滾動(dòng)軸承的案例
滾動(dòng)軸承的失效分析及防治方法 附滾動(dòng)軸承的分析方法萬長森下載
滾動(dòng)軸承是運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械不可缺少的基礎(chǔ)部件之一。雖然滾動(dòng)軸承體積小成本低，可是一旦滾動(dòng)軸承失效，給運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械乃至整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備帶來的損失卻是巨大的。隨著技術(shù)的迅速發(fā)展，企業(yè)對(duì)滾動(dòng)軸承質(zhì)量的要求越來越高。特別是自動(dòng)化、連續(xù)生產(chǎn)的企業(yè)，對(duì)滾動(dòng)軸承的可靠性的要求十分嚴(yán)苛，因此如何提高滾動(dòng)軸承的可靠性已經(jīng)成為滾動(dòng)軸承生產(chǎn)廠家及使用客戶急需解決的主要問題之一。
滾動(dòng)軸承的可靠性與滾動(dòng)軸承的失效形式有著密切的關(guān)系，要提高軸承的可靠性，就必須從軸承的失效形式著手，仔細(xì)分析滾動(dòng)軸承的失效原因，才能找出解決失效的具體措施。
一.軸承的失效機(jī)理
1.接觸疲勞失效
接觸疲勞失效系指軸承工作表面受到交變應(yīng)力的作用而產(chǎn)生的材料疲勞失效。
接觸疲勞失效常見的形式是接觸疲勞剝落。接觸疲勞剝落發(fā)生在軸承工作表面，往往伴隨著疲勞裂紋，首先從接觸表面以下最大交變切應(yīng)力處產(chǎn)生，然后擴(kuò)展到表面形成不同的剝落形狀，如點(diǎn)狀為點(diǎn)蝕或麻點(diǎn)剝落，剝落成小片狀的稱淺層剝落。由于剝落面的逐漸擴(kuò)大，會(huì)慢慢向深層擴(kuò)展，形成深層剝落。深層剝落是接觸疲勞失效的疲勞源。
2.磨損失效
磨損失效系指表面之間的相對(duì)滑動(dòng)摩擦導(dǎo)致其工作表面金屬不斷磨損而產(chǎn)生的失效。
持續(xù)的磨損將引起軸承零件逐漸損壞，并最終導(dǎo)致軸承尺寸精度喪失及其它問題。磨損失效是各類軸承常見的失效模式之一，按磨損形式通常可分為磨粒磨損和粘著磨損。
磨粒磨損是指軸承工作表面之間擠入外來堅(jiān)硬粒子或硬質(zhì)異物或金屬表面的磨屑且接觸表面相對(duì)移動(dòng)而引起的磨損，常在軸承工作表面造成犁溝狀的擦傷。
展開 【專業(yè)積累】一起認(rèn)識(shí)滾動(dòng)軸承——常用類別術(shù)語及相關(guān)知識(shí)
滾動(dòng)軸承
（一）滾動(dòng)軸承總論
1、滾動(dòng)軸承 rolling bearing
在支承負(fù)荷和彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件間作滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的軸承，它包括有滾道的零件和帶或不帶隔離或引導(dǎo)件的滾動(dòng)體組。可用于承受徑向、軸向或徑向與軸向的聯(lián)合負(fù)荷。
2、單列軸承 single row bearing
具有一列滾動(dòng)體的滾動(dòng)軸承。
3、雙列軸承 double row bearing
具有兩列滾動(dòng)體的滾動(dòng)軸承。
4、多列軸承 multi-row bearing
具有多于兩列的滾動(dòng)體，承受同一方向負(fù)荷的滾動(dòng)軸承，最好是指出列數(shù)及軸承類型，例如：“四列向心圓柱滾子軸承”。
5、滿裝滾動(dòng)體軸承 full complement bearing
無保持架的軸承，每列滾動(dòng)體周向間的間隙總和小于滾動(dòng)體的直徑并盡可能小，以使軸承有良好的性能。
6、角接觸軸承 angular contact bearing
公稱接觸角大于0°而小于90°的滾動(dòng)軸承。
7、調(diào)心軸承 self-aligning bearing
一滾道是球面形的，能適應(yīng)兩滾道軸心線間的角偏差及角運(yùn)動(dòng)的軸承。
8、可分離的軸承 separable bearing
具有可分離部件的滾動(dòng)軸承。
9、不可分離軸承 non-separable bearing
在最終裝配后，軸承套圈均不能任意自由分離的滾動(dòng)軸承。
注：對(duì)于不同方法分離零件的軸承，例如有雙半套圈（02、01、08）的球軸承不另規(guī)定縮略術(shù)語。
10、英制軸承 inch bearing
