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轴承间隙对轴承振动影响的理论模型与试验研究

汪凯 江胜飞 胡波 张晓东

汪凯, 江胜飞, 胡波, 张晓东. 轴承间隙对轴承振动影响的理论模型与试验研究[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(1): 67-74. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230073
引用本文: 汪凯, 江胜飞, 胡波, 张晓东. 轴承间隙对轴承振动影响的理论模型与试验研究[J]. 机械科学与技术, 2023, 42(1): 67-74. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230073
WANG Kai, JIANG Shengfei, HU Bo, ZHANG Xiaodong. Theoretical Model and Experimental Study on Influence of Bearing Inner Clearance on Bearing Vibration[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(1): 67-74. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230073
Citation: WANG Kai, JIANG Shengfei, HU Bo, ZHANG Xiaodong. Theoretical Model and Experimental Study on Influence of Bearing Inner Clearance on Bearing Vibration[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2023, 42(1): 67-74. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230073

轴承间隙对轴承振动影响的理论模型与试验研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20230073
基金项目: 

骨干教师计划项目 10912-JXGG2020-06799

详细信息
    作者简介:

    汪凯(1987-), 副教授, 博士研究生, 研究方向为故障诊断, alert2006@126.com

  • 中图分类号: TH113.1

Theoretical Model and Experimental Study on Influence of Bearing Inner Clearance on Bearing Vibration

  • 摘要: 传动设备在安装和运行过程中,都会存在轴承间隙问题,它是影响轴承使用性能的因素之一,因此对轴承间隙的研究具有重要的理论意义与工程价值。为了确定轴承内间隙对轴承振动的影响,从轴承振动的动力学特性入手,建立了2-DOF滚动轴承的理论模型。对测试的轴承,基于赫兹弹性接触理论分析滚动轴承动力学特性,轴承内圈平衡点的个数取决于轴承间隙的大小。当轴承间隙e<4.5 μm时,有一个稳定的平衡点,而且在平衡点中心附近,轴承内圈存在周期振动;当轴承间隙e≥4.5 μm时,随着轴承间隙和转速的不断增加,系统会产生混沌振动,发生混沌振动的区域也不断增多。同时,对Ø127滚动轴承的台架实验结果表明:在相同的阻尼参数、轴承尺寸和转速下,由实验数据得到的奇异吸引子的结果与通过求解运动方程结果接近,这种定性的结果不仅证实了轴承混沌行为的存在,而且验证了理论模型的可靠性。
  • 图  1  两轴承支撑的转子系统

    图  2  2-DOF滚动轴承的模型

    图  3  径向变形量计算模型

    图  4  载荷分布角

    图  5  动平衡点稳定区域与不稳定区域的分布

    图  6  零间隙滚动轴承在水平方向和垂直方向上频率响应结果

    图  7  正的小径向间隙滚动轴承在水平方向和垂直方向上的频率响应结果

    图  8  跑合实验台

    图  9  实验台架

    图  10  轴承振动的位移分布和速度分布

    图  11  台架实验结果的庞加莱映射

    表  1  Ø127涡轮钻具轴承的具体参数

    材料 内圈直径 外圈直径 滚珠数目 滚珠直径 刚度
    55SiMoVA 60 mm 113 mm 15 16.67 mm 9.81×109 Nm
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    表  2  测试轴承的具体参数

    参数名称 轴承A Ø127轴承
    滚动体直径/mm 7.938 16.670
    内圈直径/mm 25.562 0 60.500
    外圈直径/mm 41.438 0 113.000
    节径/mm 33.5 55.000
    轴承间隙/μm 20 20
    滚动体数目 8 15
    刚度(N·m-1) 9.21×109 9.81×109
    下载: 导出CSV
  • [1] TALLIAN T E, GUSTAFSSON O G. Progress in rolling bearing vibration research and control[J]. ASLE Transactions, 1965, 8(3): 195-207 doi: 10.1080/05698196508972094
    [2] AKTVRK N, UNEEB M, GOHAR R. The effects of number of balls and preload on vibrations associated with ball bearings[J]. Journal of Tribology, 1997, 119(4): 747-753 doi: 10.1115/1.2833880
    [3] 白长青, 许庆余. 滚动轴承-偏置转子系统动力特性数值分析与实验研究[J]. 应用力学学报, 2007, 24(4): 540-543 doi: 10.3969/j.issn.1000-4939.2007.04.010

