多轴承支撑轴系的精确变形计算研究

针对传动系统中典型的多轴承支撑轴系结构,提出了轴和轴承刚度耦合建模方法以及轴系结构精确变形迭代求解方法。基于轴承几何学、接触力学理论,采用Newton-Raphson算法实现轴承接触应力和变形计算、轴承内部载荷分配计算、轴承滚动体力学平衡方程组的求解,建立轴承刚度矩阵。实现轴承与Timoshenko梁的刚度耦合,形成轴系刚度矩阵,并通过松弛迭代法求解稀疏刚度矩阵。改变轴承刚度矩阵完成迭代过程,获得系统的精确变形。通过算例,验证了该计算方法收敛快、对初值要求低,计算精度较高。     

圆锥滚子轴承的布置方式和轴向游隙的合理确定

圆锥滚子轴承的布置方式和轴向游隙的控制直接影响轴承的载荷分布、使用寿命,以及传动部件的运转性能和可靠性.以某传动装置中的一对圆锥滚子轴承为例,对其不同工况下的选配方案进行了优劣性比较;同时采用仿真计算的分析方法,从系统的角度对这对锥轴承的载荷分布、润滑、损伤率以及对齿轮运转产生的错位量进行了分析,认为主动锥齿轮轴采用圆锥滚子轴承"背对背"布置方式的支撑方案优于"面对面"方式的支撑方案,而且轴承的轴向游隙控制在0.05～0.07 mm范围内,可以确保轴承润滑品质和锥齿轮轴系啮合的稳定性.该传动装置经过跑车试验和台架性能考核试验后,圆锥滚子轴承和锥齿轮运行状态良好,证明了该圆锥滚子轴承的布置方案和轴向游隙控制的合理性.     

双排非对称四点接触球转盘轴承刚度分析

随着轴承空间限制和高承载能力的目标要求,对传统负游隙对称型（初始接触角α₀₁=α₀₂=45°）双排四点接触球转盘轴承进行改进,提出负游隙非对称型接触角设计（α₀₁为35°～60°,α₀₂为90°－α₀₁）,并基于赫兹接触理论和滚动轴承设计方法建立负游隙非对称双排四点接触轴承的力学模型。结果表明：随着单向载荷轴向力F_a、径向力F_r和倾覆力矩M增加,主刚度在开始阶段基本呈下降趋势,随着单向载荷的增加非线性上升,负游隙的影响使得轴承的刚度变化曲线存在一个临界拐点;初始阶段随着轴向负游隙量的增加,轴承的初始预紧刚度都得到明显提高,但随着载荷的增加负游隙对轴承刚度的影响逐渐减弱,最终基本趋于一致;单向载荷条件下,当轴向负游隙为-0.03 mm和非对称接触角取α₀₁=55°,α₀₂=35°时,其综合轴承刚度最好;综合外载工况下,负游隙取-0.03 mm和非对称接触角取α₀₁=60°,α₀₂=30°或α₀₁=35°,α₀₂=55°时轴承综合刚性最佳。从提高轴承综合刚性角度考虑,非对称接触角设计和负游隙都可以起到明显效果。     

多轴承支撑轴系的轴承工作游隙优化研究

根据弹性力学薄壁圆环理论,在充分考虑轴承运转中工作游隙影响因素的基础上,建立轴承内外圈与轴和轴承座过盈配合的计算模型,并考虑轴承工作游隙受到轴承运转过程中内外圈温差膨胀的影响,推导得到过盈配合对轴承工作游隙影响量的计算方法.通过算例表明,多轴承支撑轴系结构中,通过优化各轴承工作游隙,实现轴承的等寿命设计是可行的,并可以工程图的形式用于产品设计中.     

