低噪音深沟球轴承振动特性研究

在滚动轴承动力学分析理论基础上建立含轴承零件工作表面波纹度的深沟球轴承动力学数学模型,并以某型号低噪音深沟球轴承为例,对不同结构参数、工况参数及谐波参数下低噪音深沟球轴承的振动特性进行理论分析。结果表明,合理选取径向游隙、内外沟曲率半径系数及保持架兜孔间隙等参数能使轴承本身达到减振降噪目的;振动值随轴承宽度增加逐渐减小;施加一定轴向载荷能有效降低轴承振动;存在的合理转速使用范围能有效降低轴承振动;内外滚道谐波阶次等于钢球数目整数倍时,轴承振动明显加剧;外滚道激励谐波对应的激励频率为kzfc,内滚道激励谐波对应的激励频率为kzfc+fs;偶次谐波阶次钢球表面波纹度对轴承振动有激励作用;轴承旋转套圈会激励更大的轴承振动值;瞬时载荷增加或瞬时速度提高均会致轴承振动增大。     

高速圆柱滚子轴承保持架振动特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了高速圆柱滚子轴承的动力学非线性微分方程组。采用预估-校正的Gear stiff(GSTIFF)变步长积分算法进行求解,分析了轴承工况参数与结构参数对轴承保持架振动特性的影响。研究结果表明:保持架在径向平面内的振动随着径向载荷的增加而减小,振动频谱中f_c,2f_c,3f_c对应的幅值随径向载荷的增加而减小,其5f_c及更高倍频处的幅值显著降低,甚至消失,而径向载荷对4f_c处幅值的影响较为复杂;随着轴承转速的增加,保持架在径向平面内的振动随之增加;随着轴承径向游隙的增加,保持架径向平面内的振动先迅速增加后缓慢增加;过大或者过小的保持架引导间隙和兜孔周向间隙都会增加保持架的振动,存在一个最佳的保持架引导间隙和兜孔周向间隙范围能够有效的降低保持架的振动。     

变参数下角接触球轴承保持架的稳定性与振动特性分析

保持架是角接触球轴承的重要元件之一,其引导间隙和兜孔间隙设计不合理会导致轴承运动失稳与共振。针对上述问题,在理论分析的基础上,结合滚珠、保持架和滚道之间的动态接触与变形关系,在ABAQUS软件中建立了7005型角接触球轴承的显式动力学模型,并提取了特定工况下该轴承内圈、保持架与滚珠的动态响应曲线;同时,研究了不同引导间隙和兜孔间隙下保持架的打滑率、质心涡动速度偏差比和各阶振动模态的固有频率。为了验证所建立的角接触球轴承显式动力学模型的准确性,对高速角接触球轴承各元件线速度的仿真值与理论值进行了对比。结果表明：随着引导间隙的增大,保持架的打滑率、质心涡动速度偏差比和各阶振动模态的固有频率均减小,保持架的稳定性增强,但共振风险增大;随着兜孔间隙的增大,保持架的打滑率增大,质心涡动速度偏差比变化不明显,各阶振动模态的固有频率减小,保持架的稳定性减弱,共振风险增大。高速角接触球轴承各元件线速度的仿真值与理论值的最大误差仅为0.099 6%,验证了所建立的显式动力学模型的准确性。研究结果可为高速角接触球轴承保持架的优化设计提供理论依据。     

保持架间隙对角接触球轴承保持架磨损的影响研究

保持架间隙是滚动轴承重要的结构参数之一,直接影响着保持架受力和运动,进一步影响保持架的磨损甚至轴承的寿命。在分析轴承保持架间隙与受力关系的基础上,定性分析间隙对保持架磨损的影响;在搭建滚动轴承试验器上开展了保持架间隙对角接触球轴承保持架磨损影响的试验研究;在相同试验条件下对采用不同引导间隙和兜孔间隙保持架的被试轴承进行试验,分析了保持架和钢球表面形貌磨损特征,对比不同保持架间隙(引导间隙、兜孔间隙)条件下保持架与钢球的磨损程度,获得保持架间隙对角接触球轴承保持架磨损的影响规律。试验结果表明,保持架间隙明显影响着保持架兜孔、引导面的磨损,增加引导间隙及兜孔间隙可以降低保持架引导面的磨损;研究成果为保持架间隙的设计与优化提供了理论参考和试验依据。     

