Page 230 - 《振动工程学报》2025年第11期

2688 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

如图 8(a) 所示，其油膜所受支承力如图 8(b) 所示；高 模型的正确性，在电动汽车驱动电机模拟试验台上
转速工况下的内/外圈位移如图 8(c) 所示，其油膜所 进行试验验证，如图 9 所示。
受支承力如图 8(d) 所示。 驱动电机

1.06

位移 / mm 0.53 0 试验台操作界面 供电设备 轴承及传感器

−0.53
−1.06 图 9 电动汽车驱动电机模拟试验台
内圈位移 外圈位移
Fig. 9 Electric vehicle drive motor test bench
0 5 10 15 20
时间 / s 该试验台能模拟电动汽车驱动电机在不同转速
(a) 静止状态下内/外圈位移
(a) Displacement of inner ring and outer ring in static state 及负载下的运行状况，同时通过传感器监测压力变
6000 化。所用驱动电机功率额定功率 80 kW，峰值功率为
4775 r/min，最高转速为
160 kW，额定转速
12000 r/min，
油膜支承力 / N 3600 额定扭矩 160 N·m，最大输出扭矩 310 N·m。设定目
4800
标电机转速，在稳定各工况点后，再通过试验台施加
2400
1200
0 外部激励，通过传感器持续监测轴承接触载荷的动
态响应，记录了轴承接触载荷随时间的变化数据，得
0 5 10 15 20
时间 / s 到油膜支承力，如图 10 所示。
(b) 静止状态下油膜支承力
(b) Oil film supporting force in static state
1.06 油膜支承力 / N 6000
4500
位移 / mm 0.53 0 1500 0
3000
−0.53
−1.06 内圈位移 外圈位移 0 5 时间 / s 10 15
0 5 10 15 20 图 10 油膜支承力
时间 / s Fig. 10 Oil film supporting force
(c) 运动状态下内/外圈位移
(c) Displacement of inner ring and outer ring in motion state 试验结果显示，在外圈受到外部激励时，轴承油
6000
膜支承力先显现出较为规律的波峰-波谷循环，随着
油膜支承力 / N 3600 承力动态特性逐渐明显。该非线性系统受强制位移
4800
时间的增加，由于能量累积导致支承力峰值上升，支
2400
激励后，内/外圈进行相对运动并产生位移差，输入
1200
能量转化为非线性等效弹簧储存的动能与内圈及转
0
0 5 10 15 20 子的动能及势能，虽然无阻尼项对输入能量进行耗
时间 / s
(d) 运动状态下油膜支承力 散，但受限于物理约束，最终支承力幅值收敛于某一
(d) Oil film supporting force in motion state 固定范围，表现为有限幅值的周期力响应及其高阶

图 8 碰撞动力学仿真 谐波。仿真结果与试验结果吻合，验证了所建模型
Fig. 8 Collision dynamics simulation 的正确性。

从图 8(a) 和 (c) 中可以看出，外部激励通过外圈
传递至轴承系统后，将诱发显著的内圈位移响应与 4 结 论
瞬态油膜支承力，静止工况由于动刚度均值更大，其
动态响应较高转速工况更剧烈。由图 8(b) 和 (d) 可 本文以深沟球轴承为研究对象，提出一种改进
得，随着高转速工况刚度的下降，内圈动态响应减 的动刚度计算方法，该方法基于赫兹接触理论与非
弱，使得载荷变化趋势变缓，但随时间增加油膜支承 线性弹簧模型，并同时考虑游隙与滚动体高速运动
力峰值高于静止工况的油膜支承力峰值。 位置的变化。在此基础上，对其碰撞运动过程进行

分析并建立复杂激励下轴承的完整动力学模型。得
3 试 验 验 证 出以下结论：
（1）在相同内/外圈相对位移量下，随着转速的升
为了验证本文中针对外部激励所建立的动力学 高，等效弹簧动刚度均值先迅速下降，后趋于稳定。