导读

近日，苏大故障诊断研究团队提出了一种考虑保持架非穿透性裂纹的轴承动力学模型。该工作以“Slippage and vibration characteristics of roller bearings with non-penetrating cage cracks”为题发表在机械故障诊断领域权威期刊《Mechanical Systems and Signal Processing》上（https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2026.113859），团队硕士研究生钱浩为第一作者。

该研究得到了国家自然科学基金面上项目(No.52275157, 52475116)、高端装备机械传动全国重点实验室开放基金(No. SKLMT-MSKFKT-202415)的资助。

研究背景

保持架是滚动轴承中结构最薄弱的关键部件之一，其早期裂纹故障往往具有隐蔽性强、激励幅值弱、特征难以提取等特点，严重制约了轴承健康状态的准确评估与早期预警，发现时往往已完全断裂。现有轴承动力学与故障机理研究主要集中于内外滚道及滚动体缺陷，对保持架故障的关注相对不足，尤其是早期非穿透性裂纹，其动力学作用机理和振动响应特征尚未得到系统揭示。同时，传统轴承动力学模型简化了保持架的作用，难以真实刻画裂纹条件下滚子—保持架之间复杂的径向、切向及自旋耦合接触行为，也难以反映裂纹对滚子滑移、内部载荷传递及外部振动响应的影响规律。为深入揭示保持架早期裂纹的动力学特性及其故障特征形成机理，有必要构建考虑非穿透性保持架裂纹的轴承动力学模型，并通过实验验证其有效性。

论文贡献

（1）建立了一种考虑保持架柔性与裂纹的二维轴承动力学模型。完整描述了滚子与保持架之间的径向—切向—自旋耦合接触关系，从结构与运动层面提升了模型的物理一致性。

（2）提出了一种适用于早期非穿透性保持架裂纹的等效建模方法。基于有限元方法计算裂纹工况下滚子—保持架径向/切向接触刚度及保持架单元连接刚度，并将刚度退化机制引入动力学模型，实现了任意形貌保持架裂纹影响的高保真刻画。

（3）系统揭示了保持架裂纹对轴承系统动力学行为的影响机理。分析了裂纹对滚子运动状态、打滑行为、保持架振动及内部载荷分布的作用规律，从机理层面解释了保持架早期故障特征的形成原因及传递路径。

（4）通过试验台架验证了所建模型的有效性。仿真结果与实验信号在频域特征上表现出良好一致性，验证了模型在保持架早期裂纹故障分析与诊断中的工程适用性。

部分图文一览

图1轴承动力学模型（原文图2）

图2 轴承部件受力分析简图（原文图3）

图3 保持架裂纹几何形貌及有限元计算简图（原文图4）

图4 保持架裂纹影响下外滚道的振动加速度及其包络谱（原文图10）

图5 滚子的公转及自转打滑（原文图15）

作者简介

钱浩，2001年生，2023年本科毕业于苏州大学轨道交通学院，现就读于苏州大学轨道交通学院硕士研究生，导师为朱忠奎教授。

引文格式

Hao Qian, Yifan Huangfu, Chuancang Ding, Juanjuan Shi, Weiguo Huang, Zhongkui zhu. Slippage and vibration characteristics of roller bearings with non-penetrating cage cracks[J]. Mechanical Systems and Signal Processing, 2026, 245: 113859.