中大型圆柱滚子轴承柔性保持架动力学分析

基于多体动力学法和ADAMS建立了考虑柔性保持架的中大型圆柱滚子轴承刚柔耦合多体接触动力学模型,定义了滚子、保持架与套圈的动态接触关系,分析了载荷和转速对圆柱滚子轴承动态特性的影响。结果表明:随转速增大,滚子与内圈滚道和外圈挡边的接触力增大,保持架与套圈引导面的接触力增大,保持架打滑率减小;随径向载荷增大,滚子与内圈滚道的接触力增大,滚子与外圈挡边的接触力无变化规律,保持架打滑率减小。     

界面滑移对圆柱形凹坑织构滑动轴承摩擦力的影响

为研究不同的滑移情况对圆柱形凹坑织构滑动轴承摩擦力的影响,建立含有圆柱形凹坑织构的滑动轴承在不同界面滑移状态下的摩擦力计算模型,探究影响织构化滑动轴承摩擦力的参数,并借助ANSYS分析不同滑移情况下界面滑移对圆柱形凹坑织构滑动轴承摩擦力的影响规律。结果表明:织构化滑动轴承的摩擦力主要是由轴颈线速度、油膜滑移比、轴承的进出油口压力、织构处油膜压力、织构深度、油膜厚度和承载力决定;不同滑移情况下织构模型的摩擦力均小于无织构模型;且在上下表面均滑移时,圆柱形凹坑织构在出口位置时表现出最优的承载和减摩效果;适当地增加圆柱形凹坑织构的深度可以改善模型的摩擦性能,但是过深的凹坑织构并不能发挥出其性能。     

圆锥滚子轴承挡边弹流润滑的数值解

符号说明　ａ接触椭圆长轴半径,ｍｂ接触椭圆短轴半径,ｍｄｍ轴承节圆直径,ｍＤｗ滚子直径,ｍＥ综合弹性模量,Ｐａｈ油膜厚度,ｍｈｖ挡边与滚子端面接触点高度,ｍＨ无量纲膜厚ｐ油膜压力,ＰａｐＨ最大Ｈｅｒｔｚ压力,ＰａＰ无量纲压力Ｒ综合曲率半径,ｍα压粘系数,ｍ2/Ｎη润滑剂粘度,Ｐａ·ｓρ润滑剂密度,ｋｇ/ｍ3本文将弹流理论应用于圆锥滚子轴承挡边润滑膜的计算,对套圈斜挡边与滚子球形端面的接触状态进行模型简化,通过对直接迭代法[1]的改进,将Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程与弹性变形方程部分地融合为一体,使Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程等号右端只…     

凹坑型织构对81107-TN推力圆柱滚子轴承干摩擦性能的影响

为深入研究凹坑型织构对滚动轴承"外圈-保持架-滚动体-内圈"系统摩擦磨损性能的影响,以81107-TN推力圆柱滚子轴承为研究对象,通过在轴圈滚道表面制备凹坑型织构,在MMW-1A型万能摩擦磨损试验机上进行试验,揭示了不同凹坑直径(200,250,300μm)和深度(4,8,12μm)时轴承的干摩擦磨损行为,同时,结合试验前后滚道磨损表面的表征,探讨了凹坑型织构对推力圆柱滚子轴承摩擦磨损性能退化的影响。结果表明:凹坑织构化试验过程中在滚道表面形成一层尼龙膜保护接触面,减少轴承磨损量;但织构轴承的摩擦因数与无织构轴承的相近,甚至更大;当凹坑直径为300μm、深度为8μm时,与表面无织构轴承相比,织构轴承具有优异的耐磨性,磨损量可减少61.57%。     

基于弹流润滑的圆锥滚子球基面曲率半径优化设计

根据圆锥滚子轴承的运动学原理,建立圆锥滚子球基面-内圈大挡边的运动学模型,得到圆锥滚子的自转速度、公转速度和圆锥滚子球基面-内圈大挡边接触区域的卷吸速度分布;建立圆锥滚子球基面-内圈大挡边弹流润滑的数学模型,计算分析在不同载荷和卷吸速度作用下,圆锥滚子球基面曲率半径对油膜厚度和摩擦因数的影响规律,并得到载荷与速度对圆锥滚子球基面最优化曲率半径的影响规律,即当其他工况条件不变时,圆锥滚子球基面所承受的载荷越大,其最优化的曲率半径就越大;速度越高,最优化的曲率半径则越小。     

