角接触球轴承热力学耦合模型与分析方法

接触球轴承运行时,其力学性能与热态特性之间存在高度耦合与交互,轴承热预紧力在这一过程中起着桥梁连接作用。在研究角接触球轴承非线性力学性能与热效应耦合机制的过程中,分析了结合面接触热阻、油气润滑及周边组件换热等边界条件对轴承热态特性的影响,提出了一种角接触球轴承热力学耦合分析方法,并基于多软件协同计算平台建立了轴承热力学耦合模型。在轴承实验平台上,借助热巡检仪,利用轴承套表面开设的测温工艺孔实施了温度实验,对轴承热力学耦合模型的仿真计算结果进行了验证。该模型可用于预测角接触球轴承在不同转速下热预紧力的变化规律,分析比较热预紧力对轴承运行刚度的影响。     

定压预紧下角接触球轴承的动力学建模方法

针对定压预紧下的角接触球轴承在动态条件下的接触状态进行动力学建模.分析了定压预紧机理和受力特点,考虑了陀螺力和离心力的影响,基于Hertz接触理论,提出了一种角接触球轴承动态非线性模型的建模方法.通过对模型的数值迭代,确定了角接触轴承的动力学参数以及包括轴承内外圈在动态情况下的法向接触力、接触角、最大压应力、轴向位移、接触斑点和刚度值等动态接触参数集.设计了一个装有定压预紧轴承组的试验台,通过预紧力和转速调整,测量轴承在不同工况下内外圈的相对位移,与构建的模型进行了比对,验证了建模方法的正确性,为轴承生热量和疲劳寿命分析提供了理论依据.     

航天电连接器环境综合应力加速寿命试验与统计分析

在环境应力作用下，航天电连接器的主要失效形式为接触失效，影响航天电连接器接触寿命的主要是环境温度和振动应力.失效物理分析结果表明，在环境温度和振动应力的综合作用下，航天电连接器的失效物理方程为广义Eyring模型.按照航天电连接器的系统可靠性模型，利用极值分布理论推导出航天电连接器的寿命服从两参数的Weibull分布.根据基于均匀正交试验理论设计的综合应力加速寿命试验方案，通过对试验数据的统计分析，求得了Y11X系列航天电连接器在环境温度和振动应力综合作用下的可靠性指标.     

基于对数正态分布的VFD加速寿命试验研究

为了能在较短的时间内预测真空荧光显示屏（VFD）寿命，提出了一种加速寿命预测的试验方案.通过加大VFD灯丝应力温度，开展了两组恒定应力温度加速寿命试验和一组步进应力温度加速寿命试验.应用对数正态分布函数描述了VFD寿命分布，利用最小二乘法(LSM)估计出均值和标准差，完成了恒定及步进应力温度试验数据的统计和分析，并自行开发了寿命预测软件.数值结果表明，该试验方案是正确可行的，VFD的寿命服从对数正态分布，其加速模型符合阿伦尼斯方程，加速参数的精确计算使得快速估算VFD的寿命成为可能.     

基于加速寿命试验的摩擦焊接头可靠性研究

研究制定了双应力的电站锅炉蛇形管焊接接头的加速寿命试验规范，在此规范基础上，对大量的15CrMo和12Cr1MoV两种材料的摩擦焊接头进行了高温内压爆破持久强度试验，通过对试验结果的统计和分析，证明了各组合应力水平失效机理的一致性，并且得到了摩擦焊接头可靠度的计算模型。     

斜盘式轴向柱塞泵加速模型

针对斜盘式轴向柱塞泵多故障失效模式的特点,首先利用失效模式、影响和关键性分析(FMEA)方法识别柱塞泵中各组件单元的失效模式及影响,在此基础上通过分析影响失效率的应力因素,针对柱塞泵加速寿命试验(ALT)应力施加形式,建立了简化后的斜盘式轴向柱塞泵失效率模型,得到了斜盘式轴向柱塞泵的加速模型。     

Ⅱ型截尾步进应力加速寿命试验的优化设计

为在短时间内评价长寿命产品的可靠性指标,一般采用恒定应力、序进应力和步进应力等加速寿命试验法,以加速产品失效,估计产品指标.针对步进应力加速寿命试验,在多参数加速寿命方程下,以各失效机理对数均值渐进方差之和最小为目标,提出了Ⅱ型截尾步进应力加速寿命试验的优化设计模型,并通过理论推导,得到了相应的优化设计方案.获得了定数截尾步加试验在满足截尾数据单调的约束条件下,使对数均值渐近方差最小的优化设计方案为各应力下截尾数据相等的结论.该成果是对简单步进应力加速寿命试验的拓展和延伸,据此可指导和组织试验,提高评价结果的精度,在石油工程等领域中具有理论和实用价值.     