原設(shè)計(jì)時(shí)外形尺寸及公差以英制單位表示的滾動(dòng)軸承。
11、開型軸承 open bearing
無防塵蓋及密封圈的滾動(dòng)軸承。
展開 電動(dòng)發(fā)電機(jī)組滾動(dòng)軸承振動(dòng)故障的診斷
摘要：在對(duì)某核電廠1號(hào)機(jī)組控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)電源系統(tǒng)(RAM)電動(dòng)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行常規(guī)振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測過程中，發(fā)現(xiàn)2號(hào)發(fā)電機(jī)(1RAM002GE)驅(qū)動(dòng)端滾動(dòng)軸承存在尖銳異音，且振動(dòng)水平在較短時(shí)間內(nèi)有明顯上漲。通過對(duì)振動(dòng)趨勢進(jìn)行合理跟蹤，對(duì)頻譜結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)合滾動(dòng)軸承故障發(fā)展特點(diǎn)，成功診斷出故障原因?yàn)?em>滾動(dòng)軸承內(nèi)圈存在磨損剝落缺陷。
核電廠運(yùn)行需要電機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)等大量的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備行使各類介質(zhì)輸送功能，而對(duì)于這些旋轉(zhuǎn)設(shè)備而言，滾動(dòng)軸承是非常重要且易損的元件之一。當(dāng)滾動(dòng)軸承零件表面發(fā)生損傷時(shí)，損傷的單元隨著滾動(dòng)體與內(nèi)圈、外圈之間交變力的作用，相互擠壓、磨損引起軸承較大的振動(dòng)響應(yīng)。根據(jù)軸承的損傷程度及損傷零部件的不同，反映在振動(dòng)幅值和頻譜特征上也不盡相同。因此，核電廠運(yùn)行維護(hù)人員可以通過跟蹤滾動(dòng)軸承振動(dòng)變化趨勢，識(shí)別特征頻率，來判斷滾動(dòng)軸承的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障診斷的目的。
1、滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)及振動(dòng)特征
典型的滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)如圖1，由滾動(dòng)體、保持架、外圈、內(nèi)圈四個(gè)結(jié)構(gòu)部件組成。通常外圈裝配在軸承座上，內(nèi)圈裝配在軸頸上，外圈固定，而內(nèi)圈隨軸頸旋轉(zhuǎn)。根據(jù)滾動(dòng)體的結(jié)構(gòu)不同，滾動(dòng)軸承可分為深溝球軸承、圓柱滾子軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承等，可根據(jù)載荷的不同應(yīng)用于不同安裝場景。
滾動(dòng)軸承的功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了，各結(jié)構(gòu)件在運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)承受交變載荷。即使正常安裝且合理維護(hù)的軸承，在運(yùn)行一段時(shí)間后，也可能會(huì)出現(xiàn)疲勞剝落或表面磨損等各種形式的缺陷。
由于軸承的旋轉(zhuǎn)特性，當(dāng)某個(gè)結(jié)構(gòu)件發(fā)生缺陷后，會(huì)在振動(dòng)頻譜上產(chǎn)生表征該結(jié)構(gòu)件缺陷的特征頻率分量。各結(jié)構(gòu)件的特征頻率計(jì)算公式見表1。
在實(shí)際的滾動(dòng)軸承故障診斷中，診斷工程師通過振動(dòng)分析診斷儀器，分析識(shí)別滾動(dòng)軸承的實(shí)際振動(dòng)頻率并與計(jì)算的特征頻率進(jìn)行對(duì)比分析。
展開 滾動(dòng)軸承摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
滾動(dòng)軸承摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
