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滚动轴承波纹度对齿轮动态传递误差的影响∗

摘要为了研究轴承波纹度制造误差对轴承-齿轮传动系统中齿轮动态传递误差的影响，构建了轴承滚道表面时变

波纹度误差表征模型，建立了考虑轴承内外圈滚道表面波纹度幅值、波数以及时变齿轮啮合刚度的轴承-轴-齿轮系

统耦合动力学模型，研究了齿轮传动系统支撑轴承内外圈滚道表面波纹度幅值和波数对齿轮动态传递误差的影响

规律。仿真结果表明：输入轴支撑轴承存在波纹度误差时，其外圈滚道波纹度对齿轮动态传递误差的影响大于内圈

滚道；输出轴非负载端支撑轴承存在波纹度误差时，其内外圈滚道波纹度对齿轮动态传递误差的影响相似；输出轴

负载端支撑轴承存在波纹度误差时，其外圈滚道波纹度对齿轮动态传递误差的影响大于内圈滚道。

关键词波纹度误差；滚动轴承；齿轮啮合；动力学模型

引言滚动轴承故障特征提取和故障诊断方法的研究，而

对滚动轴承及轮齿制造误差对齿轮传动系统振动特

齿轮传动系统异常振动是导致其轮齿及轴承元征影响规律的研究相对较少。

件发生故障的主要原因之一，研究支撑轴承诱发的笔者为了研究轴承波纹度制造误差对轴承-齿

齿轮传动系统异常振动特性可为系统运行状态的准轮传动系统中齿轮动态传递误差的影响，构建了轴

确监测与识别提供有益参考。国内外学者对不同误承滚道表面时变波纹度误差表征模型，建立了考虑

差诱发的齿轮传动系统的振动特征进行了大量研轴承内外圈滚道表面波纹度幅值及波数以及时变齿

［1］

究。Chen等研究了齿轮加工误差对风电行星齿轮啮合刚度的轴承-轴-齿轮系统耦合动力学模型，

［2］

轮传动系统动态特性的影响规律。Li等建立了主研究了不同转速和负载条件下支撑轴承内外圈滚道

动齿轮、从动齿轮、轴、电机和负载组成的4自由度表面波纹度幅值和波数对齿轮啮合动态传递误差的

［3］

动力学仿真模型。Ma等简化了轴承和轴的刚度影响规律。

及阻尼计算方法，研究了带有局部裂纹的4自由度

［4］

齿轮传动动力学模型。Parey等提出了含局部齿1动力学模型

［5］

缺陷的6自由度齿轮系统动力学模型。Omar等考

1.1滚动轴承波纹度误差模型

虑了扭转和横向刚度以及轴的阻尼影响，建立了9

［6］

自由度齿轮动力学仿真模型。Guo等提出了基于波纹度误差是滚动轴承部件表面不可避免存在

齿轮-转轴-轴承-箱体系统的有限元模型和集中参数的主要形状误差之一。滚动轴承滚道表面存在波纹

法振动模型。文献［7-8］建立了齿轮-转轴-轴承传动度时，波纹度不仅会引起周期性的位移激励，还会使

系统动力学模型，分析了轮齿修形对系统振动特性滚动体与滚道之间的接触刚度发生周期性变化，导

［9］

的影响规律。Gafsson等分析了外圈波纹度对滚致滚动体与滚道之间接触力周期性变化，造成滚动

［10-11］

动轴承系统振动谱的影响规律。Liu等研究了轴承及转子系统产生异常振动和疲劳破坏。图1为

滚动轴承滚道表面非均匀波纹度误差对轴承系统振