主动磁悬浮轴承系统保护轴承热特性研究及减摩设计

针对主动磁悬浮轴承系统(AMBs)转子跌落过程中转子与保护轴承碰摩产生巨大冲击、振动和大量摩擦热,易使保护轴承失效的问题,对立式转子跌落到保护轴承过程中的热特性进行了研究,分析了转子跌落对保护轴承造成破坏的主要影响因素,进而提出了一种采用磁控溅射技术在保护轴承关键表面沉积固体润滑薄膜(类石墨碳基薄膜,GLC)的减摩方法,并对镀膜、未镀膜的保护轴承进行了转子跌落试验。研究结果表明：跌落转速为20 000 r/min时,保护轴承的最高温度为210.60℃,出现在转子与轴承内圈端面高速碰摩阶段,该温度超过了轴承钢160℃的回火温度,导致轴承烧伤而失效。在跌落试验中,镀有GLC薄膜的自润滑保护轴承试验后的沟道和端面外观明显优于未镀膜保护轴承,由碰摩发热导致的内圈端面硬度下降也较轻,质心轨迹和轴向位移更加平稳,温升更低,GLC薄膜起到了关键的自润滑和减摩功能,提高了保护轴承的使用寿命和服役可靠性,为解决主动磁悬浮轴承系统中保护轴承易失效而发生重大事故的问题提供了一种思路和方法。     

滚动-滑动一体式辅助轴承初步仿真研究

辅助轴承主要用于电磁轴承失效时的临时辅助支承,滚动轴承和滑动轴承是常用的辅助轴承,但滚动轴承存在承载能力低,滑动轴承存在摩擦较大和难以控制发热等问题。通过总结新型辅助轴承的研究现状,提出一种新型滚动-滑动一体式辅助轴承设计方案,并利用有限元方法及分析软件LS-DYNA,对其承受冲击载荷及转子运行状态进行初步仿真研究。仿真结果表明:滚动滑动一体式辅助轴承相比普通滚动轴承能有效降低转子跌落期间高速转子对辅助轴承的冲击;在假设转子平衡状态下,初始转速对新型滚动滑动一体式辅助轴承跌落冲击力的影响不是很大,对跌落反弹高度影响较大;静摩擦因数对转子跌落运动状态和转子跌落最大冲击力影响较小。     

双列圆锥滚子轴承拟动力学分析

为得到较准确的高速动车轴箱轴承动态性能,考虑了轴承内部摩擦,润滑剂以及保持架等因素,利用Python语言求解所建立的双列圆锥滚子轴承(5+3n)自由度拟动力学模型,得到轴承各滚动单元角速度和内外圈接触面相对滑动速度的分布,对不同游隙下滚子打滑率和内外圈PV值动态性能进行了研究。结果表明:随着轴承负游隙的增大,滚动体与内圈接触载荷增大,滚子打滑率逐渐降低;滚动体与内圈相对滑动速度较大,PV值明显大于外圈;与内圈相比,滚动体与外圈接触处产生的热量明显小于内圈处。     

高速重载下双层保护轴承的最大碰撞力及热特性分析

搭建了转子跌落试验台,研究了A、B两种结构的双层保护轴承在高速重载下的工作性能。建立了动力学模型和热网络模型,理论分析了不同双层保护轴承参数下,磁悬浮轴承失效后转子和保护轴承的动力学响应以及保护轴承内圈的温升情况,并进行了相关的转子跌落试验研究。研究结果表明,B结构双层保护轴承更适合应用于高速重载场合。     

主动磁悬浮轴承系统保护轴承碰撞特性研究

以立式磁悬浮轴承系统为研究对象,建立转子跌落过程的碰撞模型和动力学仿真模型,研究转子跌落时的动力学响应和不同初始转速、碰撞面摩擦因数对转子跌落到保护轴承上产生最大碰撞力的影响规律,并进行转子跌落试验,以评价保护轴承的抗跌落性能。结果表明：随着转子初始转速从0增加至30 000 r/min,最大径向碰撞力从0增加至2 344 N,最大轴向碰撞力基本不变;随着碰撞面摩擦因数的增大,最大径向碰撞力随之增大,而最大轴向碰撞力基本不变;最大轴向碰撞力均发生在首次碰撞,保护轴承的最大接触应力均远小于许用应力;导致保护轴承失效的最主要原因是碰撞面间的滑动摩擦生热,为应对摩擦热带来的不利影响,提高保护轴承的抗跌落性能,可对保护轴承的碰撞面进行表面处理。     

