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滚动轴承是现代化机械设备中重要的基础零部件,其运行状态直接影响系统的精度和寿命。滚动轴承存在局部故障时,组件与故障的接触将破坏滚动体的运动稳定性,使轴承内部产生与故障程度直接相关的冲击脉冲。若要准确预测和识别轴承的早期故障,提升对轴承故障振动产生机理及其传递特性的认识尤为重要。然而,由于故障位置和形态的多样性以及轴承经常处于复杂的变工况运行状态之中,且轴承内部的接触关系是一个复杂的非线性问题,滚动轴承故障动力学建模及内部动态特性的获取存在自身难点。针对圆柱滚子轴承故障机理与振动特性问题,开展了滚动轴承显式动力学有限元模型的建立与验证、滚动轴承故障演化过程接触特性与振动响应分析、滚动体越障运动特性与时变位移激励建模、轴承-轴承座系统故障振动传递特性与测点分析等研究工作。主要内容如下:(1)针对目前因滚动轴承故障演化过程中振动的变化机理尚未解明而制约故障诊断准确性的问题,建立了滚动轴承故障非线性显式动力学有限元模型,选取故障演化过程中三种最具代表性的类型,分析了能反映5种所有接触关系的典型故障,获得了故障演化过程引起的位移激励,揭示了滚动体与套圈接触力在整个故障演化过程中的变化规律,解明了接触力与振动的关系以及故障演化过程中轴承振动的产生机理,为根据滚动轴承的动态特性预测其剩余寿命及故障诊断提供了理论依据。(2)针对目前轴承故障位移激励普遍以单一函数描述,无法准确反映故障形态的问题,考虑了滚动体与套圈的接触变形,分析了滚动体越障短时间内的位移和转速及其随工况的变化规律,提出了更能准确反映故障形态的位移激励,为局部缺陷滚动轴承的动力学建模提供了参考依据。(3)针对目前因轴承-轴承座系统振动传递特性尚未解明而导致的传感器安装位置无据可循的问题,建立了基于过盈配合的弹性界面滚动轴承-轴承座系统显式动力学有限元模型,克服了现有模型无法准确描述轴承外圈振动与轴承座振动特征差异的缺点。通过对故障点与轴承座表面不同测点所获取的振动信号间的差异性分析,揭示了故障激励的传递机理及轴承座结构振动的诱发机理,解明了故障激励经界面传递后的变化规律及载荷、转速对故障激励传递和结构振动的影响,为不同工况下传感器的最优布置以及提高故障诊断准确度提供了理论依据。