高速角接触球轴承保持架不稳定运动机理分析

建立了球和保持架六自由度的角接触球轴承动力学为基础的磨损仿真模型。以某仪表转子轴承为算例,分析了不同载荷工况和保持架间隙比下保持架的运动,从球与保持架兜孔碰撞点位置、碰撞力的大小和频率等方面探讨了保持架不稳定运动的机理。发现在纯轴向载荷下,因球与兜孔碰撞点位置的不同,保持架会沿轴向摆动;轴向径向联合载荷作用下,因球的轨道速度随接触角变化,球与保持架碰撞力和频率都增加,导致保持架的运动不稳定;轴向和旋转径向负荷下,保持架兜孔间隙与挡边间隙比B/R1时,保持架质心运动轨迹接近于圆形,保持架的离心力作用于球上增大了球与兜孔的碰摩;间隙比大于1时,保持架质心轨迹为多边形或无规律涡动,引导挡边对保持架的约束减小了球与兜孔的相互作用,保持架兜孔的磨损率较低;圆形的质心轨迹是保持架稳定运动的一种状态,但从保持架磨损和能耗的角度看,对保持架的磨损寿命不利。     

高速球轴承冠形保持架振动特性研究EI北大核心CSCD

冠形保持架重心位置直接影响高速深沟球轴承保持架动态性能,进而影响轴承高速工作性能和使用寿命。针对一种新型深沟球轴承修形冠形保持架,给出了冠形保持架修形半径与其重心位置的关系式,结合滚动轴承动力学理论,建立了深沟球轴承非线性动力学微分方程组,采用预估-矫正变步长积分法对轴承非线性动力学微分方程组进行求解,在此基础上,对冠形保持架修形半径与保持架振动特性的关系进行了分析。研究结果表明:冠形保持架修形半径能改变保持架重心与保持架兜孔中心面距离,降低保持架运转过程的附加力矩,有效降低保持架的振动;过大或过小的修形半径不利于减弱保持架的振动,当高速球轴承保持架修形半径为8.3 mm时,保持架加速度级达到最小,此时保持架振动最低;随着轴承使用条件改变,保持架振动加速度级随径向载荷增加呈现先增大后减小趋势;此外,保持架振动加速度级随轴承转速增加而增大,在轴承运行速度不变的情况下,考虑选取合适的保持架修形半径达到减弱保持架振动的效果;当轴向载荷与轴承额定动载荷比值在0.6%~0.8%时,保持架振动结果较小且轴承寿命较高。     

高速机车牵引齿轮传动系统动态特性及非线性因素影响研究

综合考虑齿轮时变啮合刚度、齿面间隙、轴承游隙等多种非线性因素影响,并考虑高速机车齿轮传动系统三维空间五个方向的振动响应,建立高速机车齿轮传动系统弯-扭-轴-摆耦合多自由度动力学分析模型。对动力学方程进行无量纲化后,采用4阶变步长Runge-Kutta法对高速机车齿轮传动系统动力学模型进行求解得到高速机车齿轮传动系统时间历程曲线和幅频响应曲线。定量给出齿轮内部激励、齿面间隙、轴承游隙等参数等对高速机车齿轮传动系统的影响,为齿轮的动态优化设计和齿面侧隙、轴承游隙等参数的合理选择提供理论基础。     

