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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
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  • 收稿日期:  2020-03-08
  • 刊出日期:  2023-01-25

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