考虑弹流润滑效应的三点接触球轴承刚度特性分析

为获得润滑状态下三点接触球轴承更为准确的刚度特性,应考虑弹流润滑效应对轴承刚度的影响。文中基于拟静力学模型考虑高速离心力和陀螺力矩效应,根据给定轴承的结构参数和工况,计算滚动体与内外圈的法向接触载荷和各部件的运动速度。将拟静力学模型的计算结果和润滑介质参数代入弹流润滑模型,求解出滚动体与内外圈之间的压力分布和油膜厚度分布。进一步研究了转速、轴向载荷和润滑油的初始黏度对油膜压力和最小油膜厚度的影响。基于弹流润滑理论分析了转速和轴向载荷对轴承接触刚度、油膜刚度及综合刚度的影响。结果表明：转速的提高会大幅增加润滑油膜的整体厚度;润滑油初始黏度的增大会增加油膜厚度;随着轴承转速的提高,轴承的整体轴向刚度和轴向油膜刚度减小;随着轴向载荷的增大,轴承轴向刚度和轴向油膜刚度增大,且差值变化不大。     

一种考虑润滑效应的角接触球轴承接触刚度计算方法

建立了润滑工况下的高速角接触球轴承动力学模型,在滚珠与内/外圈的接触变形和接触刚度计算中,考虑高速转动中润滑油卷吸作用和挤压效应的影响,通过接触角和接触刚度的耦合迭代,得到考虑润滑效应的高速角接触球轴承轴向及径向刚度计算方法.结果表明,考虑润滑效应后,滚珠与内/外圈的接触角减小,轴承轴向/径向刚度增大;轴向载荷增加使轴向/径向刚度增大,且轴向载荷愈低,滑油作用愈明显;径向载荷增加使轴向刚度增大,径向刚度减小;滚珠数增加使轴向/径向刚度增大,且滑油作用更明显;相较4019型,4106型润滑油使轴承轴向/径向刚度增大;陶瓷滚珠轴承轴向/径向刚度比钢滚珠轴承大,且与转速呈近似线性关系.     

油气润滑角接触球轴承腔内空气压力分布数值分析

基于轴承腔内油气两相流流动模型,采用VOF方法和MRF模型对高速角接触球轴承腔内油气两相流的流动情况进行数值计算,重点分析轴承腔内和滚珠表面的压力分布,以及转速、初始空气压力等参数对压力分布的影响。结果表明:轴承腔内的压力因滚珠与保持架的搅动作用,整体处于负值,并且在局部区域形成漩涡;随着转速的增加,腔内压力在负方向上逐渐增大,内外圈之间的压差也随之增大;沿着滚珠自旋方向,压力在负方向上逐渐增大,到滚珠与内圈接触点附近达到最大值,这有利于将润滑油吸附到滚珠表面,从而得到更好的润滑效果;初始压力越大,腔内压力在数值上也越大,分布不均匀性程度随之加剧,初始压力的选取对轴承润滑有很大影响。     

角接触球轴承保持架稳定性分析

基于Hertz接触理论和弹性流体润滑理论,计算得到了轴承的Hertz接触刚度和油膜润滑等效接触刚度。定义了钢球、套圈滚道和保持架接触碰撞关系,运用ADAMS建立计及油膜润滑等效刚度的角接触球轴承多体动力学分析模型。计算了动态接触力、转速和径向载荷对油膜刚度的影响规律,分析了结构参数和载荷参数对角接触球轴承保持架的打滑现象和运动稳定性的影响规律。结果表明:润滑作用下载荷区接触力峰值较干接触模型大且进入载荷区时间晚周期相对滞后。无论是内圈引导还是外圈引导,引导间隙增大保持架打滑率减小,保持架质心轨迹运动范围变大,兜孔间隙增大保持架打滑率变大。外圈引导下转速越高保持架打滑率越大、保持架质心运动范围变大。径向载荷增大,保持架所达到稳定转速时间变短并且打滑率降低。     

