基于转子系统临界转速特性和打滑抑制的轴承选配方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于转子系统临界转速特性和打滑抑制的轴承选配方法；首先，结合弹流润滑和Hertz接触理论求解轴承全局刚度和阻尼，研究不同结构参数对轴承全局刚度和阻尼的影响规律；其次，基于轴承全局刚度和阻尼建立考虑润滑油膜影响的轴承

【技术实现步骤摘要】
基于转子系统临界转速特性和打滑抑制的轴承选配方法


[0001]本专利技术涉及轴承保持架打滑领域，特别是涉及一种基于转子系统临界转速特性和打滑抑制的轴承选配方法。

技术介绍

[0002]随着轴承工作环境越来越恶劣，会造成轴承故障频发。比如打滑蹭伤、疲劳失效和运动失稳等，这其中比较常见的是轴承打滑故障，大约占总故障数的37％左右。因此，研究轴承打滑抑制策略非常有必要。目前针对打滑率的研究主要基于单个轴承，未考虑转子系统的影响，得到的结论往往与实际情况不符，存在较大差别。研究表明，轴承
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转子系统的临界转速对轴承打滑率有显著的影响。影响轴承
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转子系统临界转速的因素很多，其中包括轴承结构参数的影响，最具有代表性的轴承结构参数是轴承全局刚度和全局阻尼。此前针对轴承全局刚度和阻尼的计算仅考虑轴承滚子与内外圈之间的Hertz接触，没有考虑润滑油膜对轴承刚度和阻尼参数的影响。随着弹流润滑理论的不断发展，润滑油膜对轴承全局刚度和全局阻尼的影响不可忽略，综合考虑润滑油膜计算轴承全局刚度和全局阻尼并进一步搭建轴承
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转子系统孪生仿真模型变得越来越有价值。同时，轴承刚度和阻尼等结构参数又受到轴承滚子个数、直径和长度的显著影响。因此，探索轴承滚子个数、直径和长度等轴承结构参数与轴承
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转子系统临界转速的关系，并以此为依据结合轴承
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转子系统实际运行工况需求确定轴承选配方法，这对于提高轴承
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转子系统工作性能和抑制轴承打滑具有重要作用。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于转子系统临界转速特性和打滑抑制的轴承选配方法，能够在有效避免轴承
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转子系统临界转速造成的轴承打滑现象，改善轴承
‑
转子系统工作性能。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种基于转子系统临界转速特性和打滑抑制的轴承选配方法，该方法包括：
[0006]步骤S1、求解轴承全局刚度和全局阻尼；
[0007]步骤S2、在仿真部分，基于步骤S1所得轴承全局刚度和阻尼建立考虑润滑油膜影响的轴承
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转子系统有限元孪生仿真模型，计算不同结构的轴承
‑
转子系统有限元孪生模型的实际临界转速，绘制不同轴承结构参数下轴承
‑
转子系统实际临界转速曲线；
[0008]步骤S3、在试验部分，对轴承
‑
转子系统试验台进行全转速范围的打滑试验，测量不同转速下的轴承打滑率，绘制内圈转速和轴承保持架打滑率曲线，并确定期望临界转速；
[0009]步骤S4、根据步骤S2所得不同轴承结构参数下轴承
‑
转子系统实际临界转速曲线，并运行孪生仿真模型提取轴承时域振动加速度信号，以轴承时域振动加速度信号能量最小且期望临界转速和实际临界转速最接近为优化目标，利用优化算法获得满足要求的最优轴承结构参数。
[0010]优选的，所述步骤S1包括：
[0011]步骤S101、结合弹流润滑理论和Hertz接触理论求解轴承全局刚度：
[0012](1)轴承油膜刚度计算
[0013]滚子与内圈滚道的最小油膜厚度为：
[0014][0015]滚子与外圈滚道的最小油膜厚度为：
[0016][0017]式中：D
w
为滚子直径；n
i
为轴承内圈转速；n
e
为轴承外圈转速；E0为材料弹性模数；τ为黏度的压力指数；η0为常压下润滑油的动力黏度；l为有效接触长度；d
m
为轴承节圆直径；F
r
为径向载荷；γ
i
和γ
e
分别是与内圈和外圈相关的无量纲参数，分别满足：
[0018][0019][0020]式中：α
i
为滚子与内滚道的接触角；α
e
为滚子与外滚道的接触角；
[0021]滚子与内滚道和外滚道之间形成的最小油膜厚度之和h为：
[0022][0023]引入系数S如下：
[0024][0025]则式(5)表示为：
[0026][0027]考虑弹性流体润滑的因素，轴承的油膜刚度计算表达式如下：
[0028][0029](2)轴承滚子接触刚度计算
[0030]滚子与内圈接触刚度：
[0031][0032]式中：δ1为滚子与内圈之间的弹性变形量；Z为滚子个数；R1为内滚道半径；r为滚子半径；
[0033]滚子与外圈接触刚度：
[0034][0035]式中：R2为外滚道半径；δ2为滚子与外圈之间的弹性变形量；
[0036]圆柱滚子轴承接触刚度K
c
计算如下：
[0037][0038](3)轴承全局刚度计算
[0039][0040]步骤S102、结合弹流润滑理论和Hertz接触理论求解轴承全局阻尼：
[0041]受载最大处滚子与内滚道之间的阻尼：
[0042][0043]式中：R
x1
为滚子与内滚道接触处的当量曲率半径；
[0044]受载最大处滚子与外滚道之间的阻尼：
[0045][0046]式中：R
x2
为滚子与外滚道接触处的当量曲率半径；
[0047]受载最大处滚子的全局阻尼表达式如下：
