一种关于滚动球轴承剥落故障的确认方法技术

本申请涉及轴承故障分析领域，尤其涉及一种关于滚动球轴承剥落故障的确认方法，包括：建立滚动球轴承数学模型；建立关于滚动球轴承的剥落故障集合并且根据剥落故障集合确定若干种冲击力表达式，以及代入至滚动球轴承数学模型，得到故障动力学模型；获取滚动球轴承发生剥落故障时的振动信号并且分析振动信号，确定剥落故障的尺寸参数；转化振动信号为对照频域信号并且根据对照频域信号的特征频率确定剥落故障的发生位置和发生类型；代入剥落故障的发生位置和发生类型至故障动力学模型，得到实际频域信号，根据所述实际频域信号，确定剥落故障类别。通过本申请提供的确认方法获得的结果具有准确性和实际性的优点。结果具有准确性和实际性的优点。结果具有准确性和实际性的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种关于滚动球轴承剥落故障的确认方法


[0001]本申请涉及轴承故障分析领域，尤其涉及一种关于滚动球轴承剥落故障的确认方法。

技术介绍

[0002]滚动球轴承作为旋转机械中最常用的部件也是最易损坏的部件之一，其可靠性与安全性在旋转机械全寿命服役过程中起着至关重要的作用，滚动球轴承的缺陷和损伤将直接影响设备的稳定性，甚至造成整个设备的损坏，而一些大型机械或精密机械的轴承发生轻微故障，有时很难将其更换并且对发生故障的滚动球轴承是否可以继续使用的判断很模糊。
[0003]现有技术中，判断剥落故障一般是通过建立滚动球轴承的故障模型进行模拟验证，核心在于：首先基于赫兹接触理论建立数学模型，模拟一个剥落故障，构建滚动体经过缺陷时的时变表达式，引入数学模型中建立滚动轴承剥落故障动力学模型，但是在实际应用在，该模型在计算时需要人为的预设故障参数、形状和位置，以及还具有计算结果单一，不够灵活和实验效率低的，因此计算出的振动信号不符合实际。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种关于滚动球轴承剥落故障的确认方法，能够解决现有的剥落故障类型的确认方法存在的需要人为的预设故障参数、形状和位置，以及还存在的计算结果单一，不够灵活和实验效率低的问题。
[0005]本申请的技术方案是一种关于滚动球轴承剥落故障的确认方法，包括：
[0006]S1：建立滚动球轴承数学模型；建立关于滚动球轴承的剥落故障集合并且根据所述剥落故障集合确定若干种冲击力表达式，以及代入若干种所述冲击力表达式至所述滚动球轴承数学模型，得到故障动力学模型；
[0007]S2：获取滚动球轴承发生剥落故障时的振动信号并且分析所述振动信号，确定剥落故障的尺寸参数；转化所述振动信号为对照频域信号并且根据所述对照频域信号的特征频率确定剥落故障的发生位置和发生类型；
[0008]S3：代入所述剥落故障的发生位置和发生类型至所述故障动力学模型，得到实际频域信号，以及根据所述实际频域信号，确定剥落故障类别。
[0009]可选地，所述步骤S1包括：
[0010]S11：获取滚动球轴承的工作方式、材料参数、几何特征和安装方式以及转动轴的转动频率并且根据所述滚动球轴承的工作方式、材料参数、几何特征和安装方式以及转动轴的转动频率建立滚动球轴承数学模型；
[0011]S12：收集所述滚动球轴承发生剥落故障的所有情况并且根据所述滚动球轴承与滚动体经过时的接触方式对所述剥落故障的所有情况进行分类，得到所述剥落故障集合，以及根据所述剥落故障集合确定若干种冲击力表达式；
[0012]S13：代入若干种所述冲击力表达式至所述滚动球轴承数学模型，得到若干种故障动力学模型。
[0013]可选地，在所述步骤S11中，所述获取滚动球轴承的工作方式的步骤包括：