保持架引导方式对球轴承油气润滑两相流流型的影响

滚动轴承高速运转时,轴承腔内润滑油与空气相互作用形成涡旋,影响油气运输及整体润滑性能.针对角接触球轴承腔内油气两相流的流动状态,运用VOF方法和滑移网格,建立油气两相流三维瞬态仿真模型,分析了在保持架不同引导方式下角接触球轴承腔内油相流型、轴承腔内周向流型以及涡旋等变化规律.该研究对高速轴承结构设计、润滑结构及润滑参数优化具有参考意义.     

基于COSMOS/Simulation的深沟球轴承的接触有限元分析

采用SolidWorks2009建立深沟球轴承三维模型,利用SolidWorks自带的有限元软件COSMOS/Simulation对深沟球轴承进行接触有限元分析,得出了轴承内外圈、滚珠、保持架之间的接触力、应力、应变的变化情况及接触过程中的压力变化情况,为轴承的设计分析提供了一种可行的方法。     

自旋条件下角接触球轴承的弹流润滑分析

为研究自旋状态下角接触球轴承参数对弹流润滑性能的影响,建立角接触球轴承中考虑自旋运动的弹流润滑模型,分析角接触球轴承的内沟槽曲率半径系数、内圈接触角、外圈接触角、滚动体数目及转速等参数对弹流润滑性能的影响,并分析固定参数下影响自旋速度和旋滚比的主要因素。研究结果表明:随着内沟槽曲率半径系数的增加,接触半径逐渐减小,油膜厚度略微减小,而油膜压力明显增加;随着内圈接触角的增加,油膜的不对称性明显增强,而随着外圈接触角的增加,自旋速度在0°~70°之间逐渐减小,在70°~90°之间逐渐增大;轴承滚动体的数目越多,单个滚动体所受的载荷越小,油膜厚度越大,中心油膜压力越小;角接触球轴承中,影响自旋速度的主要因素为轴承内圈速度及内、外圈接触角的大小,影响旋滚比的主要因素为内、外圈接触角的大小。     

基于摩擦生热和接触应力的角接触球轴承结构参数分析

采用轴承拟静力学分析方法建立了角接触球轴承内部载荷模型和局部法生热模型,在改变轴承主要结构参数、外载荷和转速条件下,计算了某角接触陶瓷球轴承生热和球与内外圈间的接触应力。结果表明:内、外沟曲率系数是其重要的影响参数,通过确定轴承生热、内外圈接触应力以及外载荷的范围,可以求出较优的轴承内、外沟曲率系数。     

载荷及转速变化对低速重载轴承润滑性能的影响

为研究不同载荷、转速条件下,低速重载轴承的润滑性能,即油膜厚度、油膜压力及油膜流速的变化情况,利用Abaqus软件建立轴承流固耦合模型,得到油膜厚度在剖面中呈矩形分布,滚动体与内圈之间的油膜厚度小于与外圈之间的油膜厚度。接触区入口处的油膜压力逐渐增大,内滚道接触处的油膜压力大于相应的外滚道油膜压力。流固交面的油膜速度大于自由表面的油膜速度且接触区域的油膜速度最大。随着转速的增加,油膜厚度和油膜压力增加;随着载荷的增加,油膜厚度降低,油膜压力增加。     

角接触球轴承油膜热阻及传热影响研究

角接触球轴承广泛应用于电主轴等高速轴系,研究角接触球轴承的润滑油膜热阻计算方法以及接触油膜热阻对轴承温度场分布的影响,对于改善角接触球轴承的工作条件和提高电主轴等轴系的运行稳定性有重要的意义。运用平板模型,分析计算了角接触球轴承的油膜热阻,探讨了影响油膜热阻的主要因素;采用有限元方法分析了角接触球轴承的温度场,研究了接触油膜热阻对轴承温度场分布的影响。结果表明:轴承转速、载荷和润滑油的动力粘度对油膜热阻有较大影响,接触油膜热阻对轴承的散热和温度场分布影响很大。     

