基于修正L-P模型的轮毂轴承载荷分布与弯曲疲劳寿命分析

以第三代轮毂轴承为研究对象,推导了弯矩作用下滚动体与内滚道、外滚道的接触变形与接触载荷,提出了更为准确的接触载荷分布计算模型,分析了不同工况下轮毂轴承内部接触载荷和接触角的周向分布规律。在轮毂轴承内部载荷分布的一次修正基础上,考虑不同位置角的滚道材料和滚动体的接触疲劳,利用乘积定律进行统计处理,得到了第三代轮毂轴承疲劳寿命的修正L-P模型。结合ISO281—2007寿命修正计算方法,针对润滑现象进行二次修正,得到了经过润滑修正的第三代轮毂轴承疲劳寿命模型。利用旋转弯曲疲劳试验机进行了轴承的弯曲疲劳试验,试验结果显示,该疲劳寿命模型计算得到的理论值与试验值的误差在10%以内,验证了模型的正确性。     

弹流润滑条件下的深沟球轴承径向刚度及油膜厚度分析

针对传统深沟球轴承弹流润滑条件下轴承径向刚度计算未考虑油膜润滑影响的问题,建立了深沟球轴承综合径向刚度的数学计算模型,基于C++编写计算轴承综合径向刚度和油膜厚度的程序,并分析了轴承径向载荷、转速及润滑油黏度对轴承综合径向刚度及套圈沟道与钢球的中心油膜厚度的影响。结果表明:随径向载荷的增大,综合径向刚度增大,中心油膜厚度减小;随润滑油黏度及轴承转速的增大,轴承综合径向刚度减小,中心油膜厚度增大。     

滚子偏斜工况下的圆柱滚子轴承弹流润滑分析

以存在滚子偏斜工况的圆柱滚子轴承为研究对象,基于轴承拟静力学模型与有限长线接触弹流润滑模型建立圆柱滚子轴承弹流润滑理论计算模型,并基于力学特性分析工况参数对圆柱滚子轴承滚子与滚道接触区域润滑性能的影响,结果表明：力矩载荷作用后,油膜压力与油膜厚度呈非对称分布;力矩载荷越大,油膜压力和油膜厚度的偏斜程度越明显,易导致轴承润滑性能恶化;径向载荷和内圈转速越大,油膜压力偏斜程度越小。     

载荷、温度和转速对轴承油膜厚度及寿命的影响

由于缺乏有效的试验设备及试验方法,行业内缺少针对大功率风电机组主轴轴承的测试研究,为此,研究了轴承载荷、运行温度和运行转速对轴承油膜厚度、寿命的影响。首先,利用Romax软件建立了轴承三维测试台仿真模型,并根据GL2012规范计算了主轴承175 000 h寿命,接触应力不大于1 650 MPa载荷;然后,根据计算的载荷及轴承的额定转速,研究了轴承载荷、温度及转速对轴承的接触应力、滚子油膜厚度和寿命的影响;最后,以轴承油膜厚度及轴承滚子的接触应力为目标,确定了合理的轴承测试载荷。研究结果表明：为了避免轴承滚子出现应力集中现象,轴承测试载荷须小于8 822 kN;为实现轴承测试过程中处于弹流润滑状态,轴承测试温度须小于65℃;轴承转速由10.5 r/min增加至30.6 r/min时,轴承最小油膜厚度提升188%;根据轴承175 000 h疲劳寿命测试要求,轴承测试转速为12 r/min,载荷为8 500 kN工况下,轴承等效测试为2 984 h;以上仿真分析结果可为实际轴承测试提供理论支持。     

循环冲击载荷作用下滚滑轴承滚子的润滑特性研究

为探究冲击载荷对滚滑轴承润滑性能的影响,设计一种轮子扁疤系统,以模拟轴承受到的循环冲击载荷,利用数值分析法对比研究冲击载荷作用下滚滑轴承的润滑特性及不同工况对滚滑轴承滚子润滑的影响。结果表明:滚滑轴承的滚子润滑受冲击载荷的影响小于滚动轴承;冲击载荷发生前,滚滑轴承滚子油膜有高于油膜中心压力的第二峰值压力,油膜出口区有明显缩颈现象,随冲击载荷的增大,第二峰值压力虽会逐渐减小,但不会消失;冲击载荷频率越大,最小油膜厚度越大,冲击载荷幅值越大,滚子油膜厚度越薄;滚子油膜厚度随润滑油黏度、转速的增加而增加。     