[0014]对在工作时的所述滚动球轴承进行受力分析并且计算所述滚动滚动体中的滚动体的位置角，以及确定滚动球轴承与轴的转速关系式；
[0015]以及，所述滚动球轴承数学模型包括：
[0016](1)滚动体的形变量：
[0017]所述滚动球轴承的滚动体受到内外滚道挤压产生形变量，δ
i
表示所述滚动球轴承中第i个滚动体接触形变，δ
i
的表达式如下所示：
[0018]δ
i
＝x cosθ
i
+y sinθ
i
‑
0.5C
r
；
[0019]式中，x和y分别表示滚动球轴承质心分解在x和y方向的偏移量；C
r
表示滚动球轴承的内外圈与滚动体之间的配合间隙；
[0020](2)滚动体的位置角：
[0021][0022]式中，θ0表示第一个滚动体的初始位置角；Z表示滚动体个数；ω为滚动体的角速度；γ表示滚动球轴承的内圈开关量，如果剥落故障的发生位置在内圈，γ的值为1，如果剥落故障的发生位置在外圈，γ的值为0；j表示第j个滚动体；
[0023][0024]式中：d
b
表示滚动体直径；D
w
表示节圆直径；β表示轴承接触角；ω
s
表示转子角速度，ω
s
的表达式如下所示：
[0025][0026](3)分布载荷：
[0027]当工作负载作用所述滚动球轴承的轴承上时，工作负载产生分布载荷Q
i
，Q
i
的表达式如下所示：
[0028][0029]式中：R
i
表示内圈半径，Q
max
表示最大分布的载荷，Q
i
为第i个滚动体所受的载荷，ε表示分布载荷系数，Ψ
i
表示处于载荷分布角度内滚动体的位置角，Ψ
m
表示载荷分布角，Ψ
m
的表达式如下所示：
[0030][0031]可选地，在所述步骤S12中，冲击力表达式的设置数量为三种；
[0032]以及，三种冲击力表达式如下所示：
[0033](1)重度冲击类型：
[0034]①
重度冲击类型的形变释放量表达式如下所示：
[0035][0036]②
重度冲击类型的时变接触力表达式如下所示：
[0037][0038]式中，t为时间；表示故障点中心位置角；F
max
表示最大冲击力；η表示滚动体与剥落故障的最大接触角，η的表达式如下所示：
[0039]η＝arcsin(L/d
b
)；
[0040]表示故障角度的一半，的表达式如下所示：
[0041][0042]H
d
表示正弦深度，H
d
的表达式如下所示：
[0043][0044]r为滚动体半径，L为故障长度。
[0045](2)中度冲击类型：
[0046]①
中度冲击类型的形变释放量表达式如下所示：
[0047][0048]②
中度冲击类型的时变接触力表达式如下所示：
[0049][0050]式中：F
c
为滚动体所受接触力；为接触角，计算公式如下所示：
[0051][0052]∝
为轴承接触角；d
b
为滚动体直径；为V型接触角，计算公式如下所示：
[0053][0054]H
t
为最大下潜距离，计算公式如下所示：
[0055][0056](3)轻度冲击类型：
[0057]①
轻度冲击类型的形变释放量表达式如下所示：
[0058][0059]②
轻度冲击类型的时变接触力表达式如下所示：
[0060][0061]式中，表示接触角，的表达式如下所示：
[0062][0063]H
t
表示最大下潜距离，H
t
的表达式如下所示：