YRT转台轴承摩擦力矩特性研究

为研究YRT转台轴承的摩擦力矩特性,在对其静力学分析基础上建立了摩擦力矩模型,并对摩擦力矩模型进行了试验验证。基于模型计算结果,分析了工况参数、轴向游隙和滚子修形对摩擦力矩特性的影响规律。结果表明：YRT转台轴承在承受轴向载荷时,摩擦力矩主要由上排滚子产生,且摩擦力矩曲线上存在一拐点,拐点前后摩擦力矩与轴向载荷基本呈比例关系,但比例系数不同;在低速范围内,摩擦力矩随着转速的增大逐渐增大,但总体变化幅度较小;YRT转台轴承摩擦力矩随轴向游隙的减小逐渐增大,且增幅逐渐增大;使用全凸圆弧修形滚子可以有效地降低摩擦力矩。     

基于有限元法的高速舰船轴系回旋振动计算

推进轴系是舰船动力装置的重要组成部分,其与壳体耦合结构的振动与噪声预报及控制是船舶工程领域的重要研究课题,其中推进轴系的回旋振动对船舶正常运行的影响不可忽视。准确建立其回旋振动分析计算模型是考虑悬臂推进器在旋转过程中所产生的回旋力矩以及艉轴承的等效支撑刚度及支撑位置等其它因素的前提,有限元方法是目前最为精确的计算方法。利用ANSYS转子动力学模块准确建立推进轴系有限元计算模型并研究回旋振动对轴系的影响,研究结果具有重要的理论意义及应用前景。     

空调滑片式压缩机用圆柱滚子轴承摩擦功耗特性分析

为了降低空调滑片式压缩机的摩擦功耗,对其所用圆柱滚子轴承的摩擦功耗特性进行了研究。基于滚动轴承动力学理论,考虑周期性载荷因素,建立了压缩机用圆柱滚子摩擦功耗数学模型,在此基础上分析了轴承工况参数和结构参数对圆柱滚子轴承摩擦功耗特性的影响规律。研究结果表明：在满足轴承使用要求前提下,选取较大的径向游隙有利于降低轴承的摩擦功耗;圆柱滚子轴承存在合理的保持架引导间隙和保持架兜孔间隙,使得轴承摩擦功耗最小;随着滚子个数增加,轴承摩擦功耗增加,在保证轴承承载能力前提下,可以适量减少滚子数量,以降低轴承摩擦功耗;新型滑片式压缩机摩擦功耗比传统型降低了39%.     

全封闭舱内爆炸载荷作用下薄板变形研究

在内爆炸载荷作用下,舱室内部长时程准静态压力载荷会对结构极限变形产生重要影响,使得其结构响应与敞开环境空爆下的情况有较大区别。计算分析了方形薄板在内爆炸载荷作用下动态响应,基于薄板在冲击载荷作用下的变形规律,提出了用于评估结构在内爆炸载荷作用下极限变形的无量纲损伤数。该无量纲损伤数考虑了舱室体积、炸药能量、结构几何尺寸及屈服强度等因素对内爆炸载荷作用下结构变形响应特性的影响。薄板变形的分析结果表明,结构极限变形与板厚比和无量纲损伤数之间存在明显线性关系,可通过拟合获得舱内爆炸载荷作用下结构极限变形的快速预报经验公式。提出的无量纲损伤数考虑了板大变形响应过程中的中面膜力效应和板厚影响,更加适合于分析薄板在内爆炸载荷作用下的塑性大挠度变形值。     

双列圆锥滚子轴承功耗特性研究

在滚动轴承动力学理论基础上,建立了双列圆锥滚子轴承非线性动力学微分方程及其摩擦功耗数学模型,采用精细积分法和预估-校正Adams-Bashforth-Moulton多步法相结合的方法进行求解,分析了轴承不同工况参数、结构参数及工艺参数对轴承摩擦功耗的影响。研究结果表明：轴承摩擦功耗随倾覆力矩及转速的增加先缓慢增加然后近似线性增加,转速对轴承摩擦功耗的影响比较明显,在满足使用要求下应尽量选取低转速;侧向载荷比的增加使“压紧侧”轴承摩擦功耗增加,“放松侧”减小,两侧摩擦功耗差值增加;轴承摩擦功耗随大挡边倾角的增加而增加,随滚子球基面半径的增加而减小;滚子波纹度为奇数阶次时,轴承摩擦功耗随波纹度幅值的增加呈先升高后降低的趋势;偶数阶次时,轴承摩擦功耗随波纹度幅值的增加而增加。     

