Page 196 - 《振动工程学报》2025年第11期
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第 38 卷第 11 期                      振 动 工 程 学 报                                      Vol. 38 No. 11
               2025 年  11 月                    Journal of Vibration Engineering                       Nov. 2025



                          考    虑   球   缺   陷    的   全   陶   瓷   角    接   触   球   轴   承    打   滑

                                         及   非    线   性   振   动   特    性   研   究



                                    王 展 ， 赵 瑞 ， 王子男 ， 张 珂 ， 高刘旺                          1
                                                                  1
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                       （1. 沈阳建筑大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110168； 2. 沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870）
              摘要：为探究球缺陷对全陶瓷角接触球轴承打滑和非线性振动特性的影响，提出了一种考虑球缺陷的全陶瓷角接触球轴承打
              滑动力学模型。引入球缺陷产生的时变位移激励，建立了球缺陷对滚道的冲击力模型。结合轴承动态接触过程中的赫兹接
              触特性，构建了球与滚道的接触力模型。考虑球与滚道和保持架的相互作用，构建了轴承打滑模型。仿真分析了不同工况下
              径向载荷、转速和球缺陷尺寸对全陶瓷轴承打滑及非线性振动特性的影响。结果表明，内圈的加速度越大，保持架的滑动率
              更容易趋近稳定。径向载荷增大，球与内滚道的滑移速度减小。随着缺陷尺寸的扩大，冲击过程更加明显，接触力幅值增大，
              波动紊乱度提升，保持架的滑动率越大，运动越复杂，振动幅值越大，不利于轴承的长时间运行。仿真与试验的旋转频率幅值
              最大误差为    6.5%，验证了模型的可靠性。该研究可为全陶瓷轴承的运行状态检测提供一定的理论基础。
              关键词： 全陶瓷轴承；球缺陷；打滑特性；非线性振动
              中图分类号：TH133.33        文献标志码：A        DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.202508068



                  Slipping and nonlinear vibration characteristics of full ceramic angular contact
                                          ball bearing considering ball defects

                                                                              2
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                                 WANG Zhan ，ZHAO Rui ，WANG Zinan ，ZHANG Ke ，GAO Liuwang    1
                             （1.School of Mechanical Engineering，Shenyang Jianzhu University，Shenyang 110168，China；
                           2.School of Mechanical Engineering，Shenyang University of Technology，Shenyang 110870，China）
              Abstract：To investigate the effects of ball defects on the slipping and nonlinear vibration of full ceramic angular contact ball bearings，a
              dynamic model incorporating ball defects is proposed. The time-varying displacement excitation induced by a ball defect is introduced，and the
              corresponding  impact  force  on  the  raceway  is  modeled.  Based  on  Hertzian  contact  characteristics， a  ball-raceway  contact  force  model  is
              developed. The interactions between the ball-raceway and ball-cage are considered to construct a bearing skidding model. Simulations examine
              the effects of radial load，rotational speed，and defect size on slipping and nonlinear vibration under various operating conditions. Results
              show that higher inner ring acceleration stabilizes the cage slipping ratio，while increasing radial load reduces slip velocity between balls and
              the inner raceway. Larger defects intensify the impact process，increase contact force amplitude，enhance fluctuation disorder，enlarge the
              cage slipping ratio，and complicate cage motion，leading to greater vibration amplitudes. These effects are detrimental to the bearing’s long-
              term  performance.  The  maximum  error  in  rotational-frequency  amplitude  between  the  simulation  and  experiment  is  6.5%， confirming  the
              model’s reliability. This study provides a theoretical basis for monitoring the operating status of full ceramic bearings.

              Keywords：full ceramic bearing；ball defects；slipping characteristics；nonlinear vibration

                  全陶瓷轴承具有变形小、刚度高和耐腐蚀性好                          此外，在轴承运行过程中，球与滚道之间的摩擦力不
              等优点，能够更好地满足数控机床、航空发动机等                            足以克服阻力，导致球与滚道之间发生滑移，球并非
              高精密机械在超高速、宽温域等极端工况下的运行                            做理想的纯滚动运动，这会使轴承内部的作用力更
              需求 。然而，陶瓷球不仅存在高硬度带来的加工难                           加复杂    [3-4] 。不仅会加剧轴承球表面的磨损，还会诱
                  [1]
              度和脆性特性，在运行中还会受到接触应力的反复                            发严重的噪声和振动，影响轴承的运行精度，缩短其
                                                          [2]
              作用，受这两方面因素影响，其表面易出现缺陷 。                           使用寿命 。因此，研究球缺陷的全陶瓷轴承打滑及
                                                                         [5]


                  收稿日期：2025-08-15；修订日期：2025-09-24
                  基金项目：国家自然科学基金资助项目（52205117，52175107）；辽宁省兴辽英才青年拔尖人才项目（XLYC2203015）；辽宁省
                          教育厅项目（JYTMS20231563）
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