轴承故障深度对系统振动响应的影响

何付军

（火箭军士官学校，山东 青州 262500）

研究轴承故障参数对系统振动的影响，首先需要弄清楚滚动体在进入故障和离开故障时的系统振动变化，为了更清楚的揭示这一变化规律，本节从最常用的矩形故障模型入手，在单转子的右端引入相同的轴承外圈故障，通过计算得出转子右端加速度的波形图，如图1所示。

图1 不同故障形貌的外圈故障及其响应

从图1中可以看出，非规则故障相比于矩形凹槽，在加速度波形图上所反映的最大的差别在于滚动体通过故障区域时的波形变化，矩形凹槽故障所表现的是一条直线，而非规则故障所表现的是一条非规则曲线，由图可知矩形故障所显示的双冲击现象非常明显，但是与实际情况存在较大差别。下图能够很好地反映滚珠通过故障时转子右端加速度的变化。

1 轴承故障深度的影响

设转子转速为600r/min，轴承外圈滚道存在故障且故障周向宽度LD为3mm，轴承故障的深度h分别为0.1mm、0.3mm、0.5mm时，不同类型故障所对应转子右端竖直加速度随时间变化的曲线，滚动体在进入和离开故障的瞬间都产生了较明显的加速度变化，由于故障形貌的差异，导致加速度时间波形存在较大差异，随着深度的增加，转子右端加速度峰值显著增大，说明，随着故障深度增加，滚动体对于滚道的冲击力明显变大。

图2 故障深度对竖直加速度的影响（外圈）

图2中（a）、（b）为系统响应的平均幅值、均方根值随故障深度的变化曲线。从图中可以很明显看出，随着故障深度增加，系统振动的有量纲幅值也是逐渐增大的，然而矩形故障的变化较非规则故障而言变化尤其明显，原因是在进行矩形故障引起的振动计算时，假设了滚动体进出故障的时候是一个瞬时过程，而实际情况为滚动体进入故障时是渐变的过程，因此非规则轴承故障所对应的幅值变化较为 平缓。

设右端轴承内圈滚道出现故障且故障的周向宽度LD为3mm，深度h分别为0.1mm、0.3mm、0.5mm时不同类型故障时转子右端的加速度时域波形图，滚动体进入和离开故障区域的瞬间产生了冲击脉冲，加速度发生了明显变化。与外圈故障一样，随着深度的增加，转子右端加速度峰值显著增大，说明，随着故障深度增加，滚动体对于滚道的冲击力明显变大。相比外圈故障而言，内圈故障引起的振动冲击更剧烈。图3（a）、（b）为系统响应的平均幅值、均方根值随故障深度的变化曲线。从图中可以很明显看出，随着故障深度增加系统振动的幅值也是逐渐增大，同样，相比于矩形故障而言，实际非规则故障引起的加速度振动变化较为平缓。

图3 故障深度对竖直加速度的影响（内圈）

2 结论

分别计算了系统轴承在内圈含有矩形故障和非规则故障情况下，所产生的振动响应。分析了故障的深度对于系统振动的影响，结果表明，在内圈含有故障的情况下，相同程度的矩形故障所产生的冲击要明显高于非规则故障，对于内圈而言故障深度对系统振动影响十分明显，随着故障深度的增加，矩形故障所产生的冲击强度显著增加，非规则故障产生的冲击强度总体上增加。