1.5×107N /mm ,非线性指数为1.5,最大接触阻尼为1.42×102N ㊃s /m ,最大穿透深度为1μm ,仿真求解方法采用适合高频系统的非刚性稳定算法积分器A B AM 求解器㊂1.3 仿真模型准确性分析在仿真中,滚动体和内外圈及保持架是碰撞接触的,由于轴的旋转,内圈与滚动体碰撞,滚动体与保持架碰撞,在碰撞力的作用下,保持架会有一个轴向角速度,这个角速度是一个可以评价系统运行平稳性的重要指标,保持架理论转速ωc 计算公式如下:ωc =ωi2(1-D W d m)(7)式中,ωi 为轴的转速;D W 为滚动体直径;d m 为滚动轴承节径㊂从图2可以看出,在稳定情况下,保持架角速度理论计算值为14.1r a d /s,仿真平均值为14.3r a d /s ,理论计算值与仿真值误差为1.3%,由此可见该仿真方法能够准确地分析轴承动力学特性㊂图2 保持架角速度理论值与仿真值2 磨损失效仿真及特征提取在图1所示模型基座上定义6个关键位置,不同间隙下,提取这些位置的加速度信号,图3所示为间隙h =10μm 时位置点1的加速度振动信号㊂通常,机械故障诊断中所遇到的时域信号都是实信号,实信号的傅里叶变换含有负频率,对信号处理带来麻烦,若对仿真信号x (t )进行H i l b e r t 变换可以对负频率成分做+90°的相移,得到原信号的解析信号x a (t )(其频谱是原实信号正频谱的2倍):^x 1(t )=x (t )⊗1πt =1π∫∞-∞x (t )1t -τd τ(8)㊃8232㊃中国机械工程第25卷第17期2014年9月上半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.图3 基座位置点1加速度值(间隙h=10μm)x a(t)=x(t)+j^x1(t)=a(t)e-jω(t)(9)式中,a(t)为原信号的包络信号㊂由于滚动轴承发生故障时产生的振动信号具有调制的特点[9‐10],所以对其进行H i l b e r t变换可以实现包络解调,实现载波和调制波分离㊂对包络信号a(t)进行傅里叶变换得到:y(ω)=2∫∞-∞a(t)e-jωt d t(10)定义信号的频率中心f m及信号频谱的集中度fσ为f m=∑f s/2f=0f y(ω)/∑y(ω)(11)fσ=∑f s f=0(f-f m)2y(ω)N(12)其中,N为y(ω)的长度;f s为信号的采样频率㊂信号频谱的集中度fσ能反映出信号频谱的集中程度,其值越小反映出信号特征频率越集中,反之则表示信号特征频率越分散,绘制fσ与间隙的关系图,结果见图4㊂图4 信号频谱集中度与轴承间隙的关系从图4可以看出,信号的频谱集中度与轴承径向间隙为非线性关系,集中度fσ能够比较明显地反应出轴承磨损失效时径向间隙的规律,是表征轴承磨损故障有效的特征值㊂3 实验验证3.1 实验台搭建为验证滚动轴承磨损失效的故障特征,搭建的滚动轴承磨损失效机理实验台以湖南科技大学S p e c t r a Q u es t公司生产的机械故障综合模拟实验台为平台,如图5所示㊂信号采集及监测系统包括:奥地利D e w e t r o n公司的D EW E‐16通道高精度数据采集仪㊁美国P C B6O S A n加速度传感器及数据处理系统㊂图5 滚动轴承磨损失效机理实验台3.2 实验条件及过程由于条件限制,无法收集到大量不同间隙系列的轴承进行研究,所以需对轴承进行故障模拟㊂实验轴承型号与仿真轴承相同,本实验所用的轴承为内圈单挡边可分离式圆柱滚子轴承N J204,对24个样品内圈滚道进行精磨,得到不同间隙系列见表1所示㊂实验过程中电机转速为10㊁15㊁20㊁25㊁30r/m i n㊂转盘质量为2.03k g,采样频率f s=10k H z㊂表1 样本轴承径向间隙及数量系列轴承间隙(μm)样本数量(个)110~404240~10043100~15044150~20045200~25046250~3004实验所用传感器为美国P C B608A11加速度传感器,其灵敏度为100m V/g,在电机端及负载端基座上分别在轴向(x方向)㊁垂直方向(y方向)㊁水平方向(z方向)安装传感器㊂实验过程分两组进行:第1组实验电机端和负载端的轴承分别安装表1所示的同一间隙系列,总计实验12次;第2组实验电机端轴承间隙为10μm,负载端轴承每一个系列选两个轴承进行实验,第2组总计实验12次㊂实验过程中电机转速设定为10㊁15㊁20㊁25㊁30㊁35r a d/s㊂实验总计144×6组样本数据㊂3.3 实验结果分析对实验采集的数据进行小波包消噪,图6所示为电机端轴承间隙h=40μm,主轴转速为35 r a d/s时,y方向原信号与消噪信号㊂消噪后的振动信号幅值比原信号幅值变小,密集度降低,冲击过程更加明显㊂3.3.1 不同轴承安装方式的对比分析考虑到电机和轴之间的柔性连接器会对电机端轴承振动信号产生影响,将第1组实验电机端㊁㊃9232㊃圆柱滚子轴承磨损失效的A D AM S仿真及实验 姚建雄 谭建平 杨 斌Copyright©博看网. All Rights Reserved.