织构分布对动压滑动轴承油膜压力的影响

以动压滑动轴承为研究对象,根据流体动压润滑原理,建立圆形微凹坑织构化动压滑动轴承油膜数学模型,推导织构化滑动轴承油膜厚度修正公式;结合Reynolds方程有限差分法的求解方法,分析全织构和织构化参数(间距、深度)对动压滑动轴承圆周方向压力分布的影响。结果表明:分布在轴承上的全织构会引起油膜压力的变化;织构位于不同的位置时对圆形微凹坑织构滑动轴承的油膜压力的影响是不同的,对于不同间距和深度的织构,当织构位于升压区时,动压滑动轴承具有较好的润滑、承载性能,而织构位于降压区和全织构时不利于轴承承载。     

滚子偏斜工况下的圆柱滚子轴承弹流润滑分析

以存在滚子偏斜工况的圆柱滚子轴承为研究对象,基于轴承拟静力学模型与有限长线接触弹流润滑模型建立圆柱滚子轴承弹流润滑理论计算模型,并基于力学特性分析工况参数对圆柱滚子轴承滚子与滚道接触区域润滑性能的影响,结果表明：力矩载荷作用后,油膜压力与油膜厚度呈非对称分布;力矩载荷越大,油膜压力和油膜厚度的偏斜程度越明显,易导致轴承润滑性能恶化;径向载荷和内圈转速越大,油膜压力偏斜程度越小。     

考虑滚子表面缺陷的滚动轴承动态微观润滑研究

滚动轴承中,滚子表面材料的剥落或是黏附会引起失效。为研究轴承滚子-套圈间的表面缺陷效应,基于缺陷滚子的有限长线接触问题,建立了动态微观弹流润滑模型,给出了表面凸起和凹坑两种点缺陷,分析了滚子表面缺陷对轴承润滑性能的影响,比较了缺陷滚子与内外圈接触时的润滑特性、时变解与准稳态解的差别,并讨论了缺陷尺寸和形状。结果显示,滚子的表面缺陷进入Hertz接触区,将显著影响润滑特性:凸起缺陷处油膜压力升高、油膜减薄,而凹坑缺陷处油膜压力和厚度均增大;当凸起缺陷位于出油口颈缩位置时,产生最大的油膜压力和最小的油膜厚度,润滑特性较差。与外圈的润滑特性不同,缺陷滚子与与内圈接触时油膜更薄,压力更高。与时变解相比,准稳态数值解油膜压力更低,而油膜更厚,在表面凸起位置尤甚,因此,不能用准稳态数值解代替时变解。研究同时表明:缺陷尺寸和形态对润滑性能影响显著。     

人工髋关节微织构减摩性能及织构参数优化

为改善钛合金TC4人工髋关节假体的耐磨性,用激光在钛合金试样表面构造出不同参数的圆形凹坑;采用单因素试验利用接触角测量仪以及摩擦磨损试验机,研究微织构参数对接触角和摩擦因数的影响;采用响应面法建立凹坑直径、深度、面积率与接触角、摩擦因数间的二次回归模型,得出最优织构参数。结果表明:在给定的织构范围内随着凹坑直径的增加、深度的减小、面积率的减小,钛合金的表面接触角均减小;在选取较小的凹坑深度、合适的凹坑面积率和凹坑直径时,可以有效降低钛合金的摩擦因数,且凹坑直径和凹坑面积率的交互作用对摩擦因数影响最显著;优化得到的织构最优参数为直径230μm,深度10μm,面积率14%。试验结果与二次回归模型预测值有较高的一致性,说明建立的二次回归模型具有较高的可靠性。     

计入表面微凹坑的动压轴承特性研究

以计入表面微凹坑的动压滑动轴承为研究对象,基于凹坑流量平衡建立了油膜特性数学模型,采用差分法离散求解得到了轴承静、动特性及稳定性参数随微凹坑深度、面积率、形状和排布方式的变化规律,对比了光滑表面的轴承特性计算结果.结果表明,凹坑形状、分布、尺寸等因素显著影响油膜承载力、流量、偏位角、平均温升等静特性参数和刚度、阻尼等动特性参数;其中,最优的微凹坑深度使得油膜承载能力最大提高了15.3％,失稳转速最大提升了6.9％.针对计入表面微凹坑动压轴承的研究具有参考价值.     