考虑疲劳故障的圆柱滚子轴承打滑失效分析

考虑滚道疲劳剥落故障、滚动体与保持架之间的非连续接触等因素,建立圆柱滚子轴承的非线性弹性接触显式动力学模型,研究不同剥落故障位置、径向载荷、内圈转速对滚动体和保持架打滑特性的影响规律;将仿真结果与理论解进行对比,验证有限元模型的有效性。研究结果表明:滚动体在非承载区更容易出现打滑;相同工况下剥落故障会使得滚动体和保持架的打滑率大幅增加,其中复合故障下的打滑率增加最多,内圈故障和外圈故障下的打滑率增幅基本相同;增大径向载荷能有效减轻轴承的打滑现象,但载荷增加到一定程度后对打滑的抑制效果不明显;低转速工况下内圈和外圈疲劳故障对轴承打滑率的影响不大,随着转速的提高疲劳故障对打滑率的影响愈加明显。     

航空发动机主轴轴承失效模式分析

航空发动机圆柱滚子主轴承常常因为工作条件恶劣,发生失效。采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线光电子能谱等对服役后的圆柱滚子轴承进行失效分析。结果表明:根据失效机制与微观形貌对失效模式,可以将圆柱滚子轴承的失效模式分为8种不同的失效模式,包括划伤和擦伤、打滑蹭伤、压坑凹坑、疲劳剥落、振纹、受热变色、内圈烧伤、保持架镀银层磨损。对打滑蹭伤、烧伤和保持架镀银层磨损等失效模式的轴承进行分析,结果表明:在打滑蹭伤的轴承表面发现O元素,表明打滑蹭伤过程中发生了氧化磨损;在烧伤轴承表面发现了Fe的氧化物FeO和Fe2O3,表明轴承在烧伤时温度较高,润滑油膜被破坏,滚子和内圈互相接触发生剧烈磨损;保持架表面银层脱落,部分磨损区域露出铜表面,表明保持架在服役过程中发生了摩擦磨损。     

F4人字齿轮减速机轴承失效分析及改进

针对国内某2050热轧生产线,F4人字齿轮减速机用调心滚子轴承多次发生保持架断裂的问题,对保持架失效的情况进行了介绍。分析了保持架失效的原因,认为减速机高速轴轴向窜动量大,轴承外圈在偏心套内游动不良,引起两列滚动体受载不均,次承载列的滚动体对保持架产生额外冲击载荷,造成保持架疲劳断裂。采取了优化偏心套设计、改进轴承结构等措施,提高了轴承使用寿命。     

齿轮箱轴承打滑损伤及预防措施

对用于风力发电行业用齿轮箱和锥式破碎机中的轴承进行分析,指出轴承易打滑原因和危害,分析滚动体打滑和保持架组件打滑两种打滑类型,阐述打滑失效机理,提出合理选择轴承类型以满足最小载荷要求.黑色氧化处理减缓轴承打滑危害,碳基涂层减少在混合摩擦下的磨损从而减小打滑失效,新设计空心滚子轴承、薄壁保持架轴承和将行星轮内孔作为轴承滚道的整合式方案来改善轴承受载和接触情况,避免打滑现象,满足设备的正常高效的运转.     

燃气轮发动机主轴轴承的设计要点

采用高速圆柱滚子轴承作燃气轮发动机主轴轴承,其失效原因主要是滚子打滑、歪斜,造成内圈滚道、滚子端面和内圈挡边的过量磨损。采用反转轴间轴承技术,即轴承的内圈和外圈的旋转方向相反,采用硅青铜保持架,以及对滚子、保持架的重要参数进行合理的选取,从而保证了轴承具有较高的工作可靠性和较长的使用寿命。     

带弹性环保护轴承的动力学特性

提出在传统保护轴承外圈加弹性环来提高其在主动磁悬浮轴承(Active magnetic bearing,AMB)系统中的工作性能。为完善转子跌落仿真模型,得到AMB失效前转子准确的运动状态,理论推导得到AMB的支撑动刚度曲线,进而基于有限元分析方法得到转子在其支撑下的模态,并与试验结果进行对比,验证所得刚度曲线的正确性。在刚性转子理论基础上,建立转子在AMB系统中的动力学模型。基于Hertz接触理论,分别建立AMB失效后转子与保护轴承内圈之间的碰撞模型和保护轴承的实时动刚度模型。根据所建立的模型,对不同弹性环支撑刚度阻尼在不同初始转速下跌落后的动力学响应进行仿真计算,并与无弹性环状态下跌落结果进行对比。仿真分析结果表明,选用合适的弹性环有利于降低转子跌落后的振动幅值和碰撞力。分别在不同初始状态下进行跌落试验研究,试验结果与理论分析结果基本相符。     

差速器轴承摩擦力矩计算模型的构建与验证

通过对微型汽车差速器轴承摩擦力矩的主要影响因素进行分析,利用能量理论对差速器轴承的滚动体球基面与内圈挡边之间的滚动摩擦系数进行了推导,建立了微型汽车差速器轴承摩擦力矩的理论分析模型.针对某型号微型汽车的具体结构,利用该模型计算了处于不同预紧状态下的差速器轴承摩擦力矩,并将模型计算值与实验测试结果进行了对比.结果表明:理论计算值和实验测试结果之间具有较好一致性,从而验证了该理论模型的准确性,这就为精确预测预紧状态下微型汽车差速器轴承的摩擦力矩大小提供了理论依据.     

