基于有限元和模态分析的滚动轴承振动分析

• 作 者: 杜占江
• 出 处: 北京邮电大学
• 发表日期: 2014年01期
• 关键词: 圆锥滚子轴承 保持架 传递矩阵法 振动 模态

轴承是现代工业中应用极为广泛的部件,它依靠轴承内外圈、保持架与滚子之间的滚动接触支撑零件的转动。其主要作用是以滚动代替滑动,降低摩擦阻力,使机械设备更易启动。圆锥滚子轴承在高速列车中应用广泛、地位重要,其性能的优劣直接影响机车运行安全。目前我国运行中的列车所用的双列圆锥滚子轴承存在寿命短、可靠性低等缺点,因此研究并掌握其破坏机理,并在此基础上提出改进措施,提高轴承的使用寿命和安全系数是迫在眉睫的事情。在众多导致轴承破坏的原因中,共振引起的疲劳破坏是很常见的原因。本文从模态分析的角度入手,通过不同的数学方法建立数学模型,对轴承进行振动分析。首先,本文回顾和梳理了振动分析,特别是轴承的振动分析方面的国内外研究现状,重点总结了已有研究对本文用到的数学分析方法的运用和发展。其次,基于高速铁路动力机车中一款常用型号的轴承建立其三维模型和简化三维模型,以及实现轴承的参数化。再次,以保持架为研究对象,详细分析和讨论了保持架的结构特点,基于传递矩阵法建立了包括全部六个自由度的保持架的十二阶传递矩阵模型,计算出了保持架的前几阶主振频率和主振型,并通过有限元法进行了对比验证,证明了所建传递矩阵数学模型的有效性。在此基础上,对保持架的重要几何尺寸进行了优化设计,得出符合频率要求的参数。论文更进一步建立了双列圆锥滚子轴承的多体动力学模型,通过将保持架进行柔性化处理,建立刚柔混合的动力学模型。基于ADAMS对轴承进行动力学分析和响应分析,得出轴承的动力特性曲线。最后,对以上研究进行了总结,对该研究方向未来的发展情况做了展望。通过本文的论证和分析,从理论上证明了将传递矩阵法用于复杂空间结构模型的模态分析的可行性,给出了对圆锥滚子轴承保持架进行优化分析的方法,建立了轴承的动力学模型,并实现了参数化,可以对一系列同类型不同型号的轴承进行动力学分析和振动分析。