滾動(dòng)軸承內(nèi)部是通過滾動(dòng)體在滾道內(nèi)的滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)減小摩擦保證機(jī)械設(shè)備良好、穩(wěn)定，精確運(yùn)轉(zhuǎn)的零件。滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候也會(huì)存在一定的摩擦，這些摩擦所產(chǎn)生的能量最終以熱量的方式散發(fā)出去，是軸承自身發(fā)熱的來源。因此，在計(jì)算軸承溫度的時(shí)候，除了考慮外界熱源的熱量傳遞，也要考慮軸承自身轉(zhuǎn)動(dòng)的發(fā)熱。本文對(duì)滾動(dòng)軸承摩擦轉(zhuǎn)矩的計(jì)算做一個(gè)介紹，給出簡化算法。在軸承摩擦轉(zhuǎn)矩計(jì)算完成之后，就可以計(jì)算軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的熱量，從而得到軸承的計(jì)算溫度。
滾動(dòng)軸承最基本的組成部分包括軸承外圈、軸承內(nèi)圈、軸承滾動(dòng)體和保持架。滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)是在滾動(dòng)體和滾道接觸表面發(fā)生的，這個(gè)滾動(dòng)摩擦是滾動(dòng)軸承區(qū)別于滑動(dòng)軸承的最重要因素。
滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，由于內(nèi)部各個(gè)零部件存在相對(duì)的運(yùn)動(dòng)和摩擦，因此也有一定的摩擦轉(zhuǎn)矩。事實(shí)上，滾動(dòng)軸承內(nèi)部的摩擦不僅僅是上述的滾動(dòng)體和滾道之間的滾動(dòng)摩擦，還有其他的組成部分。這些組成部分共同構(gòu)成滾動(dòng)軸承的摩擦學(xué)模型。相對(duì)準(zhǔn)確的滾動(dòng)軸承摩擦計(jì)算就是基于這個(gè)滾動(dòng)軸承摩擦學(xué)模型進(jìn)行的。
關(guān)于滾動(dòng)軸承的摩擦，在2003年瑞典軸承公司SKF提出了摩擦學(xué)模型，并發(fā)布在自己的軸承型錄之中。
在這個(gè)滾動(dòng)軸承摩擦模型總體是這樣的：
M=Mrr+Msl+Mdrag+Mseal
在上述的模型中：
M ：滾動(dòng)軸承的總摩擦轉(zhuǎn)矩。
Mrr：滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)候的滾動(dòng)摩擦部分。主要是指滾動(dòng)體和滾道之間的滾動(dòng)摩擦。
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滾動(dòng)軸承故障診斷的實(shí)用技巧
滾動(dòng)軸承故障診斷的實(shí)用技巧摘要：本文主要介紹滾動(dòng)軸承區(qū)別于實(shí)驗(yàn)室診斷的生產(chǎn)實(shí)用技巧。
關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承、故障診斷、振動(dòng)分析、實(shí)用技巧
滾動(dòng)軸承在設(shè)備中的應(yīng)用非常廣泛，滾動(dòng)軸承狀態(tài)好壞直接關(guān)系到旋轉(zhuǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，尤其在連續(xù)性大生產(chǎn)企業(yè)，大量應(yīng)用于大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備重要部位，因此，實(shí)際生產(chǎn)中作好滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是搞好設(shè)備維修與管理的重要環(huán)節(jié)。我們經(jīng)過長期實(shí)踐與摸索，積累了一些滾動(dòng)軸承實(shí)際故障診斷的實(shí)用技巧。
一、滾動(dòng)軸承故障診斷的方式及要點(diǎn)
對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的實(shí)用方法是振動(dòng)分析。
