曲沟球轴承的外圈优化设计与振动特性分析

曲沟球轴承的外圈优化设计与振动特性分析为了研究曲沟球轴承的摆动特性和故障检测方法 , 在外圈滚道为三维正弦曲线的基础上 , 设计加工了三维二次曲线滚道和三维三次曲线滚道 , 并对这两种曲线以及正弦曲线进行了速度与加速度分析 ; 针对二次曲线和三次曲线存在的柔性冲击问题 , 提出了修正优化方案 , 并进行了修正前后的曲线滚道外圈的加工 ; 为了探明不同曲线曲沟球轴承的摆动特性 , 在曲沟球轴承性能试验台上, 对正弦曲线、二次曲线、三次曲线曲沟球轴承进行了振动信号的采集和振动特性分析 , 分别获得三种曲沟球轴承的冲击特性 ; 在此基础上 , 用深度学习模型对曲沟球轴承的振动信号进行了冲击性检测 , 为曲沟球轴承的故障检测提供依据。论文研究工作取得的主要结论如下 :1. 在 9 个周期正弦曲线的基础上 , 设计了轴向位移与转角相位为平方和立方关系的曲沟球轴承外圈滚道三维曲线 ,9 周期三维曲线分别用多段二次曲线和三次曲线拼接完成。完成了三维曲线的绘制并进行三种曲沟球轴承外圈的加工和曲沟球轴承的试制。 2. 改装了曲沟球轴承性能试验台 , 搭建了曲沟球轴承振动信号采集系统 , 并完成了试制的正弦曲线、二次曲线、三次曲线曲沟球轴承振动信号的采集和初步分析。 通过对信号进行分析得出结论 : 二次曲线和三次曲线曲沟球轴承的寿命短暂 , 振动幅值大 ,不适于进行实际应用。 3. 针对二次曲线和三次曲线在拼接点处存在二阶导数不连续的问题 , 用内切圆曲线替代一阶导数曲线尖值突变部分,消除了加速度突变产生的柔性冲击问题。然后用反向求积分的方法,获得曲沟球轴承外圈修正后二阶导数连续的二次曲线和三次曲线。4.进行了正弦、二次、三次曲线曲沟球轴承外圈振动特性的模态分析 , 并对三种轴承的振动信号进行了时域分析、频域分析、小波分析、包络分析 , 获得了三种曲沟球轴承的振动特性和冲击特性 , 二次曲线和三次曲线曲沟球轴承存在冲击性振动 , 为曲线拼接点处的加速度突变所引起的。5. 用深度学习方法完成了不同曲线形状的曲沟球轴承振动信号的故障检测。训练曲沟球轴承冲击性振动检测模型 , 可以系统性地通过信号采集、输入模型、输出分类预测结果这一流程 , 来判断曲沟球轴承是否存在结构缺陷与故障。 并采用该模型进行了修正后的二次曲线和三次曲线曲沟球轴承振动信号的冲击性振动检测 , 得出结论修正方法有效。本论文的研究成果为曲沟球轴承外圈曲线结构与振动性能的关系提供了参考 , 有助于曲沟球轴承的进一步开发和应用领域拓展。