ISSN1000 3762 CN41 1148/TH
轴承2017年7期 Bearing 2017, No. 7
产品设计与应用
15,10
D0I : 10. 19533/j. issn1000 3762. 2017. 07. 001
基于有限元分析内部裂纹对球轴承外圈振动
特征的影响叶九龙，张杰
(1.成都工业职业技术学院汽车工程系，成都610061;2.西南交通大学
：牵引动力国家重点实验室，成都610031）
摘要：内部裂纹将减小轴承外圈的局部刚度，影响其模态参数并改变其振动特征。针对该问题，以球轴承外图为研究对象，利用有限元法建立正常和含内部裂纹轴承外圈的有限元模型，分析裂纹对轴承外图固有频率、模态振型及其曲率特征的影响。结果表明：裂纹使轴承外圈的固有频率减小，并改变其模态振型和曲率特征；在
裂纹所在区域，轴承外圈模态振型曲率存在明显的突变现象关键词：球轴承；外圈：裂纹；有限元法：模态振型
中图分类号：TH133.33*1;0319.56
文献标志码：B
文章编号：10003762(2017)07000104
Effect of Internal Crack on Vibration Characteristics of BallBearing
Outer Ring Based on Finite Element Method
Ye Jiulong', Zhang Jie?
(1. School of Automobile Engineering , Chengdu Industry Vocational Technology College , Chengdu 610061 , China ;
2. State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University , Chengdu 610031 , China)
Abstract : The local stiffness, modal parameters and vibrations characteristics of bearing outer ring can be affected by intermal crack. Aiming at the problem,the outer ring of ball bearing is studied based on finite element method. The finite element model is established for bearing outer ring with and without inner crack. The effect of crack on natural frequen-cy, modal shape and its curvature characteristics of the outer ring are analyzed. The results show that the natural fre-quency is reduced, and the modal shape and the curvature characteristics are changed. In the region where the crack is located,there is a sudden change in the modal curvature.
Key words : ball bearing; outer ring; crack; finite element method; modal shape
滚动轴承在航空航天、机械装备等领域广泛应用。在交变载荷下，轴承套圈易出现表面裂纹和内部裂纹[2]。当出现表面裂纹和内部裂纹时，套圈局部刚度改变，会影响其结构的模态参数和振动特征[2]，故可通过监测结构刚度的变化实现对轴承套圈损伤的检测
通过开展裂纹引起的轴承套圈振动特征变化的研究，可诊断和识别套圈的裂纹失效形式。国内外学者进行了大量研究,文献[1]推导了圆环弯扭振动的表达式，计算了不同边界条件的圆环特
收稿日期：2016-08-08；修回日期：2017-0209 基金项目：国家自然科学基金项目（51405400）
作者简介：叶九龙（1970一），男，四川成都人，主要从事汽
车工程研究。万方数据
征值；文献[3]研究了轴对称圆环的平面弯曲振动特征，得到圆环面内弯曲振动的固有表达式。若选取合适的轴承套圈参数时，轴承套圈存在频率接近为0的近似正交模态；文献4，研究了轴向极化压电陶瓷薄圆环的径向振动特征，推导了其机电等效电路，获得了圆环振子的共振与反共振频率方程，并对其结果进行了试验验证；文献「51采用有限元法对系列均质平面圆环的振动特征进行了分析，研究了叠层平面圆环的振动特征以及叠层对其振动的影响，并进行试验研究；文献[6]基于有限元法仿真分析了圆环的谐振频率：文献了研究了正常圆环和圆环梁结构的自由振动特征。
大多数研究主要集中在正常轴承套圈的振动特征[1-12]，而对裂纹引起的轴承外圈的振动特征变化研究较少，尤其是内部裂纹引起的振动特征