船舶可倾瓦推力轴承工况参数对润滑特性的影响

为研究船舶工况参数对可倾瓦推力轴承稳态和瞬态润滑特性的影响,利用Matlab建立船舶可倾瓦推力轴承热弹流体动压润滑计算模型,考虑轴瓦的热弹性变形,联立黏温方程、能量方程、油膜刚度和阻尼系数方程求解模型,研究热弹性变形以及不同载荷和转速情况下船舶可倾瓦推力轴承的润滑特性。结果表明：考虑热弹性变形时,最小油膜厚度增大,最大油膜压力和最高油膜温度降低;在正常运行工况条件下,轴瓦的热弹性变形有利于改善推力轴承的润滑性能,轴承设计时应考虑材料的抗压性和耐热性;在转速不变时随着载荷的增大,最小油膜厚度降低,最大油膜压力、温度、油膜刚度和阻尼均增加,需要特别注意重载工况下轴承的动压润滑状况;在载荷相同的情况下,随着转速的提高,油膜厚度和油膜温度增大,油膜压力变化不明显,油膜刚度和阻尼随转速增大而降低,在转速较低时下降较为明显。研究结果为优化轴承设计、提高轴承运行的可靠性和稳定性提供参考。     

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。     

考虑损伤累积的铝合金轮毂疲劳寿命预测及试验研究

针对铝合金轮毂的疲劳寿命预测问题,提出考虑损伤累积的轮毂疲劳寿命预测模型并进行试验研究。建立了轮毂在弯曲疲劳试验、径向疲劳试验的有限元模型,通过仿真分析研究了轮毂的主要失效模式;采用名义应力法分别建立了轮毂材料S-N曲线、零件S-N曲线,并利用莫罗直线对轮毂承受的非对称循环载荷进行平均应力修正;考虑轮毂的旋转过程,采用线性累积损伤理论构建了轮毂疲劳寿命预测理论模型。以某型号铝合金轮毂为例,采用理论模型计算得到轮毂的寿命为44.82万转,与弯曲疲劳试验给出的疲劳寿命47.33万转相比,误差约为5.6%,验证了疲劳寿命预测理论模型的有效性。     

不同载荷下滑块轴承润滑状态的Stribeck曲线研究

为了研究在不同载荷下滑块轴承Stribeck曲线的变化规律,建立了销盘式摩擦实验台,通过改变载荷、转速采集到油膜厚度和摩擦因数,运用MATLAB软件绘制摩擦因数与压力、转速和黏度的关系曲线,即Stribeck曲线。实验结果表明,摩擦因数随着转速的增加呈现先减小后增加的趋势;载荷越小,进入Stribeck曲线谷底越早,越容易达到流体润滑状态,通过改变轴承的载荷能够有效地改善轴承的润滑状态。     

基于多因素的风电主轴轴承疲劳寿命分析

以4.5 MW风电机组主轴固定端轴承为研究对象,基于ISO 281:2007标准和Palmgren-Miner线性损伤累积理论建立疲劳寿命理论计算模型,将其疲劳寿命计算结果与Romax仿真模型对比可知,ISO 281:2007标准修正算法及Romax仿真模型更接近实际工况。并分析了载荷、转速、润滑脂污染程度对固定端轴承疲劳寿命的影响,结果表明：轴承疲劳寿命随载荷增大快速下降,随转速增大先增大后减小,随润滑脂污染系数增大而增大。     

柴油机曲轴润滑与弯曲振动耦合影响研究

为研究柴油机强化过程中曲轴的弯曲振动和润滑性能的耦合关系,基于曲轴动力学和润滑理论,考虑曲轴和轴承座的弹性变形,建立某型12缸柴油机曲轴计算模型,分析主轴颈弯曲振动和最小油膜厚度间的耦合关系,并研究轴承宽度、半径间隙和润滑油黏度对两者的影响。结果表明:最小油膜厚度与弯曲振动变化趋势相反,两者存在耦合关系,同时油膜能够对振动起到一定的缓冲作用;在研究范围内,最小油膜厚度随主轴承宽度和润滑油黏度的增加而增加,弯曲振动随之减小;半径间隙对润滑和振动的影响较大,适当增大间隙值,最小油膜厚度增加,过大的间隙值加大轴颈的振动冲击,降低最小油膜厚度。该结果对柴油机强化设计过程中曲轴的润滑与振动预测和控制提供了参考。     

考虑混合润滑的飞机燃油泵径向滑动轴承静特性分析

针对飞机燃油泵径向滑动轴承润滑油黏度极低、润滑油膜形成难、表面易磨损等问题,通过综合考虑紊流、热效应、质量守恒、温黏效应及混合润滑边界等因素,建立轴承的热流体动力学润滑分析模型,采用有限元方法联立求解雷诺方程、能量方程、接触方程得到轴承的静态特性,研究轴承间隙比、宽径比、转速、载荷、进油温度等对轴承静态润滑性能如油膜厚度和油膜压力的影响规律。结果表明：由于航空煤油动力黏度低,造成轴承的浮起转速高（大于5 500 r/min）,极限承载力低（小于37 N）、油膜厚度过低;降低进油温度、适当减小间隙,增加轴瓦宽度有利于增加油膜厚度,提高轴承可靠性。研究结果对飞机燃油泵径向滑动轴承设计与运行维护具有一定的工程借鉴价值。     

Journal bearing performance under starved lubrication

The hydrodynamic performance of a journal bearing under starved lubrication conditions is studied theoretically and experimentally. When lubricant is supplied to a journal bearing from an oil groove at an insufficient oil flow rate, the hydrodynamic oil film cannot cover the full width of the bearing at the inlet of the convergent bearing clearance, and the covered width increases gradually with the decrease in film thickness in the circumferential direction. This phenomenon affects the static and dynamic performance of the journal bearing. The oil film boundary in the bearing clearance is calculated numerically for a constant load and a constant speed under the assumption of laminar, iso-viscous lubrication. Measurements are in good agreement with predictions. Some more calculations of journal centre loci are given.     

