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摘要
本文主要研究故障滚动轴承的非线性动力学建模与振动分析，基于一种带有随机微小缺陷的滚动轴承的实际案例进行分析，使用ADAMS仿真软件建立了轴承模型并进行了模拟实验，在此基础上进行了振动信号的采集和分析，最终得出了故障状态下的非线性振动响应特征。
关键词：滚动轴承；非线性动力学；振动分析；模拟实验；故障诊断
Abstract
This paper mainly studies the nonlinear dynamic modeling and vibration analysis of faulty rolling bearings. Based on an actual case of rolling bearings with random microscopic defects, the bearing model is established using ADAMS simulation software, and simulation experiments are performed. On this basis, the vibration signal is collected and analyzed, and the nonlinear vibration response characteristics under faulty conditions are finally obtained.
Keywords: rolling bearing; nonlinear dynamics; vibration analysis; simulation experiment; fault diagnosis
1. 引言
滚动轴承是机械传动系统中常用的重要部件，其运行状态直接关系到整个传动系统的可靠性和性能。但是，由于长期运行和复杂的工作环境等原因，滚动轴承容易发生故障，导致传动系统的失效。因此，轴承故障的诊断与预测研究一直是滚动轴承领域的热点课题。
当前，滚动轴承故障的诊断方法主要包括振动分析、声学诊断、油液分析和热学诊断等技术。随着非线性动力学理论的进一步发展，许多学者开始将其应用于滚动轴承的故障诊断中。非线性动力学分析可以捕捉到系统的非线性响应特征，因此能够提高轴承故障的检测效率和精度。
本文基于一种带有随机微小缺陷的滚动轴承的实际案例，采用ADAMS仿真软件建立了轴承模型并进行了模拟实验，在此基础上进行了振动信号的采集和分析，最终得出了故障状态下的非线性振动响应特征。
2. 非线性动力学建模
轴承的非线性动力学特征主要体现在多个方面，如轴承接触刚度的非线性、摩擦力的非线性、轴承内部结构的非线性等。因此，在进行轴承状态监测和故障诊断时应考虑到这些因素的影响。
在本文中，我们采用ADAMS仿真软件建立了一个基于球和轮道的滚动轴承模型，其中包括球与轮道的接触力矩、滚子的径向和环向运动、轴承接触刚度等因素。在此基础上，我们引入了一定程度的随机微小缺陷，模拟了轴承的故障状态。
3. 模拟实验
基于建立好的轴承模型，我们进行了模拟实验，并在实验过程中采集了轴承振动信号。实验中，我们通过设置相应的电机转速和负载等参数模拟了不同工况下的轴承状态，以便验证轴承模型的实际效果。
实验数据的采集和处理主要包括以下几个步骤：
1）通过振动传感器采集轴承振动信号。
2）对采集到的振动信号进行时域分析、频域分析和小波分析等处理，得到振动信号的频谱特征和时域特征。
3）根据频谱特征和时域特征，对轴承的工作状态进行识别，并判断是否存在故障。
4. 振动分析与故障诊断
根据上述模拟实验所得的振动信号，我们对轴承状态进行了进一步分析与诊断。通过频域分析和小波分析，我们发现在轴承故障状态下，轴承振动信号呈现出明显的非线性特征。
此外，我们对轴承在不同工作条件下的振动信号进行比较，发现在高负载下，轴承的振动信号更加明显地表现出了非线性特征。这说明轴承在高负载下更容易出现故障，并且非线性动力学分析能够提高故障检测的准确性。
5. 结论
本文通过建立滚动轴承的非线性动力学模型，结合ADAMS仿真软件进行了模拟实验，并对轴承振动信号进行了频域分析和小波分析等处理，发现轴承在故障状态下表现出了明显的非线性特征。这表明在滚动轴承的故障检测中，非线性动力学分析技术具有较高的应用价值。
另外，在进行轴承故障检测时，应注意不同工作条件下的轴承状态差异，以提高检测的准确性和可靠性。