(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111611158.9 (22)申请日 2021.12.27 (71)申请人 频率探索智能科技江苏有限公司 地址 213100 江苏省常州市新北区华 山中 路23号 (72)发明人 孟力　杨康定　杨博淙　王飞彪　 刘志　楼佳妙　 (74)专利代理 机构 常州至善至诚专利代理事务 所(普通合伙) 32409 代理人 郑晓军 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 改进的滚动轴承动力学模型的构建方法 (57)摘要 本发明属于动力学建模技术领域， 具体涉及 一种滚动轴承系统非线性动力学模型的构建方 法， 该模型首先从滚动体与外圈之间的运动几何 关系出发， 根据滚动体与缺陷边缘和底部两种情 况的接触量的不同， 推导新的接触变形量公式， 该公式中不再将滚动体看成一个质点， 需要考虑 滚动体的半径尺寸， 再基于赫兹接触理论及动力 学相关知识， 构 建2Nb个滚动体分别作用于内圈、 外圈的x方向和y方向的总接触力公式和接触阻 尼力公式， 最终建立考虑了滚动体自由度、 离心 力、 惯性力和质量的2Nb+6自由度非线性动力学 微分方程组。 本发明滚动轴承系统非线性动力学 模型的构建方法为滚动轴承故障诊断和预测提 供基础支撑， 可防止因轴承故障引起重大事故发 生， 具有重要的实用价 值。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 114282322 A 2022.04.05 CN 114282322 A 1.一种改进的滚动轴承动力学模型的构建方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 构建滚动体与内、 外圈缺陷接触 变形公式： 轴承系统包括内圈、 外圈和2Nb个滚动体； 将(xi， yi)和(xo， yo)分别定义为轴承内圈和外 圈的广义笛卡尔坐标系， 滚动体(lj,r； r＝1,2； j＝1， 2,3, …)定义为一个独立的广义极坐标 系； 判断滚动体与缺陷接触位置， 若滚动 体与缺陷边缘接触， 则第j颗滚动体与缺陷的接触 变形量为滚动体与缺陷左边缘或右边缘接触的点到外滚道的距离， 外圈接触变形δoj1， r可表 示为： 其中， rd为节圆半径， rb为滚珠半径， cl为径向间隙， Zj,r是第r列的第j颗滚动体位置相 对于外圈中心的位移； ψj， r为缺陷边缘与Zj， r的夹角， ψj， r可表示为： 其中， 滚珠在轴承外圈坐标系内的角位置θj， r为 其中， 缺陷的角跨度为Δφf， 缺陷角位置中心为φf， lj， r为第j颗滚动体中心到极坐标 系中极点的距离， φj， r为滚珠在极标系内的角位置； 若滚动体与缺陷底部接触， 则第j颗滚动体与缺陷的接触变形为滚动体上沿着坐标轴 中心与滚动体中心相交的点到缺陷底部的距离， 外圈接触 变形可表示为： 其中， h外圈缺陷的深度， 则滚动体与外圈之间的接触 变形可表示为： δoj， r＝max( δoj1， r， δoj2， r)                 (5) 滚动体与内圈之间的接触 变形为 其中， Xj,r是第r列的第j颗滚动体位置相对于内圈中心的位移； S2、 计算滚动体作用于内、 外圈之间的总接触力： 计算第j颗滚动体分别与外圈之间的径向接触力Qoj,r和内圈之间的径向接触力Qij,r： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114282322 A 2其中， Ko和Ki为赫兹接触载荷因子， 并对每个滚动体的接触力进行求和则是作用于外圈 的x方向总接触力Fout,x和y方向的总接触力Fout,y 作用于内圈的x方向总接触力Fin,x和y方向的总接触力Fin,y 滚珠在轴承内圈坐标系内的角位置αj,r为 S3、 计算滚动体作用于内、 外圈之间的总接触阻尼力： 作用于内圈的x方向总接触阻尼力Fd in,x和y方向总接触阻尼力Fd in,y为 作用于外圈的x方向总接触阻尼力Fdout,x和y方向总接触阻尼力Fdout,y为 其中， c为粘性阻尼常数。 S4、 构建轴承系统非线性动力学方程， 并将步骤S2、 S3、 S4的公式和结果带入步骤S4 中， 求解出整个轴承系统的振动加速度响应； 轴承系统还包括： 高频谐振器， 将内圈与轴的质量采用mi模拟， 外圈与轴承座定义为mo， 高频谐振 器用mr表示， 每个滚动体的质量为mb； 外圈由一个水平方向弹簧阻尼器和一个垂直 方向弹簧阻尼器支撑； 内圈也由一个水平方向弹簧阻尼器和一个垂直方向弹簧阻尼器支 撑； 每个滚动体与内圈和外圈之间的接触也分别用弹簧阻尼器模拟； 得到2Nb个滚动体在内 的2Nb+6个自由度非线性动力学模型以及基于拉格朗日第二类方程建立含故障轴承系统非 线性动力学微分方程组：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114282322 A 3