滚道椭圆化对高速角接触球轴承接触特性及疲劳寿命的影响

针对制造公差和装配误差导致轴承滚道的椭圆化变形,分析了角接触球轴承滚道的径向偏差。依据赫兹接触理论和滚道控制理论,在考虑惯性载荷的情况下,建立联合载荷下角接触球轴承滚道椭圆化的拟静力学模型,研究外轨道椭圆化对轴承接触特性的影响机制;用改进的L-P理论估算轨道椭圆化轴承的疲劳寿命。结果表明:滚道椭圆化程度越大,部分滚动体的接触参数发生突变越剧烈,轴承的接触刚度和疲劳寿命越小;滚道椭圆化对疲劳寿命影响较显著,沿椭圆长轴方向施加径向载荷时轴承寿命降低较慢。该研究为多工况下轴承的设计和应用提供理论分析依据。     

微孔节流气体静压止推轴承跨缝过程时变特性研究

目前,大型气浮平台均采用花岗岩平台拼接而成,平台拼缝会对实验效果产生一定影响。针对上述问题,以微孔节流气体静压轴承运动中经过平台拼缝时的时变特性为研究对象,建立微孔节流止推轴承物理模型,并使用CFD软件与UDF相结合的动网格技术实现轴承跨越平台拼缝的动态过程仿真,研究不同气膜厚度、进气口压力、平台拼缝位置对轴承承载力和压力分布的影响。结果表明：当平台拼缝到达微孔分布圆附近时承载力急速下降,且平台拼缝到达轴承中心时承载力下降到最小值;随着气膜厚度的增加,轴承承载力的最大损失比例随之增加,并最终稳定到0.6;平台拼缝位于供气孔分布圆之外时,轴承边缘与平台拼缝之间的承载面将失效;通过增加进气口压力,轴承承载力整体有明显提升,但承载力损失速度也明显加快。     

基于多体动力学的圆柱滚子轴承局部损伤分析

为研究存在局部损伤下轴承系统的振动响应特征，基于多体动力学方法建立了可预测轴承局部缺陷尺寸、位置和形状的动力学模型，分析了缺陷参数对轴承振动的影响机理。研究结果表明，轴承的振动响应随着缺陷尺寸的增加而逐渐增大；随着缺陷位置远离最大承载区而逐渐减小；矩形缺陷的振动响应最大，三角形缺陷次之，圆形缺陷振动响应最小。通过台架试验得到圆柱滚子轴承振动响应与局部缺陷尺寸及位置的关系，并与仿真结果进行比较，验证动力学分析的合理性，为探寻轴承早期故障机理提供理论参考。     

基于LTCA的高速齿轮传动系统非线性动态特性分析

为研究高速齿轮传动系统的动态特性问题,建立了考虑时变啮合刚度激励、误差等因素的非线性弯-扭耦合动力学模型。采用承载接触仿真(LTCA)方法,结合当量误差啮合理论,计算了模型中的时变啮合刚度和啮合误差激励条件。利用数值方法求解得到系统的动态响应特性。结果表明:在时变啮合刚度和啮合误差激励因素影响下,系统表现出很强的非线性特性;转速从7000r/min变化到15000r/min时,时间历程一直表现为非周期变化;增大轮齿啮合刚度和提高加工精度等级可改善动态响应特性。为高速齿轮传动系统的动态稳定性设计提供理论基础。     

局部凹坑织构化径向滑动轴承流体动力润滑数值分析

目的 探究局部凹坑织构化表面对径向滑动轴承流体动力润滑的影响.方法 基于雷诺边界条件和Reynolds方程,建立凹坑织构化径向滑动轴承表面流体动力润滑理论模型,采用Gauss-Seidel松弛迭代方法数值求解,获得润滑油膜的压力分布和承载能力,分析其润滑油膜承载机制,探讨凹坑几何参数和分布规律对油膜承载力的影响规律.结果 理论模型的数值解与经典理论的数值解误差较小,能有效分析轴承的流体动压润滑特性.当偏心率较大时,摩擦力的上升幅度也变大,在轴承承载区进行凹坑织构化处理能明显减小摩擦力,并且随着凹坑深度的增大,摩擦力减小,可见凹坑起润滑减摩的作用.油膜承载力随着偏心率的增大而增大,通过凹坑织构的"楔形效应"能够改善非承载区的油膜压力,存在最佳凹坑深度使得轴承达到流体动力润滑最佳状态.摩擦力随着面积率的增大而增大,特别是在偏心率较大时,润滑减摩效果较为明显,面积率对油膜承载力影响不大.将织构布置在径向滑动轴承的不同区域,其中当织构完全在下半瓦(压降区)时,织构能明显增大油膜厚度,产生油膜压力,有效降低摩擦力,提升承载力.结论 凹坑织构能明显改善径向滑动轴承流体动力润滑性能,合理设计轴承的偏心率,合适的织构参数与分布位置,能使流体动力润滑效果最佳.     