II型截尾步进应力加速寿命试验的优化设计

为在短时间内评价长寿命产品的可靠性指标,一般采用恒定应力、序进应力和步进应力等加速寿命试验法,以加速产品失效,估计产品指标。针对步进应力加速寿命试验,在多参数加速寿命方程下,以各失效机理对数均值渐进方差之和最小为目标,提出了II型截尾步进应力加速寿命试验的优化设计模型,并通过理论推导,得到了相应的优化设计方案。获得了定数截尾步加试验在满足截尾数据单调的约束条件下,使对数均值渐近方差最小的优化设计方案为各应力下截尾数据相等的结论。该成果是对简单步进应力加速寿命试验的拓展和延伸,据此可指导和组织试验,提高评价结果的精度,在石油工程等领域中具有理论和实用价值。     

基于热弹流的滤波减速器转臂轴承润滑性能分析

由于载荷、接触几何、粗糙表面、热效应等因素的影响,分析不同工作条件下滤波减速器转臂轴承工作界面润滑状态较为困难,为了研究转臂轴承润滑性能,本文建立了转臂轴承的热弹流混合润滑模型。以静力学和运动学建立滤波减速器转臂轴承(球滚动体-滚动轴承）力学模型,结合点接触热弹流混合润滑理论建立轴承热弹流润滑模型,使用离散卷积快速傅里叶变换方法求解弹性变形和表面温升,使用有限差分法求解雷诺方程和能量方程,分析轴承接触副物理尺寸、载荷、卷吸速度和接触副粗糙表面等外部工况对轴承润滑特性以及表面下应力的影响。从数值模拟结果中可以看出：较大滚动体半径有益于轴承润滑油膜形成,提高轴承的承载能力;不同的机械加工表面下接触副平均膜厚和温度随转速和滑滚比变化趋势相同;轴承接触副润滑状态从混合润滑进入全膜润滑状态,油膜内最大温升先减小后增大;提高机械加工表面光洁度有利于提高转臂轴承润滑状态,减小最大表面下应力,提高表面接触强度。本文建立的转臂轴承热弹流混合润滑模型可以模拟接触和流体动压润滑同时存在的混合润滑状态,可以反映转臂轴承在各种工作条件下润滑性能,可以进一步判断其工作效率和使用寿命。     

微斜面式重型静压轴承润滑油膜高速特性

针对重型装备制造业中大尺寸静压轴承高速运行易引起润滑失效问题,进行了变黏度条件下静压轴承高速运行时的楔形油膜润滑性能研究.该研究依据轴承润滑理论,推导出微斜面矩形腔流量方程、静压承载力方程以及不同转速和倾角影响的微斜面动压承载力方程,利用CFD原理和FLUENT软件仿真分析轴承在较高转速100、120、140、160、180、200 r/min下油膜润滑性能,揭示出较高转速工况对油腔压力、流体流速、涡度及流量的影响规律.最后,针对一定楔形高度、较高转速下的油腔压力进行了实验测量,对理论分析和仿真模拟加以验证.研究发现:平面油垫高转速下静压失效现象极其明显,本文微斜面式静压油垫在定载荷下能很好地补偿因轴承高速运行带来的静压损失,其轴承的动压补偿值域为16％～30％,且较高转速下轴承运行实验测量与数值模拟计算结果在规律上有较好的一致性.     

混合预紧下高速电主轴涡动频率的理论研究

为了有效预测并控制高速电主轴的支撑刚度和临界转速,建立了角接触球轴承在混合预紧机理下的数值计算模型,对主轴系统进行有限元建模,耦合轴承组模型与转轴模型构成转轴-轴承模型.通过对整体模型计算获得主轴系统的动态特性参数,将结果反代入整体模型,进而进行循环迭代,从而研究主轴涡动频率.制定转轴-轴承模型动力学计算流程,研究了电主轴在不同工况下轴承支撑刚度和涡动频率等动态特性.理论计算结果表明:与传统计算方法相比,所建模型计算电主轴在高速运转时的动态特性具有更高精度.采用合理的预紧方式和预紧力有利于提高主轴系统在高速运转时的临界频率.     

深沟球轴承动力学有限元仿真分析

摘要：考虑了钢球、套圈滚道和保持架的结构柔性变形和动态接触关系,在ANSYS／LS—DYNA中建立了深沟球轴承的柔性多体接触动力学模型,仿真分析了深沟球轴承的动力学特性,保持架的角速度和动态接触冲击应力的变化规律．将球轴承的保持架角速度、钢球公转和自转角速度等的仿真计算结果与理论计算值进行了对比验证,同时运用球轴承的振动固有频率的试验值验证了仿真结果．仿真结果表明,由于保持架和钢球的接触碰撞和打滑,在球轴承启动阶段,较大的加速度变化引起保持架较大的动态接触冲击应力,降低保持架的疲劳寿命,容易引起断裂失效．计算结果为球轴承动态设计和疲劳寿命提供了参考方法．     