某型柴油机活塞销轴承磨损分析及表面型线设计

针对某型柴油机活塞销轴承初始设计方案在试验中出现的磨损问题,开展了活塞换热分析及活塞温度场仿真与试验对标。在此基础上进行热机耦合变形分析,发现活塞销轴承变形不协调是导致此类问题的主要原因。针对活塞销孔轴承进行热机状态型线匹配分析,开展了活塞销孔轴承热机耦合状态下的型线优化设计,通过仿真及试验验证了该型线优化方案的有效性。分析了桶形型线、指数型线及超椭圆型线对连杆小头衬套轴承载荷分布状态的影响,3种型线对比结果表明,指数型线和超椭圆型线可有效地改善连杆小头轴承载荷分布状态。     

基于有限元的连杆形变分析

从连杆的使用角度出发,分析了连杆的结构特点。以ANSYS有限元分析软件为平台,对连杆轴承孔加工、缺口加工和连杆作为支撑件时三种情况的变形进行了有限元分析,得出了各种情况下的变形量,最后从设计要求入手,对各种情况产生的变形提出了解决措施。     

液压自由活塞发动机止点位置控制研究

研究液压自由活塞发动机活塞运动止点控制方法,进而提高系统运行的稳定性。对单活塞液压自由活塞发动机活塞位置控制基本原理进行了理论分析,研究了活塞止点控制的影响因素。基于仿真和试验结果,确定了上止点精确控制主要控制量,分析了下止点精确控制策略及其极限位置限制方法。研究结果表明,上止点精确控制主要影响因素为活塞压缩过程的初始运动位置和初始压缩位置,下止点精确控制策略需要同时控制活塞所传递的能量以及活塞下止点附近的动力学过程。活塞下止点极限位置应采用组合方法限制,前期基于液压节流作用的热能法,后期基于液压油体积弹性模量的势能法。     

平面两自由度变形机翼的动力学建模与控制

研究一种两自由度平面变形机翼的动力学建模与控制问题。采用分析力学Lagrange方法建立了变形机翼多刚体动力学模型,模型考虑了机翼前缘所受到的空气动力载荷和外部弹性蒙皮等因素。由于变形机翼是一个强耦合、冗余驱动的非线性多输入多输出系统,采用伪逆法设计冗余驱动系统的控制分配器,采用动态逆方法实现系统精确线性化及两自由度的解耦控制,并与传统PID方法相结合构成了冗余驱动变形机翼的控制系统。通过ADAMS动力学仿真,对所建立的动力学方程进行了模型验证,并通过Matlab控制系统仿真,测试了系统的控制性能。研究结果表明,将Lagrange方法、伪逆法、动态逆控制、传统PID方法相结合可以有效解决平面两自由度冗余驱动变形机翼的动力学与控制的基本问题。     

发射载荷下装药内球形孔隙变形特性的数值模拟

运用ANSYS软件建立战斗部装药孔隙模型,采用LS—DYNA流固耦合分析方法对球形孔隙的变形特性进行数值模拟,研究孔隙体积的相对变化对发射安全性的影响。得到发射载荷下,孔隙尺寸、位置、装药力学性质对孔隙体积相对变化的影响。研究表明：同一载荷,相同的加载时间内,同一尺寸孔隙位于战斗部装药的底端比处于其他位置。其体积的相对变化较大;孔隙体积的相对变化与孔隙尺寸密切相关;同一载荷作用下,处于装药相同位置的孔隙,当装药的屈服极限变小时,孔隙体积相对变化大。     

