滚子轴承拟动力学分析模型建立.1

第42卷第丨期 2022年1月摩擦学学报

Vol 42 No 1

Jan, 2022Tribology

DOI: 10.16078/j.tribology.2020278

圆锥滚子轴承润滑与动力学耦合研究马子豪\王瑞2,赵海涛3,黄立3,孟凡明1(1.重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400044;2.中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，黑龙江哈尔滨150066; 3.中国船舶重工集团公司第七〇五研宄所，陕西西安710077)

摘要：为准确分析圆锥滚子轴承润滑和动力学耦合性能，建立了基于油膜刚度与阻尼的圆锥滚子轴承动力学耦合 方程，并对方程进行了验证和数值求解.数值结果表明：与不考虑润滑相比，考虑润滑后轴承内圈轴向运动更加稳 定，轴向位移变小；在不同的滚子端面球半径和挡边倾角下，润滑效应能够使内圈径向振动加速度级减小1.71到 2.07 dB;同时滚子个数的增加会使轴承内圈滚道和内圈挡边的平均最小油膜厚度分别增加7.97%和4.43%.关键词：圆锥滚子轴承;润滑;动力学;耦合;振动中图分类号：TH133.33 文献标志码：A 文章编号：1004-0595(2022)01-0055-10

Coupling Behavior of Lubrication and Dynamics for Tapered Roller Bearing

MA Zihao1, WANG Rui2, ZHAO Haitao3, HUANG Li3, MENG Fanming1'(1. The State Key Laboratory of Mechanical Transmission, Chongqing University, Chongqing 400044, China 2. Aero Engine Corporation of China Dong'an Engine Company Limited, Heilongjiang Harbin 150066, China 3. The 705 Research Institute, China Shipbuilding Industry Corporation, Shaanxi Xi'an 710077, China) Abstract: A tapered roller bearing is the important mechanical transmission component and its lubrication and dynamic

