Page 207 - 《振动工程学报》2025年第11期

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 2665

的时间间隔内，随着转速的增加，全陶瓷轴承的时域振 可以看出，转速越高，相轨迹的范围越大，这也说明，
动周期减小，振动幅值增大，在 15000 和 21500 r/min 随着转速的增加，全陶瓷轴承的振动幅值增大。在
时，全陶瓷轴承的时域图反映为更加复杂的多周期 6000 和 21500 r/min 转速时，相轨迹为一个闭合的曲
函数。图 24 展示了不同转速下全陶瓷轴承的相轨 线，庞加莱截面上出现了一个明显的周期性吸引子，
迹和庞加莱截面图，图中，V x 为 x 方向的振动速度。 这表示，在这两种转速下，全陶瓷轴承处于单周期状
态。在 15000 r/min 转速时，相轨迹为两个闭合的椭
圆形，庞加莱截面上出现了两个明显的周期性吸引

4 子，这表示，此时全陶瓷轴承处于双周期状态。而在
转速时，相轨迹为多个闭合而不重合图
25000 r/min
V x / (mm·s −1 ) −4 0 形，轨迹更加混乱，庞加莱截面上出现多个混沌吸引
子， 数 量 更 多 ， 更 为 分 散 ， 运 动 状 态 更 加 复 杂 。

−8 图 25 展示了不同转速下全陶瓷轴承的轴心轨
迹。可以看出，在 1000~30000 r/min 范围内，轴心轨
迹可以分为 4 个阶段。在 1000~14000 r/min 范围内，
−10 −5 0 5 10
x / μm 全陶瓷轴承的轴心轨迹为一个闭合的椭圆形，随着
(a) 6000 r/min
转速的增大，轴心轨迹逐渐扩大，但始终保持单周期
16
12 的状态。当转速增加到 14800 r/min 时，全陶瓷轴承
个闭
8 4 的振动具有三周期的特性，此时，轴心轨迹由 3 时，全
V x / (mm·s −1 ) −4 0 陶瓷轴承的振动回归到单周期特性。当转速高于
合椭圆交错组成。当转速增加到
21000 r/min
时，轴心轨迹较为混乱，轴承的运动状态
24600 r/min
−8
−12 为复杂，结合图 23 中 25000 r/min 下的相轨迹和庞加
−16 莱截面，可以认为，在此阶段全陶瓷轴承的振动呈现
−10 −5 0 5 10 混沌状态。
x / μm
(b) 15000 r/min
4.2 球缺陷宽度对全陶瓷轴承非线性振动特性的
20
16 影响
12 8 本节以转速为 15000 r/min 为例，健康轴承和球
V x / (mm·s −1 ) −4 4 0 缺陷宽度分别为 0.2、0.5、1 mm，探究球缺陷宽度对

全陶瓷轴承非线性振动特性的影响。
−8
−12 图 26 展示了球缺陷宽度为 0.5 mm 的情况下，打
−16 滑对全陶瓷轴承振动特性的影响。可以看出，考虑
−20 打滑的情况下，振动速度要略大，且振动波形产生了
−10 −5 0 5 10
x / μm 一定的周期滞后现象。而从轴心轨迹、相轨迹和庞
(c) 21500 r/min
加莱截面图看，考虑打滑的情况下，轴承的运动更加
32
24 复杂，这也表明，打滑对轴承非线性振动的影响显著
16 8 且不可忽视，要准确预测全陶瓷轴承的振动响应，必
V x / (mm·s −1 ) −8 0 须要同时考虑接触力和打滑因素的影响。

图
展示了全陶瓷轴承球在不同缺陷宽度下的
27
−16 时域图，可以看出，球存在缺陷的时域中有明显的冲
击波形，且随着缺陷宽度的逐渐扩大，时域信号产生的
−24
−32 冲击越明显。图 28 展示了健康轴承和球在不同缺
−20 −15 −10 −5 0 5 10 15 20 陷宽度下的频谱瀑布图，可以看出，在 1000~14000 r/min
x / μm
(d) 25000 r/min 范围内，健康轴承的频谱中主要由旋转频率 f s 及其

图 24 不同转速下的相轨迹和庞加莱截面图 倍频分量组成。存在球缺陷的全陶瓷轴承频谱图
中，除旋转频率 f s 外，还有保持架故障频率 f c 和球故
Fig. 24 Phase trajectories and Poincaré section diagrams under
different rotational velocities 障频率 f b 以及它们的组合频率。这是因为球的缺陷