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滚动轴承振动与噪声机理研究

作　者: 刘明辉
导　师: 殷玉枫
学　校: 太原科技大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 滚动轴承振动噪声乏信息
分类号: TH133.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

轴承是应用最为广泛的机械零部件之一，尤其是滚动轴承，品系最多，应用最为广泛。随着现代工业的发展以及人们对环境要求的不断提高，人们对工作主机在振动与噪声方面提出了更高的要求。滚动轴承的振动与噪声指标逐渐成为滚动轴承最重要的性能指标的组成部分。研究滚动轴承的振动与噪声机理，为轴承振动噪声的测控技术和减振降噪技术做理论铺垫成为轴承研究工作的重点。本文试图通过系统的理论研究探讨有关滚动轴承振动与噪声的各个影响因素，分析滚动轴承振动与噪声的内在联系与机理。首先，利用数学工具建立了统一坐标系下滚动轴承的几何建模，统一了滚动轴承各个部件的几何形状模型（静态模型）和运动规律模型（动态模型）。为后续的振动噪声研究工作打下论证和推广的基础。在几何建模过程中，采用了极坐标或圆柱坐标直观建模的方法，再利用坐标变换理论对极坐标或圆柱坐标系下的几何模型进行变换，将滚动轴承各个零部件在统一的坐标系中进行了数字化，引入轴承各部件的相对运动规律后得到一个有限参数的滚动轴承动态几何模型。在轴承几何模型的基础上，根据接触力学和弹流动力润滑理论，对轴承工作面上的点进行了受力分析，并对滚动轴承进行了局部静力学和动力学分析。在对轴承的接触力学和弹流动力润滑理论分析中，借鉴目前滚动轴承相关领域研究的最新成果，对滚动轴承工作面的受力及润滑状况进行分析。在对滚动轴承建模及接触研究的基础上，对滚动轴承的振动情况进行了探索和分析。综合探讨了以往对滚动轴承振动的各种分类思想和分类方法，进而提出了更为合理的分类方法，即综合考虑振动发生的部位和振动性质，进而结合研究目有针对性的分类方法。同时，结合滚动轴承新的分类方法，针对具体型号的滚动轴承对轴承关键部位的振动进行了建模求解。本文还对滚动轴承的噪声机理进行了研究，探讨了典型声源结构，用典型声源结构累加的方式得出一个滚动轴承主要振动对应的噪声累加模型。研究表明，由于滚动轴承的振动情况极其复杂，导致即使是在极其简单的建模思想的指导下，建模的实施过程也极其复杂。在不失代表性的前提下，对滚动轴承进行噪声建模并针对具体型号的轴承产品进行了实验性建模分析。最后，从滚动轴承系统的外部以事实观测结果为依据，探讨如灰色理论等方法的在滚动轴承振动噪声研究中的应用并尝试多种方法的融合。以具体的滚动轴承外圈径向振动与轴承噪声关系的实例来探讨了灰色方法、自助法在滚动轴承振动噪声相关性研究中的有效性和独特的优势。本文试图对滚动轴承振动噪声机理的研究加以系统的总结和深化，在前人研究的基础上升华已有方法的应用并且开拓新的理论和方法。为突破滚动轴承低振动低噪声技术瓶颈奠定夯实的理论基础。

全文目录

中文摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 前言  11-13
  1.2 滚动轴承振动噪声技术研究现状及趋势  13-16
    1.2.1 滚动轴承振动噪声研究的历史概述  13-15
    1.2.2 国内研究现状及趋势  15-16
  1.3 研究要点  16-19
第二章圆柱滚子轴承的几何模型  19-27
  2.1 滚动轴承的结构  19-21
  2.2 短圆柱滚子轴承的几何模型  21-25
  2.3 本章小结  25-27
第三章圆柱滚子轴承的接触研究  27-35
  3.1 赫兹（Hertz）弹性接触理论在滚子轴承接触中的应用  27-30
    3.1.1 赫兹线接触问题与假设  27
    3.1.2 线接触副的接触应力及分布  27-30
  3.2 线接触弹性流体动力润滑理论的应用  30-33
    3.2.1 线接触弹性流体动力润滑理论  30
    3.2.2 线接触弹流理论在滚子轴承接触油膜计算中的应用  30-33
  3.3 本章小结  33-35
第四章圆柱滚子轴承的振动模型  35-49
  4.1 滚动轴承振动分类  35-37
    4.1.1 从轴承结构的角度分类  35
    4.1.2 从振动的性质分类  35-36
    4.1.3 从振动的成因分类  36-37
    4.1.4 本文对滚动轴承振动分类的原则  37
  4.2 影响滚动轴承振动的因素  37-39
  4.3 滚动轴承外部载荷简介  39-41
    4.3.1 滚动轴承的支承载荷  39-40
    4.3.2 圆柱滚子轴承的径向游隙  40-41
  4.4 运动学分析  41-42
  4.5 圆柱滚子轴承接触面载荷及变刚度振动的刚度计算  42-44
  4.6 滚动轴承振动模型  44-45
    4.6.1 滚动轴承振动模型假设条件  44
    4.6.2 振动频率  44-45
    4.6.3 振动方程  45
  4.7 滚子轴承接触和振动模型求解实例  45-47
  4.8 本章小结  47-49
第五章圆柱滚子轴承的噪声模型  49-65
  5.1 噪声的分类  49-51
  5.2 声音的描述及特性  51-55
    5.2.1 声压  51-52
    5.2.2 声场的能量关系  52-53
    5.2.3 声功率与声强  53
    5.2.4 声学量的级与分贝单位  53-54
    5.2.5 响度级与等响曲线  54-55
  5.3 典型的声源结构及其在滚动轴承噪声研究中的应用  55-59
    5.3.1 脉动球声源与点声源  55-57
    5.3.2 偶极声源  57-58
    5.3.3 活塞式声源  58-59
  5.4 轴承滚子变柔性振动引起的声压计算  59-62
  5.5 轴承噪声声压级的计算  62-63
  5.6 本章小结  63-65
第六章乏信息理论的应用  65-81
  6.1 经典统计方法  65-66
  6.2 新方法的应用  66-67
  6.3 灰色方法在轴承振动噪声研究中的应用  67-75
    6.3.1 灰色系统理论的相关概念  67-69
    6.3.2 灰色关联度在轴承振动噪声相关性分析中的应用  69-75
  6.4 自助方法在轴承振动噪声研究中的应用  75-78
  6.5 多种方法的交叉融合及效果  78-79
  6.6 本章小结  79-81
第七章总结与展望  81-83
参考文献  83-87
致谢  87-89
攻读硕士期间发表的论文  89-90

滚动轴承振动与噪声机理研究

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