Page 197 - 《振动工程学报》2025年第11期
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第 11 期 王 展，等：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 2655
非线性振动特性对轴承的健康检测和寿命预测至关 时间。MUFAZZAL 等 [23] 提出了一种考虑外圈故障
重要。 扩展的球轴承非线性动力学模型，结果表明故障深
目前已有多种理论模型用于研究轴承的打滑行 度对冲击力的影响较小。基于故障边缘特征，LIU 等 [24]
为。师志峰等 [6] 建立了单行星滚针轴承滚道局部故 提出了一种轴承故障扩展和形态建模方法，分析表
障动力学模型，发现内圈滚道局部故障对保持架打 明，故障边缘角对进入故障区域的滚动体激发的加
滑率的影响更大。涂文兵等 [7] 建立了启动过程中圆 速度峰值无明显影响。LI 等 [25] 研究了外圈故障轴
柱滚子轴承的动力学方程，仿真结果表明，滚子在刚 承在振动激励条件下的动态特征，发现振动激励可
进入承载区时打滑的影响较大。LIU 等 [8] 建立了考 使轴承的加速度和轴向轨迹显著增大。雷春丽等 [26]
虑轴承部件相互作用的轴承滑动动力学模型，仿真 建立了内、外圈复合故障的角接触球轴承动力学模
结果表明，滚动体滑动通常发生在进入或离开载荷 型，发现故障尺寸对振动特征频率无明显影响。
区域的瞬间。GAO 等 [9] 提出了一种轴承的运动学- 上述工作通过理论分析、试验测试和仿真模拟，
赫兹接触-热力学-流体力学综合模型，发现增加润滑 在健康及滚道故障轴承的打滑与非线性振动机理研
剂流量可能会加剧滑动现象，但也能在一定程度上 究中取得了一定成果。然而，在轴承实际运行过程
缓解温度升高。ATEF 等 [10] 通过一种改进的轴承非 中，球缺陷作为一种普遍存在的故障形式，对轴承动
线性动力学模型探究了润滑剂特性对圆柱滚子轴承 态性能的影响同样不可忽视。且全陶瓷轴承具有刚
滑动行为的影响，结果表明，润滑剂特性对滚子与保 度大和自润滑等优良特性，对轴承的打滑及非线性
持架之间的冲击力和保持架的滑移率有显著影响。 振动特性具有一定的影响 [27] 。因此，为了探究球缺
景新等 [11] 推导出了保持架打滑率和轴承故障频率之 陷对全陶瓷轴承打滑及非线性振动的影响，构建了
间的关系，并通过试验验证了公式的正确性，结果表 一种考虑球缺陷的全陶瓷轴承打滑动力学模型。该
明，随着转速的增大，轴承实际故障频率与理论故障 模型不仅考虑了球缺陷产生的时变位移激励以及球
频率偏差增大。彭城等 [12] 探究了三点接触球轴承的 缺陷对滚道产生的冲击力，同时还考虑了球与滚道
打滑行为，分析表明，接触角越大，三点接触球轴承 之间的摩擦力及球与保持架之间的作用力。在此基
的打滑率越大。XU 等 [13] 通过试验和仿真对滑动-滚 础上，分析不同参数对全陶瓷轴承打滑及非线性振
动接触的轴承动力学响应展开分析，分析表明当滚 动特性的影响，并将试验结果与仿真得到的结果进
动接触发生滑动时，会导致切应力不稳定，导致切向 行对比，验证模型的可靠性。研究结果可为全陶瓷
振动。李峰等 [14] 建立了摆动深沟球轴承的动力学方 轴承的运行状态检测提供一定的理论基础。
程，结果表明，摆动工况下轴承的打滑更明显。TU 等 [15]
研究了圆柱滚子轴承在滑动状态下的振动响应，发 1 球 缺 陷 的 冲 击 力 模 型
现滑动现象可能会导致振动幅值波动并显著增加摩
擦。于庆杰等 [16] 归纳了角接触球轴承和圆柱滚子轴 全陶瓷轴承各部件之间的相互作用是非常复杂
承打滑特性的影响因素，阐述了打滑的预防措施。 的，为了更好地描述全陶瓷轴承各部件在运行中的
轴承的打滑行为往往伴随着轴承内部接触状态 状态，首先需要建立准确的坐标系，图 1 清晰地展示
的间接性失稳和摩擦力的强烈波动，加速其表面局 了所定义的局部坐标系。
部磨损等故障的产生 [17-18] ，导致轴承的振动响应呈现 （1） O-xyz 表示惯性坐标系，原点 O 位于外圈中
出非常复杂的非线性现象。许多学者针对轴承故障 心。假设外圈不动，即坐标系固定，是其他局部坐标
产生的非线性振动现象开展了深入研究。伊海铭等 [19] 系的基础。
针对中介轴承内圈局部缺陷的双转子系统建立了振 （2） O i -x i y i z i 表示内圈运动的坐标系，原点 O i 与
动方程，分析发现其较无故障系统新增了三个由内 内圈中心重合，该坐标系随内圈运动，ω i 为内圈的旋
圈故障引起的分叉区域。郭宝良等 [20] 建立了单一局 转速度。
部故障的变刚度动力学模型，分析表明，滚动体进入 （3） O b -x b y b z b 表示球运动的坐标系，原点 O b 与球
和退出载荷区及故障区时，会引起总有效刚度突变， 中心重合，该坐标系随球运动，ω bx 、ω by 、ω b 分别为
z
导致系统复杂振动。ZHANG 等 [21] 建立了考虑局部 球绕 x b 、y b 、z b 轴的旋转速度。
故障边缘扩展和形态特征的轴承动力学模型，分析 （4）Oʹ-xʹyʹzʹ表示球接触表面的局部坐标系。
表明，滚道故障表面形貌可以产生多重冲击，并激发 在轴承高速运行的过程中，其外环运动相对简
故障频率的高频成分。NIU 等 [22] 提出了一种带有滚 单，一般是定轴转动。但球的运动却十分复杂，球在
子故障的轴承动力学模型，结果表明，滚子故障与内 绕轴承中心轴线进行公转的同时，还要绕自身轴线
圈之间的作用时间长于滚子故障与外圈之间的作用 进行自转。图 2 描述了球的缺陷与滚道接触的 3 种