推力滚针轴承摩擦力矩特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了推力滚针轴承动力学微分方程,采用精细积分法和预估-校正Adams-Bashforth-Moulton多步法相结合的算法求解其动力学微分方程,在此基础上建立了推力滚针轴承摩擦力矩数学模型。研究了工况参数和结构参数对推力滚针轴承摩擦力矩特性的影响,结果表明：推力滚针轴承摩擦力矩主要分量为滚针-滚道间滑动摩擦,在高速时,保持架-滚针间摩擦也成为主要分量,且较小的兜孔间隙有利于降低轴承摩擦力矩;推力滚针轴承存在一个最佳转速使用范围,使轴承摩擦力矩最小;轴承摩擦力矩与轴向载荷呈正比,且比例系数随着转速的增大而减小;滚针修缘可明显降低轴承摩擦力矩,比较其修缘类型,全凸圆弧修缘滚针更有利于降低轴承摩擦力矩;随着滚针个数和有效长度的增大,轴承摩擦力矩随之增大;随着滚针直径的增大,轴承摩擦力矩减小;应合理优化这些参数,以降低轴承摩擦力矩。     

大型重载平台支撑液压缸过冲力学分析

大型重载平台在支撑液压缸下降或调平时会出现过冲情况,严重影响平台的正常功能。通过对大型重载平台支撑液压缸下降或调平过冲进行力学分析,建立大型重载平台支撑液压缸载荷、电磁换向阀功率极限和系统压力设定之间的关系,对后续系统设计具有指导意义。     

径向间隙对行星轮轴承寿命和行星齿轮安全系数的影响

针对某行星变速机构复合排行星齿轮和滚针轴承进行了受力变形分析和损伤率计算.在一定转速和载荷作用下,通过选取不同的滚针轴承径向间隙,并考虑加工情况进行分析计算,对结果进行总结,找出适合的行星齿轮滚针轴承径向间隙,并在试验中进行了验证.研究结论对行星齿轮的强度计算分析和行星齿轮轴承寿命计算具有指导意义.     

内圈倾斜角对高速角接触球轴承动态特性的影响

由于加工装配误差不可避免,高速角接触球轴承内外套圈之间普遍存在不同程度的倾斜角。套圈倾斜角对轴承的运转性能有很大影响,在某些条件下甚至造成轴承失效。针对上述情况,给出一种综合考虑套圈倾斜角、高速离心效应的轴承分析计算模型,采用Newton-Raphson法计算内圈存在倾斜角条件下高速角接触球轴承动态特性。结果表明：轴承转速升高,内圈倾斜角引起的轴承接触应力波动变弱,旋滚比、公转转速波动变化均增强,可见在高速下内圈倾斜角更易引发与轴承热相关的失效模式而非常见的疲劳失效;对于承受联合载荷的角接触球轴承,适当的内圈倾斜角可在一定程度上减弱由径向载荷所带来的接触角、公转速度、旋滚比波动,并显著增大轴承径向刚度和角刚度;存在内圈倾斜角时,氮化硅陶瓷球轴承在接触角、旋滚比、公转转速、动态刚度方面表现均优于钢球轴承,但套圈接触应力与钢球轴承相比对内圈倾斜角更加敏感。     

驱动桥主减速器锥齿轮载荷的确定

将样车测试的载荷谱转换为驱动桥承受的载荷谱,并对载荷谱进行分析,可知获取的驱动桥主减速器锥齿轮载荷谱服从三参数的威布尔分布概率密度函数.通过对威布尔分布概率密度函数中形状参数、尺度参数、位置参数的确定,得到了主减速器锥齿轮载荷谱的概率密度函数.通过采用等效载荷和载荷谱两种方法对某驱动桥主减速器锥齿轮及主要支撑轴承进行计算,并按两种方法对驱动桥进行试验,结果表明:根据载荷谱计算的主减速器锥齿轮能够满足使用要求.在设计计算时采用载荷谱概率密度函数进行计算具有可行性.     

帘线/橡胶复合材料缓冲器贮存寿命预示研究

柔性帘线/橡胶复合材料缓冲器（简称缓冲器）为发射平台的载荷传递和缓冲装置。在贮存过程中，由于橡胶材料的老化，其承受气压载荷的承载和大变形能力会逐渐下降。通过对橡胶开展热空气加速老化试验，研究了其老化机理，针对温度对寿命的影响规律进行分析，提出缓冲器的寿命预示方法，为特定贮存环境下的寿命预示和产品应用提供支撑。