动车组转向架轴承局部损伤振动特性分析

针对动车组转向架轴承,根据轴承故障产生机理建立了轴承故障动力学工程模型。模型充分考虑了车轴弯曲刚度、轴承间隙及滚动体和滚道间的非线性接触力等因素,并包含内圈、外圈以及滚动体故障轴承动力学模型,使用龙格库塔数值积分方法进行了动力学仿真分析。针对实际轴承搭建实验台,对不同故障类型及不同程度故障进行了实际测试。仿真分析与实验结果吻合度较高,最大误差不超过5%,证明了该动力学模型的有效性。     

带缓冲垫圈的辅助轴承结构特性研究及应用仿真分析

辅助轴承主要用于承载高速跌落的转子,并在承受巨大冲击载荷时不会失效。为降低跌落时对辅助轴承的碰撞力,保护电磁轴承及转子系统,提出一种基于轴向缓冲垫圈的辅助轴承结构。结合清华大学核研院的10 MW高温气冷堆电磁轴承氦风机实验台架,基于有限元方法,对转子跌落时辅助轴承外圈添加和未加轴向缓冲垫圈时辅助轴承的结构特性以及受力情况进行仿真分析,得到碰撞力最大时刻结构的应力分布,从理论上验证了辅助轴承在跌落时的可靠性。结果表明：缓冲垫圈的加入可有效减小转子跌落对辅助轴承的碰撞力,对辅助轴承起到了一定的保护作用,为进行转子跌落实验及该结构的实际应用提供了重要参考。     

滚动轴承的锈蚀与防护

滚动轴承是广泛应用于各类机械中的一种标准件,滚动轴承的结构一般由套圈(内圈、外圈)、滚动体和保持架组成。除一些特殊用途的轴承是用非金属材料滚动体和保持架制成外,绝大多数轴承都是由金属材料制成,金属材料在大气环境中产生锈蚀是普遍存在的问题。轴承生锈则会影响它的精     

航空发动机主轴后轴承打滑损伤失效分析

轴承打滑在航空发动机主轴后轴承失效中占有较大比例,后轴承打滑不仅影响到轴承的寿命,甚至直接关系到发动机的安全运转。为进一步认知主轴后轴承的打滑损伤机制,借助聚焦离子束扫描电子显微镜,场发射扫描电子显微镜及配套能谱仪,轮廓仪对打滑损伤轴承进行失效分析。分析表明:内圈滚道、滚子表面损伤区域在打滑过程中可能发生了黏着磨损和摩擦氧化,且两接触面间发生了磨粒磨损。此外,由于润滑油的污染,保持架的过梁接触面发生了磨粒镶嵌。     

滚动轴承故障的显式动力学仿真与接触特性分析

故障的存在会恶化轴承内部接触状态,影响其动态特性。为了揭示存在故障时滚动轴承内部接触状态的变化规律,以滚子轴承NU306为研究对象,建立了故障轴承(含内圈故障、外圈故障和滚动体故障)的非线性接触多体动力学有限元模型,采用显式动力学算法对轴承运行过程进行仿真,获得了滚动体与套圈及保持架接触力的变化曲线,揭示了故障对轴承内部接触状态的影响规律。研究结果表明:轴承故障会导致滚动体与套圈的接触力出现波动,内圈故障时波动频率最高,滚动体故障时波动频率最低,且套圈故障时接触力大于正常轴承;外圈故障导致滚动体与保持架接触力的幅值变化最大,而滚动体故障导致的波动频率最高。仿真结果与实验结果吻合良好,验证了有限元模型的有效性。     

轴承知识

1滚动轴承的结构与特征 1.1滚动轴承的结构 滚动轴承(以下称轴承)一般由套圈(内圈和外圈或轴圈和座圈等)、滚动体(球或滚子)以及保持架构成,如图1所示,即相对的两个套圈之间放置若干个滚动体,通过保持架使滚动体保持一定间隔,进行滚动运动.     

轴承知识

正1 滚动轴承的结构与特征1.1 滚动轴承的结构滚动轴承(以下称轴承)一般由套圈(内圈和外圈或轴圈和座圈等)、滚动体(球或滚子)以及保持架构成,如图1所示,即相对的两个套圈之间放置若干个滚动体,通过保持架使滚动体保持一定间隔,进行滚动运动。     

轴承知识

正1滚动轴承的结构与特征1.1滚动轴承的结构滚动轴承(以下称轴承)一般由套圈(内圈和外圈或轴圈和座圈等)、滚动体(球或滚子)以及保持架构成,如图1所示,即相对的两个套圈之间放置若干个滚动体,通过保持架使滚动体保持一定间隔,进行滚动运动。