王晓洁

（烟台市芝罘区环境卫生管理中心，山东烟台 264010）

0 引言

在航空发动机、高速线材轧机等典型的高转速设备中，滚动轴承有重要的支撑作用，是机械系统最薄弱的环节之一。一旦轴承发生故障，则整台设备的稳定运行乃至安全性、可靠性都会受到显著影响。

对于滚动轴承的故障机理研究，主要包括静力学和动力学两种分析方法。多年以来，国外学者，如ZekiKiral、N.Sawalhi等，都在轴承的动力学建模以及故障信号分析方面做了大量工作[1-3]。而国内学者，如陈长征、张乐乐也在同一领域获得了重要的研究成果[4-7]，在无论是轴承的静力学分析还是动力学仿真方面，都取得了很大进展。

滚动轴承的故障机理，特别是高速轴承的故障机理，还有许多不甚完善的地方，亟需从理论上加以补充。本文利用ABAQUS有限元仿真平台，在完成轴承动力学分析的基础上，获得了轴承在缺陷激励下各个部件的时、频响应特性。

1 有限元模型的建立

本文的研究对象为6307 深沟球轴承，极限转速10 000 r/min。综合考虑轴承的应力分布、接触特点等因素，本文采用8 节点线性六面体减缩积分单元C3D8R 划分网格，获得单元总数71 358，节点总数为90 224（图1）。滚动体球心采用解析几何体，不仅减少单元总数，还可以避免小尺寸单元影响计算时间、增加稳定性。

图1 6307 轴承的有限元模型

根据轴承的实际运行情况，模型的约束条件如下：限制内圈轴向运动，加载旋转角速度1000 rad/s，Z 方向加载1 kN 径向载荷，约束外圈外表面节点，约束保持架绕X 轴和Z 轴的旋转自由度，约束滚动体绕X 轴和Z 轴的旋转自由度。……