滚动轴承数字孪生几何模型精细建模方法滚动轴承是机械设备中常用的关键零部件之一，其负责承载和传递负载。

为了更好地理解和分析滚动轴承的性能，数字孪生技术被引入其中。

数字孪生是指通过将物理系统和其数字模型链接起来，实现实时仿真和监测。

在滚动轴承的数字孪生中，几何模型的建模是一个至关重要的步骤，本文将重点讨论滚动轴承数字孪生中的精细几何建模方法。

一、滚动轴承的基本几何模型滚动轴承主要是由内圈、外圈、滚动体和保持架等部件组成。

为了建立精细的几何模型，需要对这些部件进行详细的建模。

1. 内圈：内圈是滚动轴承最内侧的圆形环状部件，直接与轴连接。

内圈的建模可以通过绘制一个圆圈并设定圆心和半径来完成。

2. 外圈：外圈是滚动轴承最外侧的圆形环状部件，直接与外部设备连接。

外圈的建模也可以通过绘制一个圆圈并设定圆心和半径来实现。

3. 滚动体：滚动体是介于内圈和外圈之间的滚珠或滚柱，在滚动轴承中起到支撑和传递负载的作用。

滚动体的建模可以通过绘制球形或圆柱形，并将其均匀地分布在内圈和外圈之间。

4. 保持架：保持架是固定滚动体的组件，主要用于保持滚动体之间的间距。

保持架的建模可以通过绘制一个环形或网格状结构来实现。

二、精细建模方法的应用为了更准确地描述滚动轴承的几何形状，目前有许多精细建模方法可以应用于滚动轴承的数字孪生。

1. CAD建模：计算机辅助设计（CAD）是一种常用的精细建模方法，可以通过绘制和编辑几何图形来创建滚动轴承的精细模型。

CAD软件提供了多种工具和功能，可用于创建复杂的几何形状，并进行参数化设计。

2. 三维扫描：三维扫描技术可以通过激光或光学传感器将实际物体的几何形状转换为数字模型。

对于滚动轴承，可以使用三维扫描仪将其表面几何信息捕捉到数字模型中，从而实现准确的建模。

3. 数字建模软件：有许多专门用于建立几何模型的软件工具可供选择。

例如，CATIA、SolidWorks和AutoCAD等软件都提供了丰富的功能和工具，可以帮助用户创建滚动轴承的精细几何模型。

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２０ ０６
文章编 号 ：６ ２ ８ １ ２０ ）２— ０ ６—０ １７ —６７ （０６ ０ ０ １ ３
高速 圆柱滚子轴承保持 架动力学分析
张 志华 邓 四二 ， ， 一 周彦伟 杨海 生 曹雪梅 杜 辉 ， ， ，
（ ． 南科 技 大学 机 ｃ － １河 ａｎ 程学 院 ， 南 洛 阳 ４ １０ ； ． 连 理 工 大 学 机 械 工 程 学 院 ， 宁 大 连 １６２ ） 河 ７０３２ 大 辽 １０ ３
坐标 轴 、 向上 的偏 心位 移及 其 转速 。（ ） 设 外 圈 中心 固定 ， Ｙ方 ３假 内圈 以角 速 度 ｈ 旋 转 。（ ） 承 ｎ ４轴 各零 件 问的润滑 为 弹流润 滑 或流 体动 压 润滑 。
１ ２ 内圈受 力分析 及 平衡方 程 ＋
内圈 主要受 滚 动体 的接触 法 向力 、 摩擦 力 、 外力 和外 力矩 。轴 承 内圈在 上述力 的作 用下 处于 平衡 状 态， 即满足 下列平 衡方 程
收 稿 日期 ：０５ ９—１ ２０ —０ ９
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第２ 期
张志华等 ： 高速圆柱滚子轴承保持架动力学 分析
・ １ ・ ７
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平移 量 ； 为两标 系 问 的转 动变 换 。基本 假 设如 下 。 ［ ］
（ ） 子具有 ４个 自由度 ， 子 自转 角速度 、 转角 速度 、 子 沿其 局 部 坐标 轴 、 方 向上 的径 向 １滚 滚 公 滚 Ｙ 位移 ， 这里 不考 虑滚 子 的轴 向 串动 。（ ） ２ 保持 架 的运 动为 平面 运 动 ， 自由度 为 ３ 径 向平 面 内沿 其局 部 其 ：

含故障滚动轴承-转子系统的非线性动力学分析含故障滚动轴承-转子系统的非线性动力学分析摘要：滚动轴承在转子系统中起着重要的支撑和传动作用。

然而，由于操作条件不良或材料疲劳等原因，滚动轴承可能出现故障，导致转子系统的性能下降甚至发生严重事故。

本文通过对含故障滚动轴承-转子系统的非线性动力学分析，探讨了故障对系统稳定性和振动响应的影响，并提出了相应的改进措施。

1. 引言滚动轴承是一种常见的机械传动元件，广泛应用于各种机械设备中。

在转子系统中，滚动轴承承担着支撑和传动的作用，对系统的性能和可靠性有着重要的影响。

然而，由于工作条件的变化和材料疲劳等原因，滚动轴承可能会出现故障，如疲劳裂纹、卡滞、磨损等，从而导致转子系统的性能下降。

2. 故障滚动轴承的动力学模型故障滚动轴承的动力学模型需要考虑轴承几何形状、材料特性和故障类型等因素。

在本文中，我们以单个滚动轴承为研究对象，将其建模为多自由度系统，考虑了转子和轴承的非线性特性。

3. 故障对转子系统稳定性的影响故障滚动轴承会引起转子系统的不稳定振动，影响系统的稳定性和可靠性。

通过分析系统的特征根和相平面图，可以得到故障滚动轴承的振动特性和稳定性边界。

4. 故障对转子系统振动响应的影响故障滚动轴承的存在将引起转子系统的非线性振动响应。

通过数值仿真和实验分析，可以研究故障滚动轴承对系统振动频谱、幅值和相位的影响。

5. 改进措施为了提高含故障滚动轴承-转子系统的稳定性和可靠性，可以采取以下改进措施：①改善润滑条件，减少摩擦和磨损；②使用可调节补偿机构，自动调整轴承间隙；③监测和检测系统的工作状态，及时发现和处理轴承故障。

6. 结论通过对含故障滚动轴承-转子系统的非线性动力学分析，可以得到故障对系统稳定性和振动响应的影响规律。

在实际应用中，我们应该重视滚动轴承的工作状态和健康监测，及时采取合理的预防和维护措施，以确保系统的安全稳定运行。

7.综上所述，故障滚动轴承对转子系统的稳定性和振动响应产生重要影响。