外圈旋转轴承润滑寿命计算及分析

以汽车发动机张紧轮深沟球轴承和空调电磁离合器双列角接触球轴承为对象,分别利用基于润滑脂基础油和稠化剂类型与基于DIN 51821-FE9寿命试验结果的轴承润滑寿命计算方法,对外圈旋转和内圈旋转轴承润滑寿命之比进行了推导计算,结果表明,两者之比为0.6～0.8,同时指出了基于润滑脂基础油和稠化剂类型计算方法存在的问题和局限,对外圈旋转轴承的摩擦学设计、延长功能寿命具有重要的现实意义。     

喷嘴位置对轴承腔内油气润滑两相流的影响

基于气液两相流理论,采用多重坐标系法构建角接触球轴承数值计算模型,分析不同喷嘴位置和转速下轴承腔内油相体积分数、保持架表面及轴承内外圈的油气分布特性。结果表明：在轴承低转速下,正面供油时轴承腔内油相体积分数及其周向分布的波动大于背面供油;正面供油时保持架下表面会产生润滑油的积聚,造成润滑油无法及时通过出口排出,而背面供油时润滑油在保持架表面的油相分布更均匀;正面供油时内圈左面油相体积分数较高,外圈油相分布变化较大,而背面供油时内圈右面、中间面及外圈中间面油相体积分数较高。不同转速下喷嘴位置对腔内油相分布的影响也不同,低转速下正面供油时腔内油相体积分数更高,高转速下喷嘴位置对轴承腔内油相分布的影响较小,润滑油在轴承腔内分布较为均匀,保持架下侧未见明显的润滑油积聚。     

不同轴向载荷下氮化硅全陶瓷轴承润滑特性

全陶瓷球轴承广泛应用在航天航空领域、燃气发动机和极端工况下,然而针对全陶瓷轴承油润滑特性的研究比较少见。以氮化硅6206全陶瓷深沟球轴承作为研究对象,在轴承测振仪上开展陶瓷轴承润滑特性实验研究,采用拟静力学和最小油膜厚度理论通过MatLab的牛顿迭代法得到比较精确的数值解,分析陶瓷轴承的接触载荷、轴向载荷、离心力、最小油膜厚度之间的关系,并通过改变供油量和轴向载荷得到陶瓷轴承在不同工况下的振动规律。实验结果表明：在轴向载荷相同条件下球与外圈之间的接触载荷比球与内圈之间的接触载荷大,轴向位移随着轴向载荷增加呈递增趋势;在轴向载荷一定时,存在一个最佳供油量使轴承振动最小,在干摩擦条件下轴承振动随着轴向载荷增加呈先减少后增大的趋势。     

径向游隙对角接触球轴承两相流热特性的影响

径向游隙直接影响角接触球轴承内部两相流的分布以及热特性。为探究不同径向游隙下角接触球轴承油气润滑两相流热特性变化规律,基于两相流理论以及轴承换热机制,建立数值分析模型模拟轴承腔内油气两相流流动特性,分析径向游隙和轴承运行工况对轴承腔内流场分布以及温升的影响,并通过轴承温升试验验证了仿真结果。结果表明：油气两相流中油相受离心力影响主要分布在轴承外圈,径向游隙增大使得油相体积分数减少;轴承温升随着径向游隙增大而减少,一定程度上增大径向游隙可以减少轴承生热量。研究结果为探究角接触球轴承油气润滑热特性以及改善轴承腔结构参数提供了参考。     

角接触球轴承保持架柔性多体动力学分析

考虑套圈、钢球和保持架的结构弹性变形与动态接触关系,建立了角接触球轴承柔性多体接触动力学有限元仿真模型。在不同引导游隙、转速和径向力下,运用ANSYS/LS-DYNA仿真分析了角接触球轴承的动力学性能,以及保持架的动态冲击应力和稳定性。计算讨论了角接触球轴承的动态接触应力,获得了保持架的角速度、动态冲击应力、质心运动轨迹等仿真结果,它们与理论计算结果具有较好的一致性。结果表明,球轴承运动速度的变化对保持架的动态冲击应力和稳定性的影响较大。     

