軸承故障深度對系統(tǒng)振動響應的影響

何付軍

（火箭軍士官學校，山東 青州 262500）

研究軸承故障參數(shù)對系統(tǒng)振動的影響，首先需要弄清楚滾動體在進入故障和離開故障時的系統(tǒng)振動變化，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，通過計算得出轉(zhuǎn)子右端加速度的波形圖，如圖1所示。

圖1 不同故障形貌的外圈故障及其響應

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體通過故障區(qū)域時的波形變化，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，但是與實際情況存在較大差別。下圖能夠很好地反映滾珠通過故障時轉(zhuǎn)子右端加速度的變化。

1 軸承故障深度的影響

設轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為600r/min，軸承外圈滾道存在故障且故障周向?qū)挾萀D為3mm，軸承故障的深度h分別為0.1mm、0.3mm、0.5mm時，不同類型故障所對應轉(zhuǎn)子右端豎直加速度隨時間變化的曲線，滾動體在進入和離開故障的瞬間都產(chǎn)生了較明顯的加速度變化，由于故障形貌的差異，導致加速度時間波形存在較大差異，隨著深度的增加，轉(zhuǎn)子右端加速度峰值顯著增大，說明，隨著故障深度增加，滾動體對于滾道的沖擊力明顯變大。

圖2 故障深度對豎直加速度的影響（外圈）

圖2中（a）、（b）為系統(tǒng)響應的平均幅值、均方根值隨故障深度的變化曲線。從圖中可以很明顯看出，隨著故障深度增加，系統(tǒng)振動的有量綱幅值也是逐漸增大的，然而矩形故障的變化較非規(guī)則故障而言變化尤其明顯，原因是在進行矩形故障引起的振動計算時，假設了滾動體進出故障的時候是一個瞬時過程，而實際情況為滾動體進入故障時是漸變的過程，因此非規(guī)則軸承故障所對應的幅值變化較為 平緩。

設右端軸承內(nèi)圈滾道出現(xiàn)故障且故障的周向?qū)挾萀D為3mm，深度h分別為0.1mm、0.3mm、0.5mm時不同類型故障時轉(zhuǎn)子右端的加速度時域波形圖，滾動體進入和離開故障區(qū)域的瞬間產(chǎn)生了沖擊脈沖，加速度發(fā)生了明顯變化。與外圈故障一樣，隨著深度的增加，轉(zhuǎn)子右端加速度峰值顯著增大，說明，隨著故障深度增加，滾動體對于滾道的沖擊力明顯變大。相比外圈故障而言，內(nèi)圈故障引起的振動沖擊更劇烈。圖3（a）、（b）為系統(tǒng)響應的平均幅值、均方根值隨故障深度的變化曲線。從圖中可以很明顯看出，隨著故障深度增加系統(tǒng)振動的幅值也是逐漸增大，同樣，相比于矩形故障而言，實際非規(guī)則故障引起的加速度振動變化較為平緩。

圖3 故障深度對豎直加速度的影響（內(nèi)圈）

2 結(jié)論

分別計算了系統(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)生的振動響應。分析了故障的深度對于系統(tǒng)振動的影響，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，對于內(nèi)圈而言故障深度對系統(tǒng)振動影響十分明顯，隨著故障深度的增加，矩形故障所產(chǎn)生的沖擊強度顯著增加，非規(guī)則故障產(chǎn)生的沖擊強度總體上增加。