[0064本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种关于滚动球轴承剥落故障的确认方法，其特征在于，包括：S1：建立滚动球轴承数学模型；建立关于滚动球轴承的剥落故障集合并且根据所述剥落故障集合确定若干种冲击力表达式，以及代入若干种所述冲击力表达式至所述滚动球轴承数学模型，得到故障动力学模型；S2：获取滚动球轴承发生剥落故障时的振动信号并且分析所述振动信号，确定剥落故障的尺寸参数；转化所述振动信号为对照频域信号并且根据所述对照频域信号的特征频率确定剥落故障的发生位置和发生类型；S3：代入所述剥落故障的发生位置和发生类型至所述故障动力学模型，得到实际频域信号，以及根据所述实际频域信号，确定剥落故障类别。2.根据权利要求1所述的一种关于滚动球轴承剥落故障的确认方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S11：获取滚动球轴承的工作方式、材料参数、几何特征和安装方式以及转动轴的转动频率并且根据所述滚动球轴承的工作方式、材料参数、几何特征和安装方式以及转动轴的转动频率建立滚动球轴承数学模型；S12：收集所述滚动球轴承发生剥落故障的所有情况并且根据所述滚动球轴承与滚动体经过时的接触方式对所述剥落故障的所有情况进行分类，得到所述剥落故障集合，以及根据所述剥落故障集合确定若干种冲击力表达式；S13：代入若干种所述冲击力表达式至所述滚动球轴承数学模型，得到若干种故障动力学模型。3.根据权利要求2所述的一种关于滚动球轴承剥落故障的确认方法，其特征在于，在所述步骤S11中，所述获取滚动球轴承的工作方式的步骤包括：对在工作时的所述滚动球轴承进行受力分析并且计算所述滚动滚动体中的滚动体的位置角，以及确定滚动球轴承与轴的转速关系式；以及，所述滚动球轴承数学模型包括：(1)滚动体的形变量：所述滚动球轴承的滚动体受到内外滚道挤压产生形变量，δ
i
表示所述滚动球轴承中第i个滚动体接触形变，δ
i
的表达式如下所示：δ
i
＝xcosθ
i
+ysinθ
i
‑
0.5C
r
；式中，x和y分别表示滚动球轴承质心分解在x和y方向的偏移量；C
r
表示滚动球轴承的内外圈与滚动体之间的配合间隙；(2)滚动体的位置角：式中，θ0表示第一个滚动体的初始位置角；Z表示滚动体个数；ω为滚动体的角速度；γ表示滚动球轴承的内圈开关量，如果剥落故障的发生位置在内圈，γ的值为1，如果剥落故障的发生位置在外圈，γ的值为0；j表示第j个滚动体；式中：d
b
表示滚动体直径；D
w
表示节圆直径；β表示轴承接触角；ω
s
表示转子角速度，ω
s
的表达式如下所示：(3)分布载荷：当工作负载作用所述滚动球轴承的轴承上时，工作负载产生分布载荷Q
i
，Q
i
的表达式如下所示：Q
i
＝0
ꢀꢀꢀꢀ
elsewhere式中：R
i
表示内圈半径，Q
max
表示最大分布的载荷，Q
i
为第i个滚动体所受的载荷，ε表示分布载荷系数，Ψ
i
表示处于载荷分布角度内滚动体的位置角，Ψ
m
表示载荷分布角，Ψ
m
的表达式如下所示：4.根据权利要求3所述的一种关于滚动球轴承剥落故障的确认方法，其特征在于，在所述步骤S12中，冲击力表达式的设置数量为三种；以及，三种冲击力表达式如下所示：(1)重度冲击类型：
①
重度冲击类型的形变释放量表达式如下所示：
②
重度冲击类型的时变接触力表达式如下所示：式中，t为时间；表示故障点中心位置角；F
max
表示最大冲击力；η表示滚动体与剥落故障的最大接触角，η的表达式如下所示：η＝arcsin(L/d
b
)；表示故障角度的一半，的表达式如下所示：H
d
表示正弦深度，H
d
的表达式如下所示：r为滚动体半径，L为故障长度；
(2)中度冲击类型：
①
中度冲击类型...

【专利技术属性】
技术研发人员：董宝方，李宇鹏，李思慧，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：