滚动轴承外圈局部缺陷的有限元动力学分析

滚动轴承作为旋转机械中不可或缺的零部件之一,它能否正常运行直接影响机械设备的性能、使用寿命以及加工精度。在循环载荷的作用下,滚动轴承承载区域内的内外滚道以及滚动体在高应力状态下会出现不同形式的疲劳剥落或者疲劳点蚀失效。疲劳失效会造成整个滚动轴承失效,以及轴承的动力学响应发生变化。因此,研究局部缺陷滚动轴承的动力学特性,对于滚动轴承的故障诊断与识别具有十分重要的意义。本文的研究内容包括:(1)建立了滚动轴承的有限元动力学模型。以滚动轴承为研究对象,应用ABAQUS/Explicit建立了外圈表面线剥落缺陷轴承和无缺陷轴承的有限元动力学分析模型。考虑载荷、转速、接触及摩擦等影响因素,研究了轴承外圈表面存在线剥落缺陷和无缺陷时的动力学响应。仿真分析了存在局部缺陷轴承与无缺陷轴承的等效应力。获得了内圈耦合点在径向载荷和转速共同作用下位于竖直方向上位移的变化趋势,验证了仿真模型的有效性。(2)研究了滚动体滚过局部缺陷的应力,估计了缺陷的尺寸。研究了滚动轴承在不同缺陷宽度、不同缺陷深度以及将缺陷边角演化为圆弧曲线时的动态特性,分析了外滚道以及滚动体节点的振动响应。分析了滚动体与外圈间的等效应力以及滚动体进入和滚出缺陷时的等效应力的变化情况,并根据滚动体进入和滚出缺陷时的等效应力的时刻,估计矩形缺陷的尺寸大小。(3)研究了滚动体与内外圈接触力的多事件过程。分析了滚动体在外圈不同缺陷宽度下随着缺陷深度的增加与内外圈的接触力变化规律。对比分析存在局部缺陷滚动轴承与无缺陷轴承的滚动体在水平方向与竖直方向上与内外圈的接触力可知,存在局部缺陷与无缺陷轴承的接触力变化趋势相同,并且显示出滚动体滚过局部缺陷是一个多事件过程。