軸承故障周向?qū)挾葘?duì)系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)的影響

何付軍 火箭軍士官學(xué)校

研究軸承故障參數(shù)對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)的影響，首先需要弄清楚滾動(dòng)體在進(jìn)入故障和離開(kāi)故障時(shí)的系統(tǒng)振動(dòng)變化，為了更清楚的揭示這一變化規(guī)律，本節(jié)從最常用的矩形故障模型入手，在單轉(zhuǎn)子的右端引入相同的軸承外圈故障，通過(guò)計(jì)算得出轉(zhuǎn)子右端加速度的波形圖，如圖1 所示。

從圖1 中可以看出，非規(guī)則故障相比于矩形凹槽，在加速度波形圖上所反映的最大的差別在于滾動(dòng)體通過(guò)故障區(qū)域時(shí)的波形變化，矩形凹槽故障所表現(xiàn)的是一條直線，而非規(guī)則故障所表現(xiàn)的是一條非規(guī)則曲線，由圖可知矩形故障所顯示的雙沖擊現(xiàn)象非常明顯，但是與實(shí)際情況存在較大差別。下圖能夠很好地反映滾珠通過(guò)故障時(shí)轉(zhuǎn)子右端加速度的變化。

一、軸承故障周向?qū)挾鹊挠绊?/h2>

設(shè)定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為600r/min，故障位于右端軸承外圈滾道上且故障深度h 為1mm，故障周向?qū)挾萀D分別取1mm、3mm、5mm時(shí)，外圈不同類(lèi)型故障所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子右端加速度變化曲線。從圖中可以看出，滾動(dòng)體進(jìn)出矩形故障區(qū)域和非規(guī)則故障區(qū)域的瞬間產(chǎn)生了相同的振動(dòng)響應(yīng)，在通過(guò)故障區(qū)域時(shí)，由于故障形貌不同，因而加速度變化有所不同。不同軸承故障周向?qū)挾人鶎?duì)應(yīng)的加速度變化范圍存在差別，隨著軸承故障寬度的增加，滾動(dòng)體在進(jìn)入和離開(kāi)故障的時(shí)間間隔增大，系統(tǒng)的雙沖擊現(xiàn)象會(huì)更明顯，而且可以看出滾動(dòng)體離開(kāi)故障前的加速度變化也在增大，說(shuō)明沖擊力和沖擊能量隨著故障寬度增大而增加，滾動(dòng)體對(duì)外圈的沖擊越劇烈。

圖2（a）、（b）分別為轉(zhuǎn)子右端豎直方向的平均振幅、均方根變化曲線，可以發(fā)現(xiàn)外圈故障時(shí)，相同故障深度情況下，非規(guī)則故障產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)要大于矩形故障。無(wú)論是什么類(lèi)型的故障，振動(dòng)加速度都是隨著故障寬度的增加而增加，對(duì)于非規(guī)則故障來(lái)說(shuō)，故障寬度大小對(duì)振動(dòng)的影響更大，另外在圖中可以看出，當(dāng)故障超過(guò)4mm 時(shí)，振動(dòng)沖擊會(huì)顯著增大。

假設(shè)故障位于右端軸承內(nèi)圈滾道上且故障深度h 為1mm，圖2（a）為矩形故障周向長(zhǎng)度LD 分別為1mm、3mm、5mm 時(shí)，轉(zhuǎn)子右端的加速度變化曲線，圖2（b）為非規(guī)則故障時(shí)對(duì)應(yīng)的加速度變化。同樣，從圖（a）和（b）中可以看出，當(dāng)滾動(dòng)體進(jìn)出故障的瞬間產(chǎn)生了沖擊脈沖，由于故障形貌不同。加速度變化曲線產(chǎn)生了較大差異。另外，隨著故障寬度的增加，滾動(dòng)體在進(jìn)入和離開(kāi)故障的時(shí)間間隔也在增大，故障越小，產(chǎn)生的瞬間沖擊越大，這可能與內(nèi)圈自身轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所處載荷區(qū)域位置不同造成的。

圖1 不同故障形貌的外圈故障及其響應(yīng)

圖2 故障寬度對(duì)豎直加速度的影響（外圈）

內(nèi)圈出現(xiàn)故障時(shí)，矩形故障計(jì)算出來(lái)的數(shù)值要高于非規(guī)則故障計(jì)算結(jié)果，隨著故障寬度增大，不同軸承故障寬度所對(duì)應(yīng)的加速度變化差別較小，系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的振幅基本保持不變。

二、結(jié)語(yǔ)

本文分別計(jì)算了系統(tǒng)軸承在內(nèi)圈含有矩形故障和非規(guī)則故障情況下，所產(chǎn)生的振動(dòng)響應(yīng)。分析了故障的軸向?qū)挾葘?duì)于系統(tǒng)振動(dòng)的影響，結(jié)果表明，在內(nèi)圈含有故障的情況下，相同程度的矩形故障所產(chǎn)生的沖擊要明顯高于非規(guī)則故障，對(duì)于內(nèi)圈而言故障寬度對(duì)于系統(tǒng)振動(dòng)影響不大。