四点接触球轴承内外圈沟道圆度误差对旋转精度的影响

以四点接触球轴承为研究对象,针对四点接触球轴承旋转精度开展研究,提出了同时考虑轴承内圈和外圈圆度误差的轴承旋转精度数值计算方法。以轴承径向跳动量描述轴承的旋转精度,根据四点接触球轴承的结构特点及运动关系,构建了轴承径向跳动的数学模型,并基于Matlab编写程序进行仿真计算。结果表明,内圈沟道谐波阶次不变时,轴承的旋转精度会随着谐波幅值的增大而降低;当内圈谐波阶次为3即内圈沟道廓形为三棱圆时,轴承径向跳动最小,轴承旋转精度最高;当外圈圆度误差谐波次数与钢球的个数存在整倍关系时,外圈的径向跳动最大,当外圈圆度误差谐波次数是钢球个数一半的奇数倍时,外圈径向跳动的值最小。     

载荷作用下滚道误差对轴承旋转精度的影响分析

根据圆柱滚子轴承各零件间的几何关系,推导出轴承几何协调方程,将几何协调方程与载荷平衡方程联立进行迭代求解,建立基于载荷平衡与几何协调共同作用下轴承旋转精度的数学模型,研究了内圈滚道圆度误差谐波幅值、谐波阶次对轴承内圈径向跳动的影响。研究结果表明:随着内圈滚道圆度误差幅值增大,轴承内圈径向跳动增大;当轴承径向载荷增大时,内圈径向跳动变小;随着内圈滚道圆度误差阶次的变化,轴承内圈径向跳动呈现出波动,波动程度与轴承径向载荷有关;当轴承滚子个数与内圈圆度误差阶次呈整数倍时,内圈径向跳动最大。     

圆柱滚子轴承旋转精度数值计算及试验研究

针对圆柱滚子轴承旋转精度,提出了轴承外圈径向跳动数值计算方法,并对外圈滚道形状误差进行了试验研究。根据轴承元件运动及几何关系,建立了轴承外圈径向跳动数值计算模型,分析了外圈滚道圆度误差幅值、圆度误差阶次、滚子个数以及径向游隙对轴承旋转精度的影响规律,并验证了模型的正确性。分析结果表明,外圈滚道圆度误差幅值对轴承旋转精度影响较大;当轴承外圈圆度误差阶次与滚子个数满足特定关系时,轴承旋转精度显著降低;对于外圈滚道圆度误差波形变化较剧烈的圆柱滚子轴承,滚子个数对其旋转精度影响较大。对轴承外圈滚道圆度误差试验研究结果表明,外圈滚道圆度误差服从正态分布;轴承外圈滚道圆度误差幅值随圆度误差阶次呈指数曲线变化;获得了外圈径向跳动与外圈滚道谐波分布参数的函数关系式,可用于外圈径向跳动的预测。     

圆柱滚子轴承径向跳动的仿真分析

根据拟静力学条件下轴承零件的几何协调关系和受力平衡方程,建立了圆柱滚子轴承径向跳动的数学仿真模型,并采用Nowton-Raphson法进行求解,分析了外圈滚道圆度误差幅值、谐波阶次及径向载荷、转速等工况条件对轴承径向跳动的影响规律。结果表明:随轴承外圈滚道圆度误差幅值和外圈转速的增大,圆柱滚子轴承径向跳动值增大;随外圈滚道谐波阶次增大,径向跳动值呈周期性变化;随径向载荷增大,径向跳动值减小。     

高速电主轴旋转精度控制与轴承沟道参数匹配

建立角接触球轴承套圈沟道轮廓圆度误差模型,考虑轴承圆度误差、谐波次数等沟道参数将轴承组与主轴装配,建立高速电主轴动力学仿真模型,分析了轴承沟道参数及预紧对主轴旋转精度的影响以及轴承公差等级与沟道参数的匹配,结果表明：随预紧量增加,主轴轴端径向位移减小;随圆度误差增大,主轴轴端径向位移增大;谐波次数也会对主轴轴端径向位移产生影响。分析了轴承沟道参数与公差等级的关系,以主轴旋转精度不超过4μm为例说明了不同预紧量下轴承沟道参数的匹配选择。并采用BVT-5轴承振动测试仪测量7010AC轴承外圈振动位移,验证了仿真模型的正确性。     