均压槽气体静压轴承承载性能研究

为提高气体静压轴承的承载能力,基于超精密微小型机床的气浮导轨模型,在其气体静压轴承顶部的工作面设计直线形、双弧形和X形三种均压槽结构。建立轴承气膜的CFD(Computational Fluid Dynamics)模型,通过仿真计算得到轴承气膜的压力分布以及轴承的气体质量流量。综合考虑轴承顶部和底部两部分气膜对承载性能的作用,得出轴承的承载力W、刚度K和气体质量流量M,从而确定直线形均压槽轴承具有最佳的承载性能。继而分析直线形均压槽的宽度、深度和节流孔的个数对轴承承载性能的影响规律,得到了优化的均压槽结构。通过分析得出以下结论:设计均压槽可以有效提高轴承的承载能力,但增加了轴承的耗气量;适当增加均压槽深度可以提高轴承的承载力和刚度;增加节流孔的个数可以增大轴承承载力,但会使轴承的刚度降低。     

均压槽结构对超高速空气静压轴承性能影响分析北大核心

以超高速空气静压止推轴承为研究对象,建立了圆形、环形、扇形和十字形四种均压槽轴承的CFD仿真模型,采用计算流体力学方法,对比分析了有无均压槽轴承在不同气膜厚度与工作转速下对轴承承载性能(压力分布、承载力、刚度、消耗气体质量流量)、稳定性(最大气流速度与湍流动能)的影响。结果表明,气膜厚度和工作转速对5种轴承的承载性和稳定性影响较大,并得到了其影响规律;其中,环形槽轴承兼顾承载性与稳定性,通过实验验证得到环形槽轴承的最佳工作转速。研究成果可为超高速空气静压轴承的进一步优化提供一定的理论依据。     

深沟球轴承元件几何误差对回转精度的影响

根据深沟球轴承元件运动几何关系建立数学模型,空载下对轴承运动状态进行数值仿真和模拟,分析了深沟球轴承滚球直径误差、内外圈滚道圆度误差对回转精度的影响规律。结果表明,随着单一滚球误差的增加,轴承回转精度变差;多个滚球存在误差时,随着滚球的误差梯度增加,轴承回转精度变差;内外圈滚道分别存在几何形状误差时,误差阶次不变,随着误差幅值的增加,轴承回转精度变差;误差幅值不变,随着误差阶次的增加,内外圈滚道误差阶次与滚球数目具有周期性的映射关系。     

高速永磁电机转子-轴承系统动力学特性分析

为研究高速永磁电机在高转速工作条件下的振动特性,将其简化为转子-轴承系统,建立数学模型,利用Runge-Kutta法进行计算,得出支承刚度、阻尼、加速度和支承位置对转子振动特性的影响。研究结果表明:改变支承刚度可以改变临界转速值,不改变临界转速对应的最大振幅值;增大阻尼可以降低振幅值,不改变系统的临界转速值;增大转子的加速度可以降低最大振动幅值,但会增加系统的控制力矩;y方向支承位置改变产生的振动幅值大于x方向支承位置改变产生的振动幅值,且轴承在靠近轴承推力盘的位置产生的振幅大。最后可以通过控制加速度和刚度的方法来降低振动幅值,避开共振区。     

基于损伤缺陷激励的滚动轴承振动机理分析

为了研究滚动轴承表面的局部损伤缺陷对轴承振动产生的重要影响,建立滚动轴承动力学模型求出轴承固有振动属性,给出损伤缺陷产生的激振力表达式,对考虑损伤缺陷的动力学模型进行求解。最后,采集滚动轴承在正常和损伤缺陷情况下的振动信号,进行时域分析、频域分析和小波包络分析,通过对比验证了滚动轴承表面的损伤缺陷是轴承振动的主要因素之一,并比较轴承各元件的故障特征频率,准确地诊断出了轴承损伤缺陷位置。     

大型风电轴承套圈滚道轧制数值模拟与实验

风电轴承是风电装备的关键零件,而套圈作为轴承的核心组件,对轴承服役寿命以及主机运行可靠性至关重要。环件径轴向轧制是制造各种大型无缝轴承套圈、回转支承、法兰环件的先进回转塑性成形工艺。目前,风电装备中应用的各种球轴承,其套圈滚道均是通过切削加工成形,材料浪费多,加工效率低,且滚道金属流线分布差,削弱了套圈的力学性能。文章以典型的大型双滚道风电轴承套圈为对象,开展其滚道轧制成形数值模拟和实验研究。通过环件轧制工艺理论分析,提出了主要工艺参数设计方法;建立套圈径轴向轧制热力耦合有限元模型,通过模拟分析,对轧制进给规程进行优化;根据模拟结果,开展了轧制实验,成功轧制成形出合格的双滚道轴承套圈。该文研究实现了大型风电轴承套圈滚道直接轧制成形,为风电以及其他领域用大型轴承套圈、回转支承环件节能节材的先进制造,提供了有效的工艺理论指导。     