實(shí)用中需注意選擇測點(diǎn)的位置和采集方法。要想真實(shí)準(zhǔn)確反映滾動(dòng)軸承振動(dòng)狀態(tài)，必須注意采集的信號(hào)準(zhǔn)確真實(shí)，因此要在離軸承最近的地方安排測點(diǎn)，在電機(jī)自由端一般有后風(fēng)扇罩，其測點(diǎn)選擇在風(fēng)扇罩固定螺絲有較好監(jiān)測效果。另外必須注意對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行多次采集和分析，綜合進(jìn)行比較。才能得到準(zhǔn)確結(jié)論。
二、滾動(dòng)軸承正常運(yùn)行的特點(diǎn)與實(shí)用診斷技巧
我們在長期生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，滾動(dòng)軸承在其使用過程中表現(xiàn)出很強(qiáng)的規(guī)律性，并且重復(fù)性非常好。正常優(yōu)質(zhì)軸承在開始使用時(shí)，振動(dòng)和噪聲均比較小，但頻譜有些散亂，幅值都較小，可能是由于制造過程中的一些缺陷，如表面毛刺等所致。
運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，振動(dòng)和噪聲維持一定水平，頻譜非常單一，僅出現(xiàn)一、二倍頻。極少出現(xiàn)三倍工頻以上頻譜，軸承狀態(tài)非常穩(wěn)定，進(jìn)入穩(wěn)定工作期。
繼續(xù)運(yùn)行后進(jìn)入使用后期，軸承振動(dòng)和噪聲開始增大，有時(shí)出現(xiàn)異音，但振動(dòng)增大的變化較緩慢，此時(shí)，軸承峭度值開始突然達(dá)到一定數(shù)值。我們認(rèn)為，此時(shí)軸承即表現(xiàn)為初期故障。
這時(shí)，就要求對(duì)該軸承進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，密切注意其變化。
展開 學(xué)術(shù)分享 | 用于定量分析的外圈故障滾動(dòng)軸承的振動(dòng)響應(yīng)機(jī)理
該模型是基于以下假設(shè)建立的:
（1）采用集中質(zhì)量法，忽略轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和軸承滾道表面波紋度的影響；
（2）假設(shè)除了局部誤差之外，在運(yùn)動(dòng)接觸面上不存在其他幾何誤差，滾動(dòng)體與滾道之間的彈性接觸滿足赫茲理論；
（3）所有的阻尼都是線性的。
圖1 滾動(dòng)軸承的動(dòng)力學(xué)模型
基于運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，列出動(dòng)力學(xué)微分方程如下：
2、具有局部外圈故障的滾動(dòng)軸承模型
在正常的滾動(dòng)元件軸承系統(tǒng)中，內(nèi)圈與旋轉(zhuǎn)軸固定在一起并與其一起旋轉(zhuǎn)，而外圈通常固定在軸承座上，滾珠在滾道上進(jìn)行純滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。在滾動(dòng)軸承運(yùn)行期間，滾道根據(jù)徑向載荷的范圍被分成軸承區(qū)和非軸承區(qū)。進(jìn)入軸承區(qū)的滾珠變形，產(chǎn)生不同的彈性振動(dòng)。
第j個(gè)滾動(dòng)體的總變形是內(nèi)圈和外圈之間相對(duì)位移的函數(shù)，第j個(gè)滾動(dòng)體的角位置和軸承間隙c，由以下等式表示:
只有當(dāng)球位于軸承區(qū)時(shí)，球才會(huì)變形，從而產(chǎn)生接觸力。因此，引入一個(gè)開關(guān)函數(shù)γj如下:
第j個(gè)滾動(dòng)體的角位置?j是一個(gè)關(guān)于周期dt、軸承保持架初始角位置?0和軸承保持架角速度ωc的函數(shù)。?j和ωc定義如下:
根據(jù)赫茲接觸理論，第j個(gè)滾珠和滾道之間的接觸力由下式給出:
根據(jù)上述等式，軸承在x和y方向上的總非線性接觸力分別為:
圖2為外圈故障的模型及其幾何關(guān)系。
圖2 外圈的缺陷描述
當(dāng)球移過局部缺陷的位置時(shí)，球釋放變形。
展開 滾動(dòng)軸承故障振動(dòng)處理方法
軸承在不同的階段所表現(xiàn)出來的振動(dòng)特性是不相同的，對(duì)于最早期的超聲階段，由于振動(dòng)能量不高，特征不明顯，而在故障后期軸承失效接近尾聲時(shí)，軸承的故障特征頻率和固有頻率會(huì)被隨機(jī)寬帶高頻“振動(dòng)噪聲”所淹沒。因此，滾動(dòng)軸承故障振動(dòng)處理方法更多集中在第二和第三階段，即固有頻率階段和故障特征頻率階段。