凸凹接触式行星滚柱丝杠的啮合承载特性

为提高行星滚柱丝杠的承载能力,分析优化行星滚柱丝杠的螺纹牙型,提出一种基于凸凹接触的啮合方式。设计凹圆弧的丝杠和螺母牙型轮廓,基于空间啮合理论推导螺纹曲面方程、空间啮合方程,并基于赫兹接触理论和变形协调方程建立负载分布模型;采用数值计算的方法对啮合点位置、轴向间隙和接触应力进行求解,系统揭示了牙侧角、螺距等参数对啮合点位置、轴向间隙和负载分布的影响规律,并对比分析标准式和凸凹式行星滚柱丝杠的接触应力。结果表明:牙侧角对轴向间隙的影响最大,丝杠和螺母的凹圆弧半径变化对接触点位置和轴向间隙几乎没有影响,但对承载能力影响十分明显;与标准式相比,凸凹接触式行星滚柱丝杠的承载能力有较大的提高,丝杠和螺母凹圆弧半径越小承载能力提高越明显。本研究为研制高承载、高使用寿命的行星滚柱丝杠提供了优化设计和分析的依据。     

基于显式动力学及细化谱的滚动轴承故障诊断方法

为了探究滚动轴承早期故障动态演化规律,建立了滚动轴承典型故障三维有限元动力学模型.该模型以显式算法为基础,采用单点积分方式,在充分考虑轴承转速、负载、接触及摩擦的条件下,对滚动轴承内、外圈等典型故障进行了动力学分析.提取基于有限元动力学仿真的故障轴承加速度信号,采用希尔伯特包络解调并结合细化谱分析方法,提取故障轴承信号特征.分析结果表明:故障轴承条件下,轴承不同位置节点的振动响应均能体现故障特征;加速度响应信号在经过细化谱分析后能找到相应故障的特征频率,实现轴承典型故障的有效识别,为进一步探究轴承故障传递路径特性提供了可行的方法.     

深沟球轴承复合故障动力学特征

为提高状态监测水平,诊断和识别轴承的早期故障,降低因轴承故障导致的损失, 针对径向载荷作用下复合故障激励的滚动轴承振动机理的复杂性问题,基于Hertz接触理论,考虑复合故障、轴和轴承座与轴承之间的耦合激励、时变位移激励和滚动体滑动等因素,提出了4自由度复合故障深沟球轴承动力学模型. 模型描述了滚动体在滚道表面上的接触和运动,探究了轴承表面复合故障激励机理,分析了3种工况条件下滚动轴承复合故障对系统动力学振动响应的影响,为轴承状态监测和诊断提供了理论依据. 实验和模拟研究结果表明,复合故障的振动响应是由内、外圈单故障的振动响应耦合作用的结果,在频谱图中可以明显地分辨出内、外圈故障特征频率及倍频成分,与单故障相比较,其对应的幅值增大. 缺陷尺寸增大、转速增高和载荷增强均会使复合故障轴承的振动幅值增大,影响其运行状态,进而加速轴承的失效,降低轴承的使用寿命.     

高速冲击下人体颈椎与椎间盘接触应力分析

建立了人体头颈部有限元生物力学模型,并在颈椎与椎间盘问设置接触．以15g加速度裁荷施加于头颈部有限元模型的头部,进行高速冲击有限元分析,得出颈椎与椎间盘的接触应力分布情况．结果表明：高速冲击下C6、C7间易发生椎间盘突出;在头颈部有限元模型中设置接触奈件,可以更好地模拟头颈部的生理特性和动力学响应情况．     

高速铁路双块式无砟轨道车辆荷载动态传递特征

为研究车辆荷载在无砟轨道中的传递特征,建立车辆-双块式无砟轨道耦合动力学模型,对车辆荷载在无砟轨道主体结构内的动应力和振动加速度传递规律进行研究,并对行车速度、结构尺寸及层间接触状态等影响因素进行分析. 结果表明:车辆荷载的主承载区分布在道床板内,垂向动应力峰值在0.1 m深度之内衰减73%;车辆荷载的主振动区主要分布在道床板内并传递至支承层,垂向加速度峰值在0.1 m深度之内衰减89%;轨道结构动态受力及振动响应均随行车速度的增加而增大;适当减少轨道结构宽度,对其受力和振动特性影响较小. 无砟轨道结构层间插入隔离层,可减小轮轨动力响应及轨道结构动态受力,但结构层间垂向加速度明显增大,插入弹性层,可减小钢轨垂向加速度,但对轮轨动力响应、道床板和支承层动态受力及振动特性影响较小. 所得结论可为无砟轨道设计和优化提供理论参考.     

基于轴承运行刚度分析的超高速磨削电主轴动态特性

高速电主轴正朝着高速重载与超高速轻载的方向发展,其动态特性研究是电主轴开发的关键技术之一.主轴超高速运行时轴承刚度的确定是整个研究过程的难点所在.基于滚动轴承的拟静力学模型,计算轴承的动态刚度,并考虑转速、初始预紧力、热预紧力及油膜厚度对轴承刚度的影响,确定出轴承的运行刚度.再以轴承运行刚度作为主轴支撑刚度,建立面向高速电主轴动态性能分析的参数化有限元模型,对主轴动态特性进行分析.分析结果表明,初始预紧力、砂轮悬伸长度、前后轴承跨距、前轴承对间距及电机转子内径等参数是影响磨削电主轴动态特性的关键因素.