[0048][0049]优选的，所述步骤S2包括：
[0050]步骤S201、基于步骤S1获得的全局刚度和全局阻尼建立考虑润滑油膜影响的轴承
‑
转子系统有限元孪生仿真模型：
[0051]利用SolidWorks软件建立轴承
‑
转子系统几何模型，利用Hypermesh软件建立轴承
‑
转子系统网格模型；进一步基于ADAMS软件建立轴承
‑
转子系统多体仿真孪生模型；其中，针对轴承分别建立不同滚子直径、滚子个数和滚子长度的孪生仿真模型，并依据步骤S1获得刚度参数和阻尼参数进行轴承孪生模型参数设置；
[0052]步骤S202、计算不同结构轴承
‑
转子系统有限元孪生仿真模型的实际临界转速：
[0053]基于Workbench计算步骤S201获得的不同结构的轴承
‑
转子系统有限元孪生模型的实际临界转速v
real
，绘制不同轴承结构参数下轴承
‑
转子系统临界转速曲线。
[0054]优选的，所述步骤S3包括：
[0055]步骤S301、在试验部分，调节轴承
‑
转子系统试验台转速从0到额定值，对轴承
‑
转子系统试验台进行全转速范围的打滑试验，测量不同转速下的轴承保持架承打滑率，轴承保持架打滑率S
a
计算公式如下：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于转子系统临界转速特性和打滑抑制的轴承选配方法，其特征在于，该方法包括：步骤S1、求解轴承全局刚度和全局阻尼；步骤S2、在仿真部分，基于步骤S1所得轴承全局刚度和阻尼建立考虑润滑油膜影响的轴承
‑
转子系统有限元孪生仿真模型，计算不同结构的轴承
‑
转子系统有限元孪生模型的实际临界转速，绘制不同轴承结构参数下轴承
‑
转子系统实际临界转速曲线；步骤S3、在试验部分，对轴承
‑
转子系统试验台进行全转速范围的打滑试验，测量不同转速下的轴承打滑率，绘制内圈转速和轴承保持架打滑率曲线，并确定期望临界转速；步骤S4、根据步骤S2所得不同轴承结构参数下轴承
‑
转子系统实际临界转速曲线，并运行孪生仿真模型提取轴承时域振动加速度信号，以轴承时域振动加速度信号能量最小且期望临界转速和实际临界转速最接近为优化目标，利用优化算法获得满足要求的最优轴承结构参数。2.根据权利要求1所述的一种基于转子系统临界转速特性和打滑抑制的轴承选配方法，其特征在于，所述步骤S1包括：步骤S101、结合弹流润滑理论和Hertz接触理论求解轴承全局刚度：(1)轴承油膜刚度计算滚子与内圈滚道的最小油膜厚度为：滚子与外圈滚道的最小油膜厚度为：式中：D
w
为滚子直径；n
i
为轴承内圈转速；n
e
为轴承外圈转速；E0为材料弹性模数；τ为黏度的压力指数；η0为常压下润滑油的动力黏度；l为有效接触长度；d
m
为轴承节圆直径；γ
i
和γ
e
分别是与内圈和外圈相关的无量纲参数；F
r
为径向载荷；滚子与内滚道和外滚道之间形成的最小油膜厚度之和h为：引入系数S如下：考虑弹性流体润滑的因素，轴承的油膜刚度计算表达式如下：式中：Δ表示变量的变化量；(2)轴承滚子接触刚度计算滚子与内圈接触刚度：式中：δ1为滚子与内圈之间的弹性变形量；Z为滚子个数；R1为内滚道半径；r为滚子半径；
滚子与外圈接触刚度：式中：R2为外滚道半径；δ2为滚子与外圈之间的弹性变形量；圆柱滚子轴承接触刚度K
c
计算如下：(3)轴承全局刚度计算步骤S102、结合弹流润滑理论和Hertz接触理论求解轴承全局阻尼：受载最大处滚子与内滚道之间的阻尼：式中：R
x1
为滚子与内滚道接触处的当量曲率半径；受载最大处滚子与外滚道之间的阻尼：式中：R
x2
为滚子与外滚道接触处的当量曲率半径；受载最大处滚子的全局阻尼表达式如下：3.根据权利要求1所述的一种基于转子系统临界转速特性和打滑抑制的轴承选配方法，其特征在于，所述步骤S2包括：步骤S201、基于步骤S1获得的全局刚度和全局阻尼建立考虑润滑油膜影响的轴承
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转子系统有限元孪生仿真模型：利用SolidWorks软件建立轴承
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转子系统几何模型，利用Hypermesh软件建立轴承
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转子系统网格模型；进一步基于ADAMS软件建立轴承
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转子系统多体仿真孪生模型；其中，针对轴承分别建立不同滚子直径、滚子个数和滚子长度的孪生仿真模型，并依据步骤S1获得刚度参数和阻尼参数进行轴承孪生模型参数设置；步骤S202、计算不同结构轴承
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转子系统有限元孪生仿真模型的实际临界转速：基于Workbench计算步骤S201获得的不同结构的轴承
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转子系统有限元孪生模型的实际临界转速v
real
，绘制不同轴承结构参数下轴承
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转子系统临界转速曲线。4.根据权利要求1所述的一种基于转子系统临界转速特性和打滑抑制的轴承选配方法，其特征在于，所述步骤S3包括：步骤S301、在试验部分，调节轴承
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转子系统试验台转速从0到额定值，对轴承
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转子系
统试验台进行全转速范围的打滑试验，测量不同转速下的轴承保持架承打滑率，轴承保持架打滑率S
a
计算公式如下：式中：ω

【专利技术属性】
技术研发人员：马磊明，姜斌，肖玲斐，郭勤涛，于乾坤，陆宁云，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：