高速脂润滑圆锥滚子轴承保持架动态稳定性分析

考虑脂润滑弹流润滑效应和挤压膜润滑效应,分析了保持架与轴承组件的多体接触作用关系,建立了计及润滑油膜等效刚度和等效阻尼的圆锥滚子轴承保持架全动力学模型。运用四阶Runge-Kutta方法计算分析了速度、载荷、预紧量等对保持架动态稳定性的影响规律,并对比分析了尼龙、钢和铜保持架的动态稳定性。分析结果表明:在平稳阶段,保持架与引导套圈接触力要远高于兜孔接触力,且保持架打滑率要低于滚动体打滑率;保持架和滚动体打滑率随轴承转速升高而增加,随载荷或预紧量的增加而减小;滚动体与兜孔间隙越小保持架动态稳定性越好,且兜孔接触力也越小;引导面间隙越小保持架与引导面的接触力越小,但保持架稳定性变差;在轴承转速分析范围内,尼龙和铜保持架的动态稳定性均随转速的提升而增加,在高速时钢保持架的稳定性要次于尼龙和铜保持架。     

高速圆柱滚子轴承保持架运行稳定性分析

基于滚动轴承动力学理论,建立了高速圆柱滚子轴承的非线性动力学微分方程组,采用预估-校正的GSTIFF(Gear stiff)变步长积分算法对其进行求解,使用盒维数评价保持架质心轨迹的混乱程度,研究了保持架间隙比、轴承转速、轴承径向载荷、轴承径向游隙以及滚子个数等因素对保持架运行稳定性的影响。研究结果表明:盒维数能够发现相似保持架心轨迹之间的差别,并对保持架稳定性进行量化描述;较大的保持架间隙比不利于保持架的稳定运行,存在最佳间隙比使保持架质心轨迹涡动效果最好,保持架运行最稳定;内圈转速较低时,保持架质心不发生涡动,质心轨迹非常混乱,保持架运行不稳定;随着转速、滚子个数的增加,保持架运行稳定性增加;随着径向载荷、径向游隙的增加,保持架运行稳定性先增大后减小。     

变工况下角接触球轴承保持架稳定性分析

复杂变工况条件下旋转机械系统中滚动轴承表现出复杂的动力学特性,更容易产生故障或破坏;考虑间隙碰摩、润滑拖动作用和多体动态接触关系,探索了变工况下球轴承多体接触动力学特性。基于套圈滚道圆环的几何结构方程,建立并实现了运转状态下钢球和套圈的三维接触力学模型和动态接触力的预测搜索算法;考虑钢球和保持架的三维动态间隙碰摩和润滑拖动作用,保持架和引导套圈的等效短滑动轴承的润滑拖动作用,建立球轴承多体接触动力学模型;运用广义-α方法计算分析了变工况下角接触球轴承的动力学特性和保持架运动稳定性,获得变预紧量、变速度、变载荷等工况下球轴承的三维空间运动轨迹、动态作用力、振动加速度及频谱等动力学响应。计算结果表明:内外圈均旋转时,由于启动加速过程中的速度和载荷冲击作用,球轴承存在较大的作用力和振动位移,稳定后的主振频率是自由旋转套圈的转速频率;预紧量的增加,保持架的振动位移仅在内圈受固定径向力作用时明显减小;旋转径向力作用时保持架中心的运动轨迹是近似圆柱面的涡动运动规律。     

滚动轴承稳定工况下的滚动体打滑动力学分析

打滑是造成滚动轴承表面擦伤甚至失效的重要原因,目前滚动轴承打滑的研究主要集中在恶劣工况,而对正常稳定工况下滚动体的打滑问题关注甚少。针对正常稳定工况下滚动体的打滑问题,考虑径向游隙、保持架兜孔间隙等非线性因素,基于线性压缩弹簧建立滚动体-保持架作用模型,采用分段线性函数描述摩擦因数与滑移速度的关系,建立滚动体打滑非线性动力学模型,分析滚动体在轴承运转过程中的打滑机理及工况参数对滚动体打滑的影响机理。研究结果表明:滚动体在承载区的前段存在急加速现象,存在相对较严重的打滑;滚动体与外圈的滑动相比内圈更严重;轴承转速的增加会增大承载区前段滚动体的打滑速度;载荷增加会降低滚动体打滑程度,缩小滚动体打滑范围。     

