Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phân Tích Động Lực Học của Vòng Bi Lăn có Khuyết Tật Rà Răng Dựa trên Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn Rõ Ràng và Thực Nghiệm
Tóm tắt
Phân tích đặc điểm động lực học của vòng bi có khuyết tật là rất quan trọng trong việc chẩn đoán sự cố của máy móc. Hiện nay, có rất ít nghiên cứu về mô hình hóa số của vòng bi với con lăn bị khuyết tật. Để giải quyết vấn đề này, phương pháp phần tử hữu hạn rõ ràng được áp dụng trong bài báo này để thiết lập một mô hình động lực học phi tuyến tính của vòng bi con lăn hình trụ với các khuyết tật bị rơi ra. Trong mô hình được đề xuất, tính linh hoạt của tất cả các thành phần, ma sát bên trong, trượt tương đối, kích thước hữu hạn của con lăn và lực tiếp xúc giữa con lăn và vỏ đều được xem xét. Sau đó, mô hình động lực học được đề xuất được xác minh về lý thuyết và thực nghiệm. Các phản ứng rung động của vòng bi và hành vi trượt của con lăn bị khuyết tật và vỏ sẽ được phân tích dựa trên mô hình số được đề xuất. Kết quả cho thấy rằng lực tiếp xúc giữa con lăn và vỏ sẽ tăng lên và sự trượt của con lăn bị khuyết tật sẽ nặng hơn khi xảy ra khuyết tật con lăn. Thêm vào đó, việc gia tăng chiều rộng khuyết tật và số lượng con lăn bị khuyết tật sẽ làm trầm trọng thêm rung động của vòng bi và sự trượt của vỏ.
Từ khóa
#vòng bi lăn #khuyết tật #phương pháp phần tử hữu hạn #mô hình động lực học #rung độngTài liệu tham khảo
Singh, S., Howard, C.Q., Hansen, C.H.: An extensive review of vibration modelling of rolling element bearings with localised and extended defects. J. Sound Vib. 357, 300–330 (2015). https://doi.org/10.1016/j.jsv.2015.04.037
McFadden, P.D., Smith, J.D.: Model for the vibration produced by a single point defect in a rolling element bearing. J. Sound Vib. 96, 69–82 (1984). https://doi.org/10.1016/0022-460X(84)90595-9
McFadden, P.D., Smith, J.D.: The vibration produced by multiple point defects in a rolling element bearing. J. Sound Vib. 98, 263–273 (1985). https://doi.org/10.1016/0022-460X(85)90390-6
Su, Y.T., Lin, S.J.: On initial fault detection of a tapered roller bearing: frequency domain analysis. J. Sound Vib. 155, 75–84 (1992). https://doi.org/10.1016/0022-460X(92)90646-F
Tandon, N., Choudhory, A.: An analytical model for the prediction of the vibration response of rolling element bearings due to a localized defect. J. Sound Vib. 205, 275–292 (1997). https://doi.org/10.1006/jsvi.1997.1031
Cong, F.Y., Chen, J., Dong, G.M., et al.: Vibration model of rolling element bearings in a rotor-bearing system for fault diagnosis. J. Sound Vib. 332, 2081–2097 (2013). https://doi.org/10.1016/j.jsv.2012.11.029
Sunnersjö, C.S.: Varying compliance vibrations of rolling bearings. J. Sound Vib. 58, 363–373 (1978). https://doi.org/10.1016/S0022-460X(78)80044-3
Patil, M.S., Mathew, J., Rajendrakumar, P.K., et al.: A theoretical model to predict the effect of localized defect on vibrations associated with ball bearing. Int. J. Mech. Sci. 52, 1193–1201 (2010). https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2010.05.005
Qin, Y., Cao, F., Wang, Y., et al.: Dynamics modelling for deep groove ball bearings with local faults based on coupled and segmented displacement excitation. J. Sound Vib. 447, 1–19 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jsv.2019.01.048
Shao, Y.M., Liu, J., Ye, J.: A new method to model a localized surface defect in a cylindrical roller-bearing dynamic simulation. Proc. Inst. Mech. Eng. Part J J. Eng. Tribol. 228, 140–159 (2014). https://doi.org/10.1177/1350650113499745
Liu, J., Shao, Y.M.: A new dynamic model for vibration analysis of a ball bearing due to a localized surface defect considering edge topographies. Nonlinear Dyn. 79, 1329–1351 (2015). https://doi.org/10.1007/s11071-014-1745-y
Liu, J., Wu, H., Shao, Y.M.: A theoretical study on vibrations of a ball bearing caused by a dent on the races. Eng. Fail. Anal. 83, 220–229 (2018). https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2017.10.006
Xu, H.Y., Wang, P.F., Ma, H., et al.: Analysis of axial and overturning ultimate load-bearing capacities of deep groove ball bearings under combined loads and arbitrary rotation speed. Mech. Mach. Theory 169, 104665 (2022). https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2021.104665
Liu, Y.Q., Chen, Z.G., Tang, L., et al.: Skidding dynamic performance of rolling bearing with cage flexibility under accelerating conditions. Mech. Syst. Signal Process. 150, 107257 (2021). https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2020.107257
Patel, V.N., Tandon, N., Pandey, R.K.: A dynamic model for vibration studies of deep groove ball bearings considering single and multiple defects in races. J. Tribol. 132, 041101 (2010). https://doi.org/10.1115/1.4002333
Harsha, S.P., Sandeep, K., Prakash, R.: Non-linear dynamic behaviors of rolling element bearings due to surface waviness. J. Sound Vib. 272, 557–580 (2004). https://doi.org/10.1016/S0022-460X(03)00384-5