對(duì)于普通的振動(dòng)信號(hào)，我們主要從時(shí)域和頻域來進(jìn)行相應(yīng)的處理。對(duì)于軸承故障振動(dòng)信號(hào)的處理而言，也離不開時(shí)域與頻域的處理方法。但除此之外，還有高級(jí)的信號(hào)處理方法，如包絡(luò)分析。
對(duì)滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析的第一步是要獲得能提取到有用信息的時(shí)域數(shù)據(jù)，因此，這涉及到兩個(gè)方面：數(shù)據(jù)的采樣頻率與測量位置。
滾動(dòng)軸承表面局部缺陷所產(chǎn)生的沖擊性振動(dòng)，是從接觸點(diǎn)出發(fā)呈半球形波面向外傳遞的。在信號(hào)傳遞路徑上，如果遇到材料的轉(zhuǎn)折、尖角或兩個(gè)配合面時(shí)，由于波的折射和反射將引起很大的能量損耗。因此，通常為了減少能量損耗，測量位置通常是軸承座的垂直與水平方向。
由于滾動(dòng)軸承沖擊作用時(shí)間極短，以及沖擊的時(shí)間間隔也短，因此，要表征這些極短時(shí)間內(nèi)的信號(hào)，需要極高的采樣頻率。另一方面，故障早期激勵(lì)起的軸承固有頻率也位于高頻區(qū)。故，對(duì)于軸承故障振動(dòng)信號(hào)而言，通常采樣頻率可能要達(dá)到100kHz。
對(duì)于軸承的故障判斷而言，通常不是一次檢測就可以判斷故障的，而更多的是定期檢測或長期監(jiān)測，對(duì)比各類信號(hào)，以便對(duì)故障做出正確的預(yù)報(bào)。
1
頻率范圍選擇
滾動(dòng)軸承故障發(fā)生要經(jīng)歷四個(gè)階段，第一階段屬于超聲階段，頻率非常高，頻譜圖中除了轉(zhuǎn)頻及其倍頻，并無明顯的故障頻率。第二階段主要是時(shí)間極短的脈沖激勵(lì)起滾動(dòng)軸承各部件的固有頻率階段，這個(gè)階段對(duì)應(yīng)的頻率也高，但低于第一階段。第三階段是出現(xiàn)少量局部缺陷，頻譜圖中存在明顯的故障特征頻率。
展開 滾動(dòng)軸承和齒輪振動(dòng)信號(hào)分析與故障診斷方法
滾動(dòng)軸承和齒輪是機(jī)械設(shè)備中最常見的零部件。它們的運(yùn)行狀態(tài)直接影響到整臺(tái)機(jī)器的功能。本文總結(jié)分析了滾動(dòng)軸承與齒輪典型故障的故障機(jī)理及其振動(dòng)特征，詳細(xì)介紹了滾動(dòng)軸承和齒輪振動(dòng)信號(hào)分析與故障診斷的方法，比較了各種方法的特點(diǎn)，并提出了滾動(dòng)軸承和齒輪故障診斷的相關(guān)解調(diào)法。針對(duì)滾動(dòng)軸承和齒輪的典型故障特征，采用了時(shí)域分析與頻譜分析相結(jié)合的診斷方法，基于Windows平臺(tái)，利用面向?qū)ο蟮腄elphi 5.0，編制了滾動(dòng)軸承和齒輪的振動(dòng)信號(hào)分析與故障診斷軟件BGMD1.0
滾動(dòng)軸承和齒輪振動(dòng)信號(hào)分析與故障診斷方法.pdf
展開 深度學(xué)習(xí)與虛擬仿真：開啟滾動(dòng)軸承智能故障診斷新篇章
這一成果不僅為滾動(dòng)軸承的智能監(jiān)測和維護(hù)提供了新的技術(shù)路徑，也為智能制造領(lǐng)域的發(fā)展貢獻(xiàn)了重要力量。
結(jié)語
本研究通過結(jié)合虛擬仿真和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，提出了一種新的滾動(dòng)軸承故障診斷方法。該方法不僅提高了故障診斷的準(zhǔn)確性和效率，也為機(jī)械設(shè)備的健康監(jiān)測和智能維護(hù)提供了新的思路。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們有理由相信，未來的機(jī)械設(shè)備將更加智能、高效和安全。
源自[基于虛擬仿真和深度學(xué)習(xí)的滾動(dòng)軸承故障診斷方法研究]，作者：[李洋]
滾動(dòng)軸承的噪聲分析
2.由設(shè)計(jì)、加工引起的噪聲
這種的噪聲是由軸承設(shè)計(jì)或工藝制造誤差造成的。它主要包含以下5種噪聲。
（1）滾道噪聲