考虑多间隙的齿轮柔性转子耦合系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、轴承径向间隙,推导时变啮合刚度和时变轴承刚度,使用有限元法建立质量、刚度、阻尼矩阵并使用整体法组装,建立能够适用于复杂载荷的齿轮滚动轴承柔性转子系统非线性动力学模型。使用FPA修正法确定求解周期,采用Runge-Kutta法、Newton-Raphson法对非线性动力学方程组求解,求解最大Lyapunov指数判断系统的动力学行为。对动力学方程进行数值仿真,研究转速、齿侧间隙、转轴刚度、轴承径向间隙等参数对非线性动力学行为的影响。研究结果表明,随着齿侧间隙增大,齿轮系统会出现脱齿和挤齿现象,临界转速附近由拟周期运动进入混沌运动。随着转轴刚度降低,弯扭耦合振动临界转速减小,脱齿、挤齿和冲击现象逐渐减轻。随着径向间隙增大,轴承的非线性振动对系统的影响逐渐增大,轴承变刚度激励的幅值增大。     

动力传动机构四点接触球轴承的振动特性分析EI北大核心CSCD

针对动力传动机构四点接触球轴承的振动开展研究,建立了考虑润滑的四点接触球轴承振动分析模型,并以QJ214四点接触球轴承为例,对不同结构参数及工况参数下轴承的振动特性进行了理论分析。结果表明:四点接触球轴承径向游隙和滚动体数量越小,轴承振动越小;内、外圈沟曲率半径系数对轴承振动的影响较大,合理选择内、外圈沟曲率半径系数可以有效降低轴承振动;润滑剂可以缓和振动冲击,减小轴承的振动;对四点接触球轴承施加合理的轴向载荷可以降低轴承的振动。     

滚动轴承游隙振荡的试验研究EI北大核心CSCD

在进行某型航空发动机模拟试验时,发现了一种鲜见报道的转子-轴承系统振动幅值长周期变化现象。为探究该现象的成因,利用某型航空发动机模拟试验器对该现象进行了长时间测试和验证,试验揭示了该现象受转速、滑油流量和温度、载荷、轴承状态和游隙等因素的影响规律。在大量试验后,分解了试验器和轴承,并更换新轴承进行了重复试验。试验结果表明,该轴承的振动幅值长周期变化现象是轴承游隙引起的热-构耦合现象。其机理是游隙较大的轻载轴承打滑发热,引发轴承游隙周期性变化,导致转子振动出现振荡现象,该研究称其为滚动轴承的游隙振荡现象。该现象对轴承的散热状态和径向载荷较为敏感,主要发生在轴承工作载荷远远低于轴承额定载荷的情况下,可以通过改变供油条件或适当增加不平衡载荷的方式消除该现象。     

深沟球轴承三维非线性时变振动特性研究

为了深入揭示滚动轴承的振动特性,本文以深沟球轴承6304为研究对象,考虑轴承座和套圈变形对轴承振动的影响,建立了轴承-轴承座系统全柔体三维接触非线性动态有限元分析模型。针对轴承刚度的非线性特征,提出了轴承时变刚度计算方法,研究了转动过程中的滚动轴承刚度的时变特性。在充分考虑时变刚度、径向游隙以及非线性接触等非线性因素的基础上,对深沟球轴承进行了转动过程非线性数值仿真,获得了轴承内、外圈和滚动体等结构零件的振动加速度,并分析了轴承内、外圈和滚动体的时域和频域振动特征以及游隙对轴承振动特性的影响,为轴承的减振降噪和运行状态监测提供了理论分析依据。     