表面织构排布形式对其润滑特性的影响

建立不同排布形式表面织构的几何模型,基于N S方程并采用CFD方法分析其油膜压力分布,并考察其流场流动情况和不同间距对承载能力的影响。结果表明,不同排布形式的表面织构对润滑特性有很大的影响,其中,交错排布的表面织构具有最高的承载力。微凹坑之间存在最优间距,使其所产生动压效应的作用发挥得最充分。交错排布的微凹坑织构最优面积率比均匀排布的微凹坑织构有了很大的提高。     

滚子轴承挡边—滚子端面润滑分析

根据流体润滑理论，本文建立了滚子轴承挡边－滚子端面润滑，并编制了有限元计算程序，文中详细分析了端面形状，偏斜角，挡边支托角，间隙等因素对油膜压力的影响。并对滚子偏斜稳定性以及轴向窜动问题作了初步探讨。     

考虑表面张力影响的表面织构最优参数分析*

采用基于N-S方程的CFD方法模拟了圆凹坑形织构深度和面积率与油膜附加承载力的关系,同时考察表面张力对油膜承载力的影响。通过神经网络非线性映射功能,拟合油膜附加承载力和油膜自身承载力计算结果,再利用粒子群优化算法优化织构深度和面积率并加以试验验证。结果表明：使油膜附加承载力达到最大时,最优织构深度与油膜厚度相关,其比值(织构深度/油膜厚度)约为1.0,最优面积率约为45%。考虑表面张力时,使油膜总承载力达到最大时的最优织构深度和面积率分别为2.5~7.5 μm和45%。对比两部分优化结果可知,是否考虑表面张力不影响最优面积率的确定,但影响最优织构深度的确定。从织构深度和面积率的优化结果发现,不同承载力作用下选择不同织构参数,可取得较小的摩擦因数,并通过试验验证,优化结果合理、正确。     

风力发电机组双列圆锥滚子轴承载荷分布及寿命计算

针对传统双列圆锥滚子轴承内部载荷计算模型中未考虑挡边变形、轴承径向游隙的问题,提出一种基于坐标向量模拟轴承内圈、滚子变形及接触点位置的方法,通过坐标变换来反映滚道与滚子接触变形,在模型中考虑了挡边变形、轴承游隙。通过建立滚子和外圈的静力学平衡方程及变形方程求解滚道载荷分布情况,在此基础上给出了寿命计算方法。并以某风力发电机用双列圆锥滚子轴承为例分析,得到了载荷分布情况,该类轴承径向游隙为-0.18~-0.15 mm时寿命满足要求。     

不对中径向滑动轴承微凹槽织构数值分析

为研究凹槽位置、深度、倾斜角和面积率等因素对不对中径向滑动轴承摩擦学性能的影响,基于Reynolds方程建立滑动轴承的摩擦润滑数学模型,采用有限差分法迭代求解不同凹槽微织构参数影响下的油膜压力,计算不同织构参数下轴承的承载力、摩擦力和端泄流量等。计算结果表明:凹槽微织构分布在升压区且轴向占比约50%时轴承承载力较高;相比于光滑轴承,微织构轴承的摩擦力更低,且凹槽的轴向占比和深度越大摩擦力越小;微织构对轴承的承载力具有削弱和增强的双重可能,存在最优的凹槽周向和轴向占比、深度和倾斜角使得轴承在较小摩擦力下具有更高的承载力;凹槽微织构的面积率与轴承承载力和摩擦力呈线性相关;轴承的不对中程度越小时,在光滑轴瓦表面加工合适参数的微织构时越有利于提高轴承的摩擦学性能。     