喷嘴结构对角接触球轴承油气润滑中气帘效应的影响

针对角接触球轴承油气润滑中的气帘效应问题,基于气液两相流理论,构建了轴承腔内油气两相流的数值分析模型,分析了轴承腔内气帘效应的形成机理及影响因素,对比分析了5种喷嘴结构对气帘效应的影响。结果表明：在高速工况下,内圈与滚动体接触区附近产生的气帘效应阻止润滑油到达润滑点;气帘效应随轴承转速的升高而加剧;使用D型喷嘴结构时,气帘效应的影响最小,滚动体接触区附近油相的体积分数最大,轴承润滑效果最佳。     

自旋对角接触球轴承弹流润滑与油膜刚度的影响

根据角接触球轴承自旋运动特征，同时考虑弹流润滑效应，建立角接触球轴承考虑自旋运动的弹流润滑模型；采用多重网格法求解弹性变形，利用有限差分法迭代求解雷诺方程，得到较为精确的数值解；分析不同赫兹接触压力、滚道表面粗糙度下自旋对角接触球轴承弹流润滑和油膜刚度的影响。结果表明：考虑自旋时随着Hertz接触压力、自旋角速度增大，油膜厚度减小，油膜压力增大，油膜承压区域呈细长状，并向接触中心靠近；随着滚道表面粗糙度幅值增大，油膜压力和膜厚均出现了波动，且考虑自旋运动时，轴承油膜厚度明显减小，油膜局部压力峰值更大；随着卷吸速度、润滑油黏度增大，油膜刚度减小，而考虑自旋运动时油膜刚度值更大；随着自旋角速度增大，油膜刚度逐渐增大。     

高速角接触球轴承中的冲击滑动研究

高速角接触球轴承中,球与保持架的碰撞会导致球与滚道的冲击滑动,从而引起滚道划伤和轴承早期失效。为探究球与保持架的冲击碰撞导致的瞬时滑动,以某高速角接触球轴承为研究对象,通过对联合载荷下角接触球轴承的动力学仿真,分析了变速工况及保持架结构参数对球与保持架的冲击碰撞、球与滚道的冲击滑动以及零件磨损率的影响。结果发现,加减速及恒定转速下,球与保持架的运动呈现周期性变化;由于球进入和离开径向载荷区域时公转角速度的变化,球与保持架碰撞并导致球相对内、外圈滚道发生冲击滑动;为适应球公转角速度的变化,适当增大兜孔间隙,可以减小球与保持架兜孔碰撞力的大小和频率,从而减小球与滚道的冲击滑动以及保持架的磨损率。     

表面织构对角接触球轴承润滑性能的影响

为研究油气润滑状态下表面织构对角接触球轴承润滑性能的影响,在角接触球轴承的内圈滚道上设计表面织构,基于气液两相流理论,采用多重参考坐标系(MRF)模型和流体体积(VOF)法,对高速角接触球轴承腔内润滑油流动特性进行数值分析,对比分析长沟槽、短沟槽、矩形、圆柱形4种表面织构对角接触球轴承润滑性能的影响,发现长沟槽形的表面织构对改善角接触球轴承的润滑性能效果最为显著,并进一步分析长沟槽形表面织构结构参数对轴承润滑性能的影响。结果表明：轴承腔内油相体积分数随着沟槽深度和面积率的增大先增大后减小,随着沟槽宽度的增加逐渐增大,存在最佳织构参数使得轴承腔内油相体积分数最大。因此,合理地设计织构参数能有效提高角接触球轴承润滑性能,该研究结果对角接触球轴承表面织构设计具有一定的参考价值。