Sawalhi, N., Randall, R.B.: Simulating gear and bearing interactions in the presence of faults: Part I. The combined gear bearing dynamic model and the simulation of localised bearing faults. Mech. Syst. Signal Process. 22, 1924–1951 (2008). https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2007.12.001
Sawalhi, N., Randall, R.B.: Simulating gear and bearing interactions in the presence of faults: Part II: simulation of the vibrations produced by extended bearing faults. Mech. Syst. Signal Process. 22, 1952–1966 (2008). https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2007.12.002
Moazen Ahmadi, A., Petersen, D., Howard, C.: A nonlinear dynamic vibration model of defective bearings—the importance of modelling the finite size of rolling elements. Mech. Syst. Signal Process. 52, 309–326 (2015). https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2014.06.006
Cao, M., Xiao, J.: A comprehensive dynamic model of double-row spherical roller bearing-model development and case studies on surface defects, preloads, and radial clearance. Mech. Syst. Signal Process. 22, 467–489 (2008). https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2007.07.007
Riafsanjan, A., Abbasion, S., Farshidianfar, A., et al.: Nonlinear dynamic modeling of surface defects in rolling element bearing systems. J. Sound Vib. 319, 1150–1174 (2009). https://doi.org/10.1016/j.jsv.2008.06.043
Kankar, P.K., Sharma, C., Harsha, S.P.: Vibration based performance prediction of ball bearings caused by localized defects. Nonlinear Dyn. 69, 847–875 (2012). https://doi.org/10.1007/s11071-011-0309-7
Niu, L.K., Cao, H.R., Hou, H.P., et al.: Experimental observations and dynamic modeling of vibration characteristics of a cylindrical roller bearing with roller defects. Mech. Syst. Signal Process. 138, 106553 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2019.106553
Gupta, P.K.: Dynamics of rolling-element bearings—Part III: ball bearing analysis. J. Lubr. Technol. 101, 312–318 (1979). https://doi.org/10.1115/1.3453363
Yang, Y.Z., Yang, W.G., Jiang, D.X.: Simulation and experimental analysis of rolling element bearing fault in rotor-bearing-casing system. Eng. Fail. Anal. 92, 205–221 (2018). https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2018.04.053
Han, Q.K., Li, X.L., Chu, F.L.: Skidding behavior of cylindrical roller bearings under time-variable load conditions. Int. J. Mech. Sci. 135, 203–214 (2018). https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2017.11.013
Liu, J., Tang, C.K., Shao, Y.M.: An innovative dynamic model for vibration analysis of a flexible roller bearing. Mech. Mach. Theory 135, 27–39 (2019). https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2019.01.027
Shi, Z.F., Liu, J.: An improved planar dynamic model for vibration analysis of a cylindrical roller bearing. Mech. Mach. Theory 153, 103994 (2020). https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2020.103994
Shi, H.T., Li, Y.Y., Bai, X.T., et al.: Investigation of the orbit-spinning behaviors of the outer ring in a full ceramic ball bearing-steel pedestal system in wide temperature ranges. Mech. Syst. Signal Process. 149, 107317 (2021). https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2020.107317
Liu, J., Xu, Y.J., Pan, G.: A combined acoustic and dynamic model of a defective ball bearing. J. Sound Vib. 501, 116029 (2021). https://doi.org/10.1016/j.jsv.2021.116029
Sharma, R.B., Parey, A.: Modelling of acoustic emission generated in rolling element bearing. Appl. Acoust. 144, 96–112 (2019). https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2017.07.015
Patil, A.P., Mishra, B.K., Harsha, S.P.: Vibration based modelling of acoustic emission of rolling element bearings. J. Sound Vib. 468, 115117 (2020). https://doi.org/10.1016/j.jsv.2019.115117
Laniado-Jacome, E., Meneses-Alonso, J., Diaz-Lopez, V.: A study of sliding between rollers and races in a roller bearing with a numerical model for mechanical event simulations. Tribol. Int. 43, 2175–2182 (2010). https://doi.org/10.1016/j.triboint.2010.06.014
Singh, S., Köpke, U.G., Howard, C.Q., et al.: Analyses of contact forces and vibration response for a defective rolling element bearing using an explicit dynamics finite element model. J. Sound Vib. 333, 5356–5377 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jsv.2014.05.011
Yang, Y.F., Wu, Q.Y., Wang, Y.L., et al.: Dynamic characteristics of cracked uncertain hollow-shaft. Mech. Syst. Signal Process. 124, 36–48 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2019.01.035
Xu, H.Y., He, D., Ma, H., et al.: A method for calculating radial time-varying stiffness of flexible cylindrical roller bearings with localized defects. Eng. Fail. Anal. 128, 105590 (2021). https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2021.105590
Singh, S., Howard, C.Q., Hansen, C.H., et al.: Analytical validation of an explicit finite element model of a rolling element bearing with a localised line spall. J. Sound Vib. 416, 94–110 (2018). https://doi.org/10.1016/j.jsv.2017.09.007
Hallquist, J.O.: LS-DYNA Theory Manual. Livemore Software Technology Corporation, Livemore (2006)
Harris, T.A., Kotzalas, M.N.: Essential Concepts of Bearing Technology: Rolling Bearing Analysis, 5th edn. Crc Press, Boca Raton (2007)