保持架组合引导对滚动轴承减振作用研究EI北大核心CSCD

保持架是滚动轴承的关键构件,然而当高速滚动轴承保持架的运动采用外圈引导时,保持架和外圈之间的接触碰撞会产生较大的振动。为了减小轴承振动,提出了保持架由外圈和滚动体组合引导的引导方式,设计了实现这种方式的外锁口兜孔结构保持架。该保持架的兜孔结构为:靠近兜孔外侧的部分为球形,且兜孔外端口的直径小于滚珠直径;靠近兜孔内侧的部分为圆柱形,且兜孔内端口的直径大于滚珠直径。建立了外锁口兜孔结构保持架由外圈和滚动体组合引导的力学模型,分别在不同转速、偏移量和接触状态条件下,比较分析了外锁口兜孔结构保持架与直兜孔结构保持架受到的沿其偏移反方向作用力的大小及规律。采用车削方法加工了外锁口兜孔结构保持架,通过试验验证了其减小轴承振动的作用。     

考虑滑动轴承时变动力学参数的齿轮系统建模及分析

为了对齿轮系统进行更加深入的研究,综合考虑时变轴承动力学参数以及动态齿侧间隙的影响,建立了齿轮系统动力学模型并进行了振动响应分析。以圆柱直齿轮为研究对象,将动压润滑轴承模型与齿轮啮合模型相结合,并计入动态齿侧间隙的影响,建立了系统的动力学微分方程。提出了一种齿轮-滑动轴承耦合系统的求解方法,分别研究了轴承间隙、齿侧间隙以及转速对系统振动响应的影响。结果表明:滑动轴承动力学参数的时变特性有助于改善系统的振动响应;在一定范围内增加轴承间隙以及齿侧间隙可以减小齿轮动态啮合力以及径向振动;随着齿轮转频的增加,系统的振动响应幅值减小,运动趋于平稳。     

圆弧兜孔圆柱滚子轴承的动态不稳定规律特性研究

以具有圆弧兜孔保持架的圆柱滚子轴承为对象,研究其高速轻载工况下滚子打滑和保持架涡动规律。利用牛顿-欧拉动力学及接触力学理论,建立了轴承的动力学模型,考虑滚子直径的加工误差,利用龙格库塔法对轴承进行了动力学数值仿真,分析了兜孔的弧面偏置角、弧面半径对滚子打滑和保持架涡动的影响规律,结果表明,高速轻载工况下兜孔的弧面偏置角、弧面半径对滚子打滑和保持架涡动的影响显著,当弧面偏置角为锐角且弧面半径显著大于滚子半径时,可有效抑制滚子打滑和保持架涡动。     

深沟球轴承在磨损条件下的动态特性研究

以6201轴承为研究对象建立一个4自由度的动力学模型。利用MATLAB和Runge-Kutta方法求解深沟球轴承的位移、速度及加速度的振动特性。通过计算滚动体通过外圈的频率理论计算值与模型的仿真值可知,理论计算值与仿真值具有较好的一致性。通过测振仪测量深沟球轴承的振动加速度值,测量值与仿真值相一致;利用此测量模型,进行研究磨损后径向游隙和波纹度对轴承振动的影响,结果表明,此方法是一种研究轴承振动非常有效的方法。     

含轴承倾斜不对中的行星轮系‑转子系统动态特性研究EI北大核心CSCD

针对某履带车辆汇流行星排传动系统支撑轴承存在的安装不对中问题,建立了含轴承倾斜不对中的行星轮系⁃转子系统动力学方程。理论推导了可考虑球轴承分别处于内/外圈倾斜不对中故障条件下的轴承力模型。将该模型与行星轮系集中质量模型以及转子有限元模型耦合,得到了行星排传动系统动力学模型。分析了轴承不对中对系统动态特性的影响,并讨论了滚道曲率半径和轴承间隙等参数对系统动力学特性的演变规律。结果表明,倾斜不对中使轴承接触力急剧增大;接触角、接触刚度、轴承间隙产生周期性波动;变柔度振动频率幅值增大,系统振幅降低。提高滚道曲率半径和轴承初始间隙会增大变柔度振动。但适当选择较大的轴承间隙,可抵消轴承安装不对中造成的不利影响。