角接触球轴承外圈锁球高主动测量仪

角接触球轴承外圈锁球高在轴承结构中的作用是保证轴承在装配后内圈组件和外圈不会分离,从而保证钢球在运输和装机过程中不会散落。锁球高尺寸太大,轴承在装配热合时,由于外圈加热变形小,致使外圈锁球高所形成的锁口直径小于钢球与内圈沟道所形成的外复圆直径,这样就产生内圈组件强行压入外圈沟道内,因而挤伤钢球表面,严重地影响轴承噪声和振动值,降低了轴承使用寿命;锁球高太小,则外圈容易与内圈     

沟道表面波纹度对球轴承摩擦力矩影响的试验研究

在对沟道波纹度与球轴承摩擦力矩的关系进行试验研究的基础上,分别就外沟道表面波纹度的谐波幅值和谐波阶次对球轴承摩擦力矩的影响程度进行了分析,试验结果表明,在外沟道表面波纹度阶次一定的情况下,外沟道表面波纹度幅值只影响球轴承摩擦力矩波动的最大幅值,不会改变球轴承摩擦力矩最大波动值所对应的激振频率;球轴承摩擦力矩波动激励频率随着外圈沟道表面波纹度的谐波阶次增加而增加.     

无隙密珠轴承

由于钢球只有直径一项尺寸,而且按现代加工方法可以得到极高的几何精度和尺寸精度,因此在滚动轴承中,球轴承广泛应用于机床主轴支承和各种精密仪器;设备的主轴支承上。但是以往的保持器式球轴承,因结构关系,钢球数目不能多,这就使轴承在旋转时必然产生振动和噪声,且承载能力亦受影响。另外,调整向心推力球轴承的间隙和预紧力也相当麻烦。为了克服上述缺点,研制了无隙密珠轴承。 一 、结构 轴承结构如图1所示。外圈A外圆和内圈Ⅰ内孔均为圆柱面。在内圈和外圈的两列沟道上放置了支承钢球T,且它们是按某一接触角装配的。支承球被分离钢球t所…     

预紧力对轴承接触状态及电主轴回转性能的影响

高速电主轴角接触球轴承的性能由转速、支承刚度、旋转精度和摩擦生热等因素决定,这些因素都直接关系到轴承在轴向预紧力作用下的接触特性。研究了轴承滚动体与滚道在轴向预紧力变化下的接触特性。提出了一种利用开尔文四线法测定轴承不同轴向预紧力下接触电阻的新方法。结果表明,随着轴承轴向预紧力的增大,接触电阻呈非线性减小。对于角接触球轴承,当轴向预紧力大于一定值时,接触电阻趋向平稳,形成"L"型曲线。进一步研究了轴向预紧力对背靠背角接触球轴承对作为大型电主轴一端支撑的旋转精度的影响。研究表明,轴承外圈径向跳动随着轴向预紧载荷的增大呈现"降-升-降"的波动趋势,反映了径向游隙变化以及背对背轴承对隔离挡圈平行度误差对轴承外圈姿态变化的综合影响。本研究为角接触球轴承作为小型电主轴和大型电主轴的支撑进行轴向预紧时预紧载荷的优化提供了技术支撑。     

基于盒维数的保持架质心轨迹稳定性分析

利用ADAMS建立了参数化的角接触球轴承多体动力学模型,并在考虑轴承外沟道表面波纹度谐波阶次、球数以及不同零件表面波纹度对保持架质心轨迹影响的情况下,引入盒维数作为判断保持架质心混乱程度的依据,分析了零件表面波纹度对保持架质心轨迹的影响规律,结果表明,提高外圈表面波纹度谐波阶次和球数有助于改善保持架质心的稳定性,但相对于外圈而言,控制钢球和内沟道的形状误差效果会更为明显。     