    BAI C Q, XU Q Y. Numerical and experimental research on dynamic performance of ball bearings-offset disk rotor system[J]. Chinese Journal of Applied Mechanics, 2007, 24(4): 540-543 (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-4939.2007.04.010
    [4] GAD E H, FUKATA S, TAMURA H. Computer simulation of rotor radial vibration due to ball bearings[J]. Memoirs of the Faculty of Engineering, Kyushu University, 1984, 44(1): 83-111
    [5] 孙军, 桂长林, 李志远. 轴变形产生的轴颈倾斜对滑动轴承润滑影响的试验研究[J]. 机械工程学报, 2006, 42(7): 159-163 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB200607029.htm

    SUN J, GUI C L, LI Z Y. Experimental research for effect of journal misalignment on performances of journal bearing[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2006, 42(7): 159-163 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB200607029.htm
    [6] 李洪亮, 陈予恕. 含间隙球轴承-转子系统的主共振研究[J]. 航空学报, 2013, 34(6): 1356-1362 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKXB201306015.htm

    LI H L, CHEN Y S. Primary resonance research on ball bearing-rotor system with bearing clearance[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2013, 34(6): 1356-1362 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKXB201306015.htm
    [7] 陈予恕. 非线性振动[J]. 北京: 高等教育出版社, 2002

    CHEN Y S. Nonlinear vibrations[M]. Beijing: Higher Education Press, 2002 (in Chinese)
    [8] 郭瑞, 赵国瑶, 王志芳东等. 润滑油中不凝结气体对滑动轴承间隙流场特性影响研究[J]. 机械工程学报, 2016, 52(12): 152-157 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201612020.htm

    GUO R, ZHAO G Y, WANG Z F, et al. Studies on the influence of non-condensable gas contended in lubricating oil on performance of hydrodynamic journal bearing[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2016, 52(12): 152-157 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201612020.htm
    [9] 魏维, 郭文勇, 吴新跃, 等. 考虑间隙影响的滑动轴承稳定性分析[J]. 润滑与密封, 2018, 43(10): 18-22 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-RHMF201810006.htm

    WEI W, GUO W Y, WU X Y, et al. Stability analysis on sliding bearing with consideration of clearance[J]. Lubrication Engineering, 2018, 43(10): 18-22 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-RHMF201810006.htm
    [10] 陈果. 带碰摩耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型[J]. 振动工程学报, 2007, 20(4): 361-368 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDGC200704007.htm

    CHEN G. Rotor-ball bearing-stator coupling dynamic model including rubbing coupling faults[J]. Journal of Vibration Engineering, 2007, 20(4): 361-368 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDGC200704007.htm
    [11] 杨金福, 刘占生, 于达仁, 等. 滑动轴承非线性动态油膜力及稳定性的研究[J]. 动力工程, 2004, 24(4): 501-504+597 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DONG200404010.htm

    YANG J F, LIU Z S, YU D R, et al. Research on nonlinear oil film force and its stability of journal bearing[J]. Power Engineering, 2004, 24(4): 501-504+597 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DONG200404010.htm
    [12] 熊万里, 侯志泉, 吕浪, 等. 基于动网格模型的液体动静压轴承刚度阻尼计算方法[J]. 机械工程学报, 2012, 48(23): 118-126 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201223019.htm

    XIONG W L, HOU Z Q, LYU L, et al. Method for calculating stiffness and damping coefficients of hybrid bearings based on dynamic mesh model[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2012, 48(23): 118-126 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201223019.htm
    [13] 李元生, 敖良波, 李磊, 等. 滑动轴承动力特性系数动态分析方法[J]. 机械工程学报, 2010, 46(21): 48-53 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201021009.htm

    LI Y S, AO L B, LI L, et al. Dynamic analysis method of dynamic character coefficient of hydrodynamic journal bearing[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(21): 48-53 (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201021009.htm
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  • 收稿日期:  2020-03-08
  • 刊出日期:  2023-01-25

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