即使使用最先進(jìn)的加工技術(shù)及最精密的加工儀器來加工滾道或滾動(dòng)體表面，也不可能制作出絕對(duì)理想的圓形。即在滾道和滾動(dòng)體表面總是存在著任意的微小的形狀誤差，這種誤差在宏觀上表現(xiàn)為形位誤差，在微觀上表現(xiàn)為波紋度和粗糙度。由波紋度和粗糙度產(chǎn)生的振動(dòng)包括一系列的隨機(jī)脈沖，當(dāng)軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)，這些脈沖將引起軸承的"滾道噪聲"，這種噪聲構(gòu)成了軸承噪聲的主要成分。其實(shí)滾道聲所激發(fā)的聲能是有限的，如在正常情況下，優(yōu)質(zhì)的6203軸承滾道聲為25~27dB。
滾道噪聲的特點(diǎn)如下∶
①噪聲、振動(dòng)具有隨機(jī)性;
②振動(dòng)頻率在1kHz以上;
③不論轉(zhuǎn)速如何變化，噪聲主頻率幾乎不變而聲壓級(jí)則隨轉(zhuǎn)速增加而提高;
④當(dāng)徑向游隙增大時(shí)，聲壓級(jí)急劇增加;
⑤軸承座剛性增大，總聲壓級(jí)降低，即使轉(zhuǎn)速升高，其總聲壓級(jí)也增加不大;
⑥潤滑劑黏度越高，聲壓級(jí)越低，但對(duì)于脂潤滑，其黏度、皂纖維的形狀大小也會(huì)影響噪聲值。
嚴(yán)格控制套圈滾道和滾動(dòng)體的圓度、波紋度、粗糙度和滾動(dòng)體的加工精度，可以顯著降低滾道噪聲。
（2）滾動(dòng)體噪聲
滾動(dòng)體噪聲是指滾動(dòng)體相對(duì)于滾動(dòng)面回轉(zhuǎn)、滑動(dòng)、摩擦及撞擊時(shí)產(chǎn)生的噪聲。該噪聲主要發(fā)生在滾動(dòng)體進(jìn)入和退出載荷區(qū)的時(shí)刻。當(dāng)軸承在承受徑向載荷的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在軸承內(nèi)存在載荷區(qū)和非載荷區(qū)。由于軸承具有一定的徑向游隙，所以非載荷區(qū)的滾動(dòng)體與內(nèi)滾道不接觸，但由于離心力的作用其可能與外圈接觸。為此，在低轉(zhuǎn)速下，當(dāng)離心力小于滾動(dòng)體自重時(shí)，滾動(dòng)體就會(huì)下落從而與內(nèi)滾道或保持架發(fā)生碰撞并激發(fā)軸承的固有振動(dòng)而引起噪聲。
展開 干貨 | 基于SIMULIA的滾動(dòng)軸承仿真解決方案
滾動(dòng)軸承廣泛應(yīng)用在機(jī)械產(chǎn)品傳動(dòng)系統(tǒng)中。達(dá)索系統(tǒng)仿真品牌SIMULIA針對(duì)滾動(dòng)軸承類型產(chǎn)品提供系統(tǒng)的仿真解決方案，對(duì)于產(chǎn)品研發(fā)過程提供相應(yīng)的仿真支持手段。
一、滾動(dòng)軸承的仿真目標(biāo)
這里介紹的滾動(dòng)類軸承包括：
· 滾珠軸承（ball bearings）
· 滾柱軸承（roller bearings）
· 滾針軸承（needle bearings）
滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)大致分為：內(nèi)外圈、保持架與不同數(shù)量的滾動(dòng)體。
典型的滾動(dòng)軸承仿真目標(biāo)包括：
1、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度：需要考慮工作狀態(tài)或者過載工況下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度
2、疲勞壽命：需要考慮承載工作狀態(tài)工況下循環(huán)加載的產(chǎn)品疲勞耐久；
3、沖擊與振動(dòng)：需要考慮承受沖擊/動(dòng)態(tài)載荷；4、磨損：軸承類產(chǎn)品的特殊需求。
二、針對(duì)滾動(dòng)軸承的解決方案
1、基礎(chǔ)流程-軸承的常規(guī)強(qiáng)度與疲勞耐久性評(píng)估
應(yīng)用軟件：Abaqus+fe-safe
模型中包括：
· 考慮裝配工裝載荷的情況，例如過盈配合或冷縮配合工藝的預(yù)制載荷
· 工作載荷在波動(dòng)/循環(huán)加載的情況
主要分析結(jié)果包括：
· 結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布以及高應(yīng)力集中區(qū)域（hotspots）
· 內(nèi)外圈滾道和滾子上的接觸壓力分布
· 疲勞壽命、安全系數(shù)
2、軸承模型的簡化
常規(guī)的軸承三維模型，可以很好地分析模型受力、接觸情況，但是建模成本、計(jì)算成本較高。
▲ 三維軸承模型
1）二維簡化模型
應(yīng)用軟件：Abaqus
采用二維模型對(duì)軸承剛度和強(qiáng)度進(jìn)行快速驗(yàn)證，通常在初始設(shè)計(jì)階段用于探索和評(píng)估設(shè)計(jì)方案（可考慮結(jié)合ISIGHT進(jìn)行DOE分析）；二維模型中不能考慮承受彎曲或者剪切的分析工況。