双半外圈调心球轴承预紧力和预紧量的分析计算

预紧是保证轴承刚度和旋转精度的重要途径。为了保证双半外圈双列调心球轴承的预紧效果,对其预紧力的确定和预紧量的大小进行了分析计算。目前这种双半外圈双列调心球轴承在轴承分类中还没有,它结合了成对双联向心推力球轴承和双列向心调心球轴承的优点。既能实现大角度调心,调心角度达3°,又能进行轴向预紧。通过对这类轴承的力学分析,推导了轴向预紧力与轴承支撑负载的关系公式。预紧量是通过控制两个半外圈之间的隔圈厚度进行调节的,基于弹性接触理论,推导了轴承定位隔圈磨削量大小的公式。这种轴承在国家重大科技项目LAMOST天文望远镜像场旋转轴中得到应用,内径1100mm的轴承现场安装预紧调整后实测,在任意50°范围内（旋转轴工作范围）,轴系径向跳动小于0.02mm,端面跳动小于0.03mm。满足了LAMOST对像场旋转轴系刚度和旋转精度的要求。跟星实测像场旋转精度RMS值优于0.3″。     

基于滚动蠕滑理论的球轴承摩擦力矩计算方法

基于滚动接触蠕滑理论将球轴承滚动体与滚道的接触问题分解为法向赫兹接触子问题和切向粘滑子问题,提出了基于滚动接触蠕滑理论的球轴承摩擦力矩计算方法,揭示了球轴承滚动体相对内外滚道的滚滑粘着运动特性,解决了球轴承滚动体运动姿态难以确定的问题,为固体润滑/干接触条件下球轴承摩擦力矩的准确计算提供了理论依据。在轴向载荷作用下对采用PTFE保持架全陶瓷Si₃N₄/GCr15/不锈钢球轴承进行摩擦力矩试验,试验结果与计算结果对比表明,球轴承蠕滑分析模型能够得到比较准确的摩擦力矩计算结果,比不考虑滚动接触区粘滑效应的切片离散化模型更准确。     

高速角接触球轴承中的冲击滑动研究

高速角接触球轴承中,球与保持架的碰撞会导致球与滚道的冲击滑动,从而引起滚道划伤和轴承早期失效。为探究球与保持架的冲击碰撞导致的瞬时滑动,以某高速角接触球轴承为研究对象,通过对联合载荷下角接触球轴承的动力学仿真,分析了变速工况及保持架结构参数对球与保持架的冲击碰撞、球与滚道的冲击滑动以及零件磨损率的影响。结果发现,加减速及恒定转速下,球与保持架的运动呈现周期性变化;由于球进入和离开径向载荷区域时公转角速度的变化,球与保持架碰撞并导致球相对内、外圈滚道发生冲击滑动;为适应球公转角速度的变化,适当增大兜孔间隙,可以减小球与保持架兜孔碰撞力的大小和频率,从而减小球与滚道的冲击滑动以及保持架的磨损率。     

双半外圈调心球轴承预紧分析及在工程中的应用

为了保证双半外圈双列调心球轴承的预紧效果,对其预紧力的确定和预紧量的大小进行了分析计算。这种轴承结合了成对双联向心推力球轴承和双列向心调心球轴承的优点,既能实现大角度调心,调心角度达3°,又能进行轴向预紧。通过对这类轴承的力学分析,推导了轴向预紧力与轴承支撑负载的关系公式,而预紧量是通过控制两个半外圈之间的隔圈厚度进行调节的。基于弹性接触理论,推导了轴承定位隔圈磨削量大小的公式。将轴承用于LAMOST天文望远镜像场旋转轴中,对内径1100mm的轴承现场安装预紧调整后进行实测。测量结果表明,在任意50°范围内(旋转轴工作范围),轴系径向跳动0.02mm,端面跳动0.03mm,满足了LAMOST对像场旋转轴系刚度和旋转精度的要求。跟星实测像场旋转精度RMS值优于0.3″。     