基于AVL-EXCITE的内燃机连杆轴承润滑仿真分析

内燃机连杆轴承的润滑状况对连杆轴承的使用寿命影响很大。随着内燃机的不断强化,对连杆轴承性能的要求也相应提高。因此,深入研究连杆轴承的润滑问题以便更加准确地分析和设计轴承的性能便显得日益重要。首先从理论上阐述了润滑状况对轴承工作可靠性的影响,然后针对某发动机的连杆,在AVL-EXCITE中建立了连杆的柔性多体动力学与动力润滑耦合仿真模型。通过计算得到了连杆轴承的轴心轨迹、最小油膜厚度和最大油膜压力等参数,并比较了转速、轴承间隙和温度对轴承润滑性能的影响。研究结果对连杆轴承动力学耦合分析和优化设计以及判断轴承工作的可靠性具有重要意义。     

陶瓷球轴承的热弹流润滑分析

建立陶瓷球轴承热弹流润滑的数学模型,利用多重网格法和逐列扫描法,得到陶瓷球轴承的点接触热弹性流体动力润滑完全数值解,并与普通轴承计算结果进行比较。结果表明:转速与载荷会对陶瓷轴承的接触区的压力、膜厚、温度产生影响,其中随着转速的增加,最小膜厚增加,摩擦因数减小,滚动体表面温度下降,而随着载荷的增加,最小膜厚减小,摩擦因数增大,滚动体表面温度上升;在相同的工况参数下,陶瓷球轴承的油膜压力低于普通轴承,膜厚高于普通轴承,轴承内圈、滚动体、中层油膜的温升小于钢质轴承,因而陶瓷轴承的润滑性能更好,使用寿命更长。     

基于Carreau流变模型的圆柱滚子轴承热混合润滑分析*

为了研究圆柱滚子轴承接触区的混合润滑性能,建立基于Carreau非牛顿流体的热混合润滑模型,求解非牛顿流体线接触热混合润滑数值解。研究滑滚比、卷吸速度及载荷对线接触混合润滑特性的影响,并与相同工况下牛顿流体热混合润滑的结果进行对比。结果表明：随着滑滚比、卷吸速度及载荷的增大,油膜温度都会升高,Carreau非牛顿流体的温度要低于牛顿流体的温度;油膜厚度随着滑滚比、载荷的增大而减小,随着卷吸速度的增大而增大,Carreau非牛顿流体与牛顿流体膜厚相差不大;随着滑滚比的增大,2种流体的平均摩擦因数均增大,随着卷吸速度和载荷的增大,2种流体的载荷比均减小。     

非道路两缸柴油机轴承热弹性流体动力润滑特性研究

基于热弹性流体动力润滑理论和多体动力学理论,针对自主研发的非道路2D25卧式两缸柴油机,采用AVL Excite Power Unit软件建立曲轴轴承的多体动力学模型,探讨柔性整机体模型下轴瓦与轴承座的弹性变形、润滑油的黏温及黏压特性、轴瓦及轴颈的表面粗糙度及热效应等因素,建立轴承的润滑模型并计算不同工况下各轴承的载荷、油膜厚度、油膜压力和摩擦功耗。研究结果表明:随着转速的升高,主轴承的总摩擦功耗增加,轴瓦的热负荷增大;高转速下,第一主轴承(MB1)和第三主轴承(MB3)存在轴颈倾斜不对中,出现偏磨现象,导致第二缸爆发时主轴颈振动加剧;连杆轴承油膜压力分布均匀性较好,轴瓦热负荷低,在高转速下润滑效果更佳。     

摩擦副表面沟槽型织构润滑性能的数值仿真

从目前的研究来看,织构的深度和载荷对油膜的润滑性能具有显著的影响,然而,在载荷变化的情况下,润滑膜的最小膜厚和黏性阻力是一个动态变化的过程。因此不同载荷下,最佳织构深度的选取还需系统地进行分析。通过建立沟槽型织构流体润滑模型,分析了织构的深度以及承载力对摩擦副的油膜厚度、压力、剪切力、以及摩擦因数的影响。结果表明：在承载力一定时,油膜厚度随织构深度的增加呈先增大后减小的趋势。在89 N载荷下时,存在最佳油膜厚度6.4184μm,此时织构深度为2.97μm,摩擦因数为0.0162。