风机齿轮箱轴承应力及疲劳寿命分析北大核心

针对风机齿轮箱轴承在运转中出现的外圈局部剥落缺陷及其造成的疲劳寿命问题,以5 MW风机齿轮箱输出轴轴承为研究对象,建立无缺陷轴承和不同宽度尺寸局部剥落缺陷轴承的数值模型。对模型进行显式动力学分析,分析转速及缺陷尺寸扩展对轴承各部件的应力变化;以名义应力法和损伤理论为准则,对无缺陷轴承和有缺陷轴承进行疲劳分析,得出轴承的损伤和疲劳寿命。结果表明:随着局部剥落缺陷的扩展和转速的增大,这两轴承各部件应力均上升,但寿命均下降。     

滚动体具有局部缺陷滚动轴承的动力学分析

在同时考虑缺陷宽度、深度以及载荷区等因素的情况下,根据滚动体上单一点蚀缺陷滚过内外圈时,接触副接触变形量的变化所引起的弹性接触力的变化,建立了滚动体产生单一局部故障的滚动轴承的动力学模型.通过仿真证实了当滚动体具有单一局部缺陷时,滚动轴承振动信号的低频成分为保持架的旋转频率、滚动体的自转频率及其倍频、以及信号调制形成的边频这一结论论;并通过实验进一步证实了所建立模型和仿真结果的有效性.     

滚动轴承疲劳失效故障的数字孪生虚拟实体建模

针对目前基于数据驱动和机制建模的滚动轴承故障诊断方法的不足,提出一种针对疲劳故障的滚动轴承数字孪生虚拟实体模型。基于L-P疲劳失效理论,对滚动轴承全寿命周期的振动响应进行建模。在轴承五自由度非线性滚动振动模型的基础上,考虑滚动体-滚道冲击力的影响,对滚动轴承内、外圈局部缺陷模型进行改进,并提出一种滚动轴承次表面裂纹早期故障模型,从而建立了疲劳失效下的滚动轴承全寿命数字孪生虚拟实体模型。该模型可表征轴承疲劳故障的产生、发展到严重的全过程。对不同类型的轴承疲劳故障虚拟实体数据进行了分析,验证了所建模型的正确性和有效性。     

滚动轴承-转子系统的非线性动力学分析

考虑轴承径向内部间隙这一非线性因素对滚动轴承刚度的影响,建立滚动轴承-转子系统的数学模型。研究滚动轴承-转子系统在轴承不同内间隙量、不同转速下系统的分岔特点和混沌行为。通过对各间隙量下转子系统非线性动力学行为的研究,表明滚动轴承间隙量是影响转子系统运动的一个重要的因素。     

基于AFCM-SVM的滚动轴承退化状态评估与剩余寿命预测

针对支持向量机模型状态数需要人为设定的不足,提出了一种基于自适应模糊C均值-支持向量机(AFCM-SVM)的滚动轴承退化状态评估与剩余寿命预测方法。该算法采用相对特征建立敏感特征数据集,利用聚类评价指标构造自适应函数,实现了模型聚类结果的自动更新,获得了轴承运行过程中的最佳状态数;基于AFCM-SVM模型与各个运行状态的一一对应关系,确定轴承在不同退化状态下的时间间隔,实现轴承的健康等级评估与寿命预测。根据美国NSFI/UCR智能维护中心提供的滚动轴承全寿命数据对所提算法进行了验证。结果表明,不受轴承个体差异的影响,AFCM-SVM能有效实现自动聚类,识别结果符合轴承退化演变规律;与分层狄利克雷(HDP)和K-means算法相比,AFCM-SVM具有更快的运算速度和更准确的辨识能力。     

Thermo-mechanical model of spindles

This paper presents a Finite-Element-method-based thermo-mechanical model of spindles with rolling bearings. The heat generated in the bearings and the motor is transferred to the ambient air, the motor coolant and the spindle structure, and causes thermal expansion of spindle parts. The experimentally validated thermo-mechanical spindle model predicts temperature distribution and thermal growth, as well as bearing stiffness and contact loads, under specified operating conditions. Transient changes in temperatures, deformations, viscosity of the lubricant, and bearing stiffness are considered in the solution. The predicted bearing properties are used to estimate the changes in the dynamic behavior of spindles.