(a )膝关节角度(b)膝关节角度相位回归图 (c)人腿膝关节扭矩(d)人机相互作用力矩图9 有助力机器人辅助时结果比较可知,有机器人辅助比没有机器人辅助时人膝关节扭矩明显地减小了一半左右,这说明该动力学系统的使用可以减小扭矩,降低人的运动强度,证明了所提出方法的有效性㊂图9d 示出了人和机器人相互作用力矩,其作为矢量场逐次迭代系统的输入而存在㊂3.2.2 扭矩成分分析由于在实际应用中传感器所检测到的机器人关节扭矩包括重力矩㊁惯性矩㊁哥氏/离心力矩和人机相互约束力矩等四项成分,而矢量场逐次迭代系统的输入信号只需要人机相互约束力矩,所以有必要把其他成分从总扭矩中分离出去㊂目前,对于重力项可采用重力补偿[12]等分离方法来处理,而惯性矩和哥氏/离心力矩较难处理,但对关节扭矩信号中各成分进行如图10所示的F F T 频谱分析后发现:哥氏/离心力矩相当小,对运动的同步影响较小;惯性扭矩主要包括5H z 以上的较高频率成分,而这些高频成分对助力运(a)信号(b)相互作用力 (c)惯性矩(d)哥氏力矩和离心力矩图10 关节扭矩输入信号F F T 分析动产生同步的频率段(一般在0.2~3.0H z 范围内)亦不会造成大的影响㊂这为在实际应用中只需从传感器所检测到的信号中减去重力项作为系统的输入信号就可进行实时控制提供了理论依据㊂4 结论(1)提出了一种基于矢量场逐次迭代算法的人机身体交流智能控制方法,并将该方法应用于下肢外骨骼助力机器人研究,矢量场逐次迭代系统的输出被用作机器人各关节的期望规迹,机器人腿与人腿的相互作用关节扭矩信号被反馈到矢量场逐次迭代系统中㊂仿真结果表明,所设计的矢量场逐次迭代系统实现了下肢助力机器人和人运动在频率和振幅上的同步,同时,通过调节动力学系统的遗忘参数λ和同步阈值μ,可以调节同步的程度㊂(2)通过对机器人膝关节扭矩输入信号进行频谱分析发现,矢量场逐次迭代系统的输入信号中即使包含惯性矩和哥氏/离心力矩亦不会对系统输出关节位移同步信号造成太大的影响㊂此结果为在实际应用中只需从传感器所检测到的信号中减去重力项作为系统的输入信号就可进行实时控制提供了理论依据㊂参考文献:[1] I k e u r aR ,I n o o k aH.V a r i a b l e I m pe d a n c eC o n t r o l of aR o b o t f o rC o o p e r a t i o n w i t ha H u m a n [C ]//P r o -c e ed i n g so ft h eI E E EI n te r n a t i o n a lC o nf e r e n c eo n R o b o t i c s a n d A u t o m a t i o n .P i s c a t a w a y,N J ,U S A :I E E E ,1995:3097‐3102.[2] H i r a t aY ,T a k a g i T ,K o s u g eK ,e t a l .M o t i o nC o n -t r o l o f M u l t i p l eD R H e l p e r sT r a n s p o r t i n g aS i n g l e O b j e c t i nC o o p e r a t i o nw i t haH u m a nB a s e do n M a pI n f o r m a t i o n [C ]//P r o c e e d i n g s o f t h e I E E E I n t e r a n a -t i o n a l C o n f e r e n c e o nR o b o t i c s a n dA u t o m a t i o n .P i s -c a t a w a y,N J ,U S A :I E E E ,2002:995‐1000.[3] M a r d e rE ,B u c h e rD.C e n t r a lP a t t e r n G e n e r a t o r sa n d t h eC o n t r o l o fR h y t h m i c M o v e m e n t s [J ].C u r -r e n tB i o l o g y,2001,11(23):986‐996.[4] 张益军,朱庆保,田恩刚.实现C P G 模型的细胞神经网络的分支分析方法[J ].控制理论与应用,2006,23(3):362‐366.Z h a n g Y i j u n ,Z h uQ i n g b a o ,T i a nE n g a n g.M e t h o d o fB i f u r c a t i o n A n a l ys i so fC e l l u l a rN e u r a lN e t w o r k f o rC P G M o d e l s [J ].C o n t r o lT h e o r y &A p p l i c a -t i o n s ,2006,23(3):362‐366.㊃2432㊃中国机械工程第25卷第17期2014年9月上半月Copyright ©博看网. All Rights Reserved.。

