清华大学学报(自然科学版)

作者：倪文钧, 张长

单位：1. 青海大学 机械工程学院, 西宁 810016,2. 清华大学 机械工程系, 北京 100084

关键词：角接触球轴承,有限元仿真,复合故障,变分模态分解,特征提取

基金：青海省科技计划项目(2023-ZJ-735)

轴承复合故障严重影响设备的可靠性和使用寿命。为研究滚动轴承复合故障特性变化规律, 本文基于ANSYS workbench, 建立了角接触球轴承复合故障动力学仿真模型, 研究了不同转速下复合故障轴承的动态响应规律; 提出一种基于优化变分模态分解(VMD)的复合轴承故障特征识别方法, 能有效消除噪声对轴承故障特征提取产生的干扰。采用改进的北方苍鹰寻优算法对VMD的参数进行自适应寻参, 在确定最佳参数后对振动信号进行变分模态分解, 基于最大峭度原则对本征模态函数(IMF)进行信号重构后做频谱分析。研究结果表明：复合缺陷对滚动体和外圈的接触应力分布影响显著, 等效应力主要集中在凹坑缺陷的边缘; 滚动体通过外圈缺陷时会导致轴承内部局部的应力集中和释放, 应力会下降。改进的北方苍鹰寻优算法优化过的VMD可以有效提取轴承中的复合故障特征频率成分, 频率峰值清晰地对应了理论计算的故障频率, 准确率高于其他广泛使用的特征提取方法。

来源：2025年第2期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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