滚滑比对滚动轴承摩擦性能的影响研究

采用多重网格法进行了非牛顿流体的等温线接触弹流润滑和线接触热弹流润滑的数值计算,分析了热效应和不同圆柱滚子转速下的滚滑比对滚动轴承的圆柱滚子-轴承内圈摩擦副的油膜厚度和压力分布的影响;基于滚滑摩擦基础性能试验台,进行了试验并研究了不同圆柱滚子转速下滚滑比对圆柱滚子-轴承内圈摩擦副摩擦性能的影响。结果表明:滚动轴承的圆柱滚子-轴承内圈摩擦副的油膜厚度随着滚滑比的增大不断减小,随着圆柱滚子转速的增大不断增大,且线接触热弹流润滑工况下的润滑油的油膜厚度明显小于等温线接触弹流润滑工况下的油膜厚度;随着圆柱滚子转速的增加,油膜压力不断降低,当圆柱滚子转速较大时,油膜压力受转速影响较小;在不同的圆柱滚子转速下,圆柱滚子-轴承内圈摩擦副的摩擦系数随着滚滑比的增大而增大。     

表面织构分布参数对流体动压润滑的影响及其数值优化

为获得最优的表面织构分布参数,以球冠凹坑织构模型为研究对象,选择不等边的矩形计算控制单元,建立水平和垂直分布距离(密度)不等的表面织构分布模型。根据流体动压润滑原理,基于Navier-Stokes方程建立二维Reynolds方程,并通过多重网格方法进行求解,以平均油膜压力和油膜压力峰值作为动压润滑性能的评价指标,研究表面织构分布间距对油膜压力数值大小和油膜压力稳定性的影响,并研究表面织构分布间距对油膜压力的影响机制。结果表明:控制区域平均油膜压力随凹坑控制单元边长的增大先逐渐增大再缓慢减小,当织构单元边长为凹坑半径的3.4倍,长宽比为0.82时,可以获得最优的油膜承载力;适当增大边界凹坑的控制单元,使边界处凹坑左右侧间距都在凹坑半径的3.4倍左右时,可以有效地提升油膜压力稳定性;泵吸作用和影响区域占控制区域比率的变化导致表面织构分布间距对油膜压力产生了影响。     

凹槽型织构对钻头滑动轴承表面摩擦学性能影响分析

基于雷诺方程建立表面织构化滑动轴承润滑理论模型,探究不同织构参数(分布角度、深度、面积比、偏斜角度、长度)对钻头滑动轴承承载力和摩擦因数的影响规律.在油膜收敛和最小油膜厚度附近区域布置织构,有利于增加轴承表面润滑性能,而织构布置在油膜发散处反而会减小轴承承载力,增大摩擦因数.织构的最佳织构深度与轴承的工况相关,不同偏心率条件下最优织构深度不同,轴承所承载的载荷越大,凹槽型织构化轴承的最佳织构深度越深;摩擦因数随织构面积比的增加先增大后减小,当面积比为18％时,摩擦因数最小.织构深度对织构偏斜角度的影响较小,轴承摩擦因数随偏斜角度的增加逐渐减小;织构长度为轴承宽度的1/2时,轴承润滑效果最佳.     

考虑粗糙度影响的微凹坑织构化机械密封润滑性能的数值模拟

采用正弦粗糙峰表征粗糙表面,建立了织构化粗糙机械密封端面流体动压润滑模型,研究了粗糙度、微凹坑织构几何参数对润滑性能的影响。结果表明:利用数值分析方法研究微凹坑织构对机械密封流体动压润滑性能影响时,不能忽略粗糙度、微凹坑之间的相互影响和边界压力的影响;存在最佳的微凹坑深度和面积密度使织构机械密封端面的流体动压润滑效应达到最佳。     

轴向载荷下圆柱滚子轴承滚子端面与挡边接触位置的多目标模糊优化设计

对轴向载荷下的圆柱滚子轴承滚子端面和挡边的接触位置进行分析,建立以油膜厚度、接触应力和变形量为目标的多目标优化模型,用模糊优化法求解,最终得到最佳位置参数。