从仿真到现实的多层级虚实域适应的滚动轴承故障诊断方法目录一、内容描述 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究意义 (4)1.3 国内外研究现状及发展动态 (5)二、仿真与现实世界中的滚动轴承故障特征分析 (6)2.1 滚动轴承在仿真与现实世界中的基本原理 (7)2.2 滚动轴承常见故障类型及其特征 (8)2.3 振动信号在故障诊断中的应用 (10)三、基于仿真的滚动轴承故障诊断方法 (11)3.1 仿真模型的建立 (12)3.2 故障特征的提取与识别 (13)3.3 仿真结果的分析与验证 (14)四、基于现实世界的滚动轴承故障诊断方法 (15)4.1 实验平台的搭建 (16)4.2 故障特征的提取与识别 (17)4.3 实验结果的验证与分析 (19)五、多层级虚实域适应的滚动轴承故障诊断方法 (20)5.1 虚实融合的故障特征提取策略 (22)5.2 基于多层级划分的故障诊断模型 (23)5.3 仿真实验与实际应用的效果对比 (24)六、结论与展望 (25)6.1 研究成果总结 (27)6.2 研究不足与局限 (28)6.3 未来发展方向与展望 (29)一、内容描述本研究旨在提出一种从仿真到现实的多层级虚实域适应的滚动轴承故障诊断方法。

