基于Matlab/Simulink的滚动轴承划伤缺陷动力学建模及仿真*

何贞志，徐晓冬，邵明辉

(1.江苏师范大学 机电工程学院，江苏 徐州 221116；2.兰州理工大学 能源与动力工程学院，甘肃 兰州 730050)

0 引 言

滚动轴承广泛应用于旋转机械中，轴承缺陷是引起机械故障的重要因素之一。轴承缺陷包括两大类：分布式缺陷和局部式缺陷。一般来说，轴承划伤缺陷是引起轴承失效的主要原因。

轴承划伤缺陷的振动响应模型是为了研究缺陷对轴承冲击引起的轴承振动响应，在轴承结构振动模型的基础上提出的一种轴承振动简化模型[1]。对轴承缺陷模型的建立主要存在以下方法：

(1)局部式缺陷的冲击序列模型。MCFADDEN等[2-3]使用一串串周期性脉冲函数模拟单点和多点局部式缺陷对轴承振动的影响，使用脉冲函数中的放大系数表示缺陷的冲击程度；CHOUDHURY等[4]使用冲击力序列模拟轴承局部式缺陷的激励作用，该冲击力激起了内圈、外圈等轴承元件的共振模态；陈於学等[5]利用脉冲冲击波模拟滚动轴承早期缺陷振动；曹宏瑞等[6]、武济钢等[7]利用一系列冲击脉冲描述滚动体经过损伤时产生的冲击现象。

(2)轴承系统的多体动力学模型，这种模型建立轴承系统的非线性动力学模型，并对其进行求解得到轴承系统的振动响应，将轴承缺陷引起的轴承元件间的附加趋近量添加到正常情况下的弹性趋近量中，根据Hertz接触理论计算接触载荷。ARSLAN等[8]建立了轴承-转子系统的动力学模型，研究了局部式缺陷引起的角接触球轴承的振动特性；PATEL等[9]考虑局部式缺陷的宽度和深度建立了套圈含局部式缺陷的滚动轴承动力学模型；……