Stability Analysis of Floating Ball Bearing

Conventional disk drive motors supported on ball bearings (BBs) cause nonrepeatable runout (NRRO) due to the surface imperfections on balls and raceways. NRRO is a source of track misregistration between head and disk that inhibits high track density in a hard disk drive. Fluid dynamic bearings with herringbone grooves either on the rotating or stationary surfaces are a suitable replacement for conventional ball bearings. Herringbone grooved bearings have considerably lower noise level than ball bearings and have better stability compared to plain journal bearings at concentric operating position. However, herringbone-grooved patterns are difficult to manufacture because groove depth is of the order of bearing clearance. The major limitation of the BBs is the direct contact between the rotating and stationary parts and also lack of damping effects. This present work attempts to overcome these drawbacks in BBs by eliminating the metal-to-metal contact using a layer of fluid film, and a theoretical analysis of stability characteristics of a floating BB is presented. Results indicate that there is an improvement in the stability of floating BB rotor systems with increase in outer to inner film clearance ratio (β) from 0.7 to 1.3, and with decrease in ratio of outer race radius to inner race radius (δ) from 3.0 to 1.2.     

角接触球轴承流固耦合仿真分析

角接触球轴承在运行过程中的润滑状况至关重要,润滑油直接影响滚动轴承的接触状态。为分析角接触球轴承的润滑状况以及考虑润滑时轴承的机械特性,基于有限元和晶格玻尔兹曼方法,建立了双向流固耦合轴承仿真模型,对角接触球轴承进行动力学有限元仿真和润滑流体仿真,并与轴承拟静力学理论计算结果进行对比,验证模型的准确性。分析结果表明,保持架与滚珠接触并撞击,在轴承腔内油膜压力最大,滚珠与内圈、外圈滚道接触区分别为第二、第三大油膜压力区。润滑油受滚珠公转影响,沿着滚珠转动方向流动,实现对滚珠与内圈、外圈和保持架之间的润滑。滚珠运动和最大接触应力仿真结果与轴承拟静力学理论求解结果一致,即流固耦合仿真模型计算轴承机械特性具有较高的准确性。     

Quasi-static Analysis of Thrust-loaded Angular Contact Ball Bearings Part Ⅱ:Results and Discussion

Ball bearings are widely employed mechanical components characterized by high precision and quality,and usually play important roles in various rotary machines and mechanisms.Many advanced applications require a deep understanding of their various kinematic and tribological characteristics that are essential to predict the fatigue endurance,relieve the vibration and minimize the power dissipation of ball bearings in particular applications.An angular contact ball bearing under a specified operating condition is simulated with the quasi-static/creepage analytical model proposed in the preceding article.The results demonstrate that the ball bearing is a statically determinate system.That the balls spin on both inner and outer races means the ball is controlled by neither the inner nor the outer raceway.The friction between the ball and raceway renders the inner and outer contact angles unequal.The larger the coefficient of friction is,the larger the angle deviation.The tangential traction perpendicular to the rolling direction due to the spin induces a gyro-like rotation of the ball with respect to the raceway even if no inertial effects are considered.The tangential elastic compliance of contacting surfaces gives rise to locked areas within the contact patch and transforms the sliding lines from circles into spirals.The differential slip due to the close conformity of the ball and raceway makes the sliding and traction distributions asymmetric,which will influence the location of the spinning center of the ball with respect to the raceway.The quasi-static/creepage model can be used to reveal the operating behaviors of ball bearings running under steady conditions and to optimize the design of ball bearings for specific applications.     

Multibody contact dynamics on mechanisms with deep groove ball bearing joints

The dynamics of ball bearings are important to fatigue breakage, dynamic performance and motion precision of mechanisms connected by ball bearings joints with multi-clearances. In this study, a new method is proposed for multibody dynamics analysis on mechanisms under the effects of radial internal clearances and impact of balls/cage pockets interactions of ball bearings. Including balls/rings interactions and balls/cage pockets interactions, the three dimensional dynamics models of the crank slider mechanism are established and calculated by generalized-α algorithms on the basis of Hertzian contact theory and penalty function method. The rules of eccentric trajectories of inner and outer ring center for one ball bearing joint are verified with the results calculated by XU’s references. The results of dynamic errors, motion trajectories, dynamic forces are achieved under different speeds, radial clearances and number of ball bearings. The speeds and radial clearances are critical to the dynamic performances and motion precision of mechanisms, especially the number of ball bearings. The number of ball bearings is important to impact force and motion stability of the mechanism.