该方法首先通过仿真平台对滚动轴承进行故障建模和分析，然后将仿真结果与实际运行中的滚动轴承进行比较，以识别出可能存在的故障模式。

通过对实际运行中的滚动轴承进行实时监测和数据采集，利用机器学习和数据挖掘技术对故障模式进行进一步分析和诊断。

根据诊断结果，对滚动轴承进行有效的维修和保养，以降低故障发生的风险，提高设备的可靠性和安全性。

滚动轴承故障建模和仿真：通过建立数学模型和有限元仿真软件，对滚动轴承的结构、材料特性、润滑条件等因素进行分析，预测可能出现的故障模式。

实际运行中的滚动轴承监测和数据采集：通过安装传感器和采集设备，实时获取滚动轴承的运行状态、温度、振动等参数，为后续的故障诊断提供数据支持。

基于ADAMS的轴承虚拟可靠性试验方法李昌;韩兴【摘要】提出了一种轴承的虚拟可靠性试验方法.建立轴承三维虚拟试验样机,利用ADAMS参教化技术以及编写伪随机数子程序等方法对试验样机进行Monte Carlo参数化,利用自定义函数模拟轴承各类参数的随机误差,对参数化的轴承样机进行多次虚拟试验,获取试验数据.利用VC++编程自动读取试验结果文件并求取轴承内圈跳动的可靠度,分析了各类随机误差对轴承动态特性的影响.开发了通用的轴承虚拟可靠性试验程序.%Three-dimensional virtual test prototype of the bearings was set up in ADAMS firstly,Monte Carlo parameterization of the prototype was carried out in pseudo-random numbers subroutine.After times of virtual test on the parameterize prototype, analogizing different bearing parameter's random errors with self-defining function, experimental data were got.Introducing VC++ program to read the data file automatically to compute the run-out reliability level of the bearing's inner race, it presents a method of virtual reliability test for bearing, which can analyze the effects of different random errors on bearing dynamic behavior stly, it developed an universal bearing virtual reliability test program.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2011(022)005【总页数】4页(P509-512)【关键词】可靠性;深沟球轴承;ADAMS;Monte Carlo;随机误差【作者】李昌;韩兴【作者单位】辽宁科技大学,鞍山,114051;辽宁科技大学,鞍山,114051【正文语种】中文【中图分类】TH122传统的工程结构分析通常采用确定性的力学模型进行,将模型参数作为确定量处理,其本质是用均值参数系统代替实际结构系统,这就忽略了系统内部的变异性。

文章编号：1004-2539（2021）05-0010-08DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2021.05.002滚滑运动导致的滚动轴承磨损特性研究李中阳1,2庞新宇1,2闫宗庆1,2张磊1,2（1太原理工大学机械与运载工程学院，山西太原030024）（2煤矿综采装备山西省重点实验室，山西太原030024）摘要滚滑运动是导致滚动轴承失效的一种特殊运动形式，采用仿真和试验相结合的方法，研究了滚动轴承在滚滑运动下的磨损特性。

首先，应用Abaqus有限元软件建立滚滑状态下的滚动轴承有限元仿真模型，得到轴承的摩擦力动态响应。

之后，通过滚滑磨损试验台得到轴承运动过程中的摩擦力数据，运用灰色关联分析法得知仿真数据与试验数据的关联度达到0.8以上，因此，仿真所得的摩擦力可作为判断轴承磨损状态变化的依据。

在轴承磨损试验中，对润滑油进行颗粒度检测并观察记录了轴承内圈的表面形貌。

结果表明，仿真所得摩擦力变化影响油液颗粒度、表面形貌的变化，油液中所含颗粒数目上升与内圈表面产生磨痕作为内圈所受摩擦力变化导致的磨损结果，正反馈于摩擦力，使其幅值不断增大，进一步加剧了轴承的磨损。

仿真与试验相结合的方法为准确判断滚滑状态下轴承各点位置磨损特性提供了分析研究的基础。

关键词滚滑运动滚动轴承有限元分析颗粒度表面形貌Study on Wear Characteristic of Rolling Bearing Caused by Rolling-sliding MotionLi Zhongyang1,2Pang Xinyu1,2Yan Zongqing1,2Zhang Lei1,2（1School of Mechanical and Vehicle Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan030024，China）（2Shanxi Key Laboratory of Fully Mechanized Coal Mining Equipment，Taiyuan030024，China）Abstract Rolling-sliding motion is a special motion form which leads to the failure of rolling bearings.In order to study the wear characteristics of rolling bearings under rolling-sliding motion，the method of combining simulation with experiment is adopted.Firstly，Abaqus finite element software is used to establish the finite ele⁃ment simulation model of rolling bearing under rolling-sliding state，the dynamic response of friction force is ob⁃tained.Then，the friction data of the bearing in the process of motion are obtained through the rolling wear test bed.By using the Gray Correlation Analysis method，it is concluded that the correlation between the simulation data and the experiment data reached more than0.8.Therefore，the friction obtained by simulation could be used as the basis to judge the changes of bearing wear state.In the bearing wear experiments，the particle size in the oil is detected and the surface topography of inner ring is recorded.The results show that the change of friction force obtained by simulation affects the change of oil particle size and surface morphology.The increase of particle number in oil and the wear mark on the inner ring surface are the wear results caused by the change of friction force.The positive feedback to the friction force makes its amplitude increase continuously，which fur⁃ther aggravates the wear of the bearing.The method of combining simulation with experiments provides the basis for the analysis and research of the bearing wear characteristics at each point under rolling-sliding state.Key words Rolling-sliding motion Rolling bearing Finite element analysis Particle size Surface topography0引言滚动轴承作为一种精密的机械元件，能够将运转工作轴与固定轴座间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，从而减少摩擦副间的摩擦磨损。