(19)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 202111676302.7 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市玄武区孝陵卫 200号 (72)发明人 曹标　杨瑞　张智勇　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 封睿 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种计算滚道局部故障球轴承动力学响应 的方法 (57)摘要 本发明提出了一种计算滚道局部故障球轴 承动力学响应的方法， 获取滚动轴承的基本参数 和故障参数； 计算故障跨度角和局部故障引起的 额外间隙； 计算滚动体中心与局部故障中心的角 度差， 结合滚动体是否位于故障区， 确定故障发 生后滚动体与滚道的变形量； 建立滚道局部故障 球轴承动力学模型； 采用4阶龙格 ‑库塔法求解滚 道局部故障球轴承动力学方程， 得到球轴承在垂 直方向和水平方向的径向位移， 完成滚道局部故 障球轴承动力学响应的计算。 本发 明能够模拟多 种局部故障状况， 系统、 高效地计算滚道局部故 障球轴承的动力学响应， 对球轴承的故障诊断具 有重要价 值。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114580093 A 2022.06.03 CN 114580093 A 1.一种计算滚道局部故障球轴承动力学响应的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 获取滚动轴承的基本参数和故障参数； 步骤2、 计算故障跨度角和 局部故障引起的额外间隙； 步骤3、 计算滚动体中心与局部故障中心的角度差， 结合滚动体是否位于故障区， 确定 故障发生后滚动体与滚道的变形量； 步骤4、 代入步骤1滚动轴承的基本参数和故障参数以及步骤2故障跨度角和局部故障 引起的额外间隙， 并结合滚动体是否位于故障区， 建立滚道局部故障球轴承动力学模型； 步骤5、 采用4阶龙格 ‑库塔法求解滚道局部故障球轴承动力学方程， 得到球轴承在垂直 方向和水平方向的径向位移， 完成滚道局部故障球轴承动力学响应的计算。 2.根据权利要求1所述的计算滚道局部故障球轴承动力学响应的方法， 其特征在于， 步 骤1， 获取滚动轴承的基本参数和故障参数， 其中： 所述基本参数包括几何尺寸、 滚珠个数、 接触刚度、 轴承间隙和等效阻尼； 所述故障参数包括故障类型、 故障尺寸和故障位置； 所述故障类型包括内圈滚道故障和外圈滚道故障。 3.根据权利要求1所述的计算滚道局部故障球轴承动力学响应的方法， 其特征在于， 步 骤2， 计算故障跨度角和 局部故障引起的额外间隙， 具体方法为： 步骤2.1、 计算故障跨度角 θe： 步骤2.2、 计算滚动体与局部故障形成的夹角 步骤2.3、 计算局部故障引起的额外间隙Δ h： 式(1)至(3)中， d为局部故障尺寸； di、 do分别为轴承内圈、 外圈滚道直径； D为滚动体直 径。 4.根据权利要求1所述的计算滚道局部故障球轴承动力学响应的方法， 其特征在于， 步 骤3， 计算滚动体中心与局部故障中心的角度差， 结合滚动体是否位于故障区， 确定故障发 生后滚动体与滚道的变形量， 具体方法为： 步骤3.1、 计算每一个滚动体中心与局部故障中心的角度差θbd： 步骤3.2、 如果滚动体位于故障区， 则滚动体与正常滚道的变形量需要减去局部故障引 起的额外间隙， 否则不变：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114580093 A 2式(4)至(5)中， mod( ·)为取余函数； ωc和ωs分别为保持架角速度与转轴角速度； t为 时间自变量； 为外圈故 障位置角； δi为滚动体与正常滚道的变形量， δi*故障发生后滚动 体与滚道的变形量。 5.根据权利要求1所述的计算滚道局部故障球轴承动力学响应的方法， 其特征在于， 步 骤4， 代入步骤1滚动轴承的基本参数和故障参数以及步骤2故障跨度角和局部故障引起的 额外间隙， 并结合滚动体是否位于故障区， 建立滚道局部故障球轴承动力学模型， 具体方法 为： 且 θi＝2 π(i‑1)/Nb+ωct    (9) δi＝xcosθi+ysinθi‑δ0    (10) 式(6)至(11)中， x、 y为球轴承在垂直方向和水平 方向的径向位移； Fx、 Fy为球轴承在x、 y 方向轴承反力； m为球轴承等效质量； c为等效阻尼； W为球轴承重力； θi为第i个滚动体的瞬 时角位置； 2δ0为轴承径向工作游隙； Fi*为滚动体与滚道间的赫兹接触力， K为赫兹接触刚 度； G(·)是表示接触状况的Heaviside函数， 描述滚动体与滚道接触情形， 发生接触G( ·) 值为1， 失去接触其 值为0； Nb为滚动体 个数。 6.一种计算滚道局部故障球轴承动力学响应的系统， 其特征在于， 基于权利要求1 ‑5任 一项所述的计算滚道局部故障球轴承动力学响应的方法， 完成滚道局部故障球轴承动力学 响应的计算。 7.一种计算机设备， 包括存储器、 处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计 算机程序， 所述处理器执行所述计算机程序时， 基于权利要求 1‑5任一项所述的计算滚道局 部故障球轴承动力学响应的方法， 完成滚道局部故障球轴承动力学响应的计算。 8.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 所述计算机程序被处理器执行 时， 基于权利要求 1‑5任一项所述的计算滚道局部故障球轴承动力学响应的方法， 完成滚道 局部故障球轴承动力学响应的计算。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114580093 A 3