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滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)(特征頻率與階次)
對(duì)于滾動(dòng)軸承而言，軸承滾珠的通過頻率是軸頻乘以滾珠數(shù)嗎？對(duì)于圖1所示的滾動(dòng)軸承，有15顆滾珠，外圈固定，內(nèi)圈所在的軸的轉(zhuǎn)速為600rpm，那么軸承滾珠的通過頻率是150Hz嗎？
圖1 15顆滾珠的滾動(dòng)軸承
當(dāng)然沒有這么簡單，因?yàn)閷?duì)于軸承而言，運(yùn)動(dòng)部件不僅包括滾動(dòng)體和內(nèi)圈，還包括保持架，甚至有的時(shí)候外圈也運(yùn)動(dòng)。所以，軸承的頻率有多個(gè)，包括滾動(dòng)體自轉(zhuǎn)頻率、滾動(dòng)體通過內(nèi)外圈頻率、保持架的旋轉(zhuǎn)頻率和保持架通過內(nèi)圈的頻率等一系列頻率成分。要確定這些頻率成分，必須要對(duì)軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)有基本了解。理解軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)，對(duì)于軸承的故障檢測來說很有必要，因?yàn)樗鼪Q定了軸承部件相對(duì)其他部件的旋轉(zhuǎn)速度和軸承故障的理論頻率。
1.滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)
圖2顯示了一種典型的角接觸的滾動(dòng)軸承，首先假設(shè)滾動(dòng)體裝入保持架后在內(nèi)外滾道之間呈均勻分布，且同時(shí)與內(nèi)外滾道相接觸，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無相對(duì)滑動(dòng)。一般情況下，內(nèi)外圈都可能旋轉(zhuǎn)，因此，假設(shè)內(nèi)圈的旋轉(zhuǎn)角頻率為ωi，外圈的旋轉(zhuǎn)角頻率為ωo。
展開 滾動(dòng)軸承振動(dòng)產(chǎn)生的可能原因及其特征頻率
通過前面的文章《滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)》，我們了解了滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的特征頻率，但實(shí)際上，除了這些頻率之外，還存在一些其他的頻率成分。產(chǎn)生這些復(fù)雜的振動(dòng)頻率的原因可以分兩類：第一類為外界激勵(lì)所引起的，如軸不平衡、不對(duì)中、臨界轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)共振等，這些故障（或缺陷）可以按照它們各自的特征頻率來處理；第二類是由于滾動(dòng)軸承自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及故障缺陷所引起的。通常，滾動(dòng)軸承不會(huì)僅受到一種激勵(lì)作用，更多是兩種激勵(lì)同時(shí)作用引起軸承振動(dòng)，這就使得振動(dòng)頻譜更為錯(cuò)綜復(fù)雜，對(duì)軸承的故障診斷增加難度。另一方面，除了存在各自的特征頻率成分及其諧波之外，還會(huì)存在相互調(diào)制效應(yīng)，產(chǎn)生邊頻帶。
當(dāng)軸承各元件出現(xiàn)各種故障時(shí)，《滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)》中的軸承頻率公式提供了頻率成分的理論計(jì)算，這些計(jì)算是基于這樣的假設(shè)：當(dāng)軸承各元件遭遇故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)理想的脈沖。對(duì)于軸承局部故障，如滑動(dòng)和點(diǎn)蝕，會(huì)產(chǎn)生短時(shí)尖的沖擊，這些沖擊將激起結(jié)構(gòu)共振，相應(yīng)的振動(dòng)通過外部安裝在軸承座上的傳感器能測量到。每次遭遇一個(gè)局部故障產(chǎn)生的沖擊，測量到的振動(dòng)信號(hào)將是按指數(shù)衰減的正弦振蕩。
1. 載荷引起的振動(dòng)
滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，如受到通過軸心的軸向載荷，可以認(rèn)為各個(gè)滾動(dòng)體平均分擔(dān)，即各滾動(dòng)體受力相等。但在受到徑向載荷Fr作用時(shí)，內(nèi)圈沿徑向載荷方向會(huì)移動(dòng)一段路徑δ0，如圖1中虛線所示，此時(shí)上半圈滾動(dòng)體不受力，下半圈的各個(gè)滾動(dòng)體由于接觸點(diǎn)上的彈性變形量δi不同而承受不同的載荷Qi。處于Fr作用線最下端位置的滾動(dòng)體受力Q0最大，對(duì)應(yīng)的變形量δ0也最大。
展開 史上最全滾動(dòng)軸承基本知識(shí)匯總
我們生活中每天至少要用到200個(gè)軸承，它改變了我們的生活，現(xiàn)在的科學(xué)家也正在賦予軸承一個(gè)智慧的大腦，讓它有思想會(huì)說話。這樣，高鐵上的精密軸承，人們也能做到不用檢修就能了解軸承的一切狀態(tài)。隨著科技的快速發(fā)展，軸承承受的壓力也變的愈加強(qiáng)大，質(zhì)量要求也會(huì)變得更高。
滾動(dòng)軸承的概念和分類
常見的滾動(dòng)軸承一般由兩個(gè)套圈（即內(nèi)圈、外圈）、滾動(dòng)體和保持架等基本元件組成。
為了適用于某些特殊的使用要求，有的軸承會(huì)增加或減少一些零件。
『滾動(dòng)軸承四大件功能』
內(nèi)圈通常與軸是緊配合，并與軸一起旋轉(zhuǎn)。
外圈通常與軸承座孔或機(jī)械部件的殼體配合，起支撐作用。
滾動(dòng)體借助保持架均勻的排列在內(nèi)、外圈之間，它的行狀 、大小和數(shù)量直接決定軸承的承載能力。
保持架將滾動(dòng)體均勻的分隔開，引導(dǎo)滾動(dòng)體在正確的軌道上運(yùn)動(dòng)。
『滾動(dòng)體類型』
『保持架類型』
滾動(dòng)軸承性能及用途
『調(diào)心球軸承』
調(diào)心滾子軸承在有二條滾道的內(nèi)圈和滾道為球面的外圈之間，裝配有鼓形滾子的軸承。外圈滾道面的曲率中心與軸承中心一致，所以具有與自動(dòng)調(diào)心球軸承同樣的調(diào)心功能。金屬加工微信，內(nèi)容不錯(cuò)，值得關(guān)注。在軸、外殼出現(xiàn)撓曲時(shí)，可以自動(dòng)調(diào)荷及二個(gè)方向的軸向負(fù)荷。徑向負(fù)荷能力大，適用于有重負(fù)荷、沖擊負(fù)荷的情況。內(nèi)圈內(nèi)徑是錐孔的軸承，可直接安裝。或使用緊定套、拆卸筒安裝在圓柱軸上。保持架使用鋼板沖壓保持架、聚酰胺成形保持架及銅合金車制保持架。
展開 新型滾動(dòng)式關(guān)節(jié)軸承的研制
圖1 滾動(dòng)式關(guān)節(jié)軸承結(jié)構(gòu)示意
1.主體 2.軸銷 3.沖壓外圈滾針軸承 4.保持架 5.安裝軸
圖2 保持架
2 新型軸承工作原理
新型軸承的工作方式為擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)原理為主體通過螺釘與固定部件（如底座）聯(lián)接在一起，安裝軸相對(duì)于主體可在一定范圍內(nèi)任意擺動(dòng)，其擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)可分單軸擺動(dòng)及雙軸擺動(dòng)。如圖3所示，當(dāng)安裝軸繞著X軸在YOZ平面內(nèi)擺動(dòng)時(shí)，X軸上兩個(gè)滾針軸承滾動(dòng)，Y軸上兩個(gè)軸承靜止，保持架相當(dāng)于主體靜止；當(dāng)安裝軸繞著Y軸在XOZ平面內(nèi)擺動(dòng)時(shí)，Y軸上兩個(gè)滾針軸承滾動(dòng)，X軸上兩個(gè)軸承靜止，保持架與安裝軸相對(duì)靜止，保持架與安裝軸同時(shí)繞著Y軸擺動(dòng)。以上兩種情況稱為單軸擺動(dòng)，擺動(dòng)時(shí)只有X軸或者Y軸上的軸承單獨(dú)滾動(dòng)。
圖3 單軸擺動(dòng)示意
1.主體 2.保持架 3.安裝軸
如圖4所示，當(dāng)安裝軸繞著X、Y軸以外的任意軸在任意平面內(nèi)擺動(dòng)時(shí)，X軸及Y軸上4個(gè)滾針軸承同時(shí)發(fā)生相應(yīng)的滾動(dòng)，保持架與安裝軸分別相對(duì)于主體發(fā)生相應(yīng)的擺動(dòng)。以上情況稱為雙軸擺動(dòng)，擺動(dòng)時(shí)X軸或及Y軸上的軸承同時(shí)滾動(dòng)。
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