陶瓷球轴承的寿命评估

推导建立了陶瓷球轴承在不同情况下的寿命评估模型，该模型以综合考虑滚动体的离心力、陶瓷材料的弹性系数、陶瓷轴承的寿命分布规律和接触曲率为特征，反映了陶瓷轴承寿命与运转速度、轴承结构材料性质的复杂关系。计算表明，陶瓷球轴承与同型号钢轴承的寿命之比随着转速的升高和载荷的减小而增大。附图3幅，参考文献4篇。     

陶瓷滚动轴承及其加工

国外已出现用陶瓷制成的滚动轴承。这种轴承的特点主要是: (1)陶瓷滚动体的密度比钢球低,外圈离心力可降低40%以上,故可延长高速轴承的使用寿命。 (2)陶瓷的热膨胀系数低,游隙一定时,轴承可在温度变化较大的环境中工作。 (3)陶瓷弹性模量高,可减少赫芝接触区和润滑     

高速主轴离心膨胀及对轴承动态特性的影响

以高速主轴系统为对象,将主轴转子和轴承内圈分别等效为等截面梁和空心圆盘,计算离心力作用下主轴转子和轴承内圈的径向弹性变形,并分析主轴转子与轴承连接状态随转速升高的变化趋势。考虑旋转部件的离心膨胀变形,建立高速主轴轴承动力学模型并进行试验验证。在此基础上,研究离心效应对主轴轴承径向预紧状态的影响,揭示高速主轴轴承动态特性随转速的变化规律。研究结果表明,离心力引起的径向膨胀变形使滚动体与轴承内、外圈之间的接触角减小,接触力增加。主轴轴承的轴向刚度和径向刚度均随转速的升高而降低。轴承内圈的离心膨胀变形对轴承轴向刚度的影响可以忽略不计,而能在一定程度上提高轴承的径向刚度。     

减少滚动轴承打滑的方法

滚动轴承往往由于打滑而损坏,这对高速轻载条件下工作的轴承尤其严重。因此,航空发动机的高速轴承,除了作重载荷试验外,还作轻载荷甚至空载荷的运转试验,因为此时最容易打滑磨损,工作条件非常恶劣。一、打滑原因分析当滚动体通过轴承的非载荷区时,由于有游隙,故在离心力作用下滚动体与内圈脱离接触,失去了使滚动体滚动的推动力而产生打滑;待滚动体进入载荷区     

高速轴承滑蹭试验台设计及动态特性分析

打滑蹭伤是制约高速滚动轴承工作性能和服役寿命的关键问题之一。高速轴承工作时往往还伴随高温、振动等严苛工作条件,开发高速轴承在高温、激振环境下的滑蹭模拟试验台有助于实验研究高速轴承在复杂工况下的打滑蹭伤机理。采用双电主轴分别驱动轴承内圈和滚动体试样,模拟在不同滑差率、径向载荷、转速、激振载荷、温度、润滑等工况条件下,轴承内圈与滚动体试样之间的动态接触。讨论了试验台工作原理和结构设计,利用ANSYS Workbench对试验台主轴进行了模态分析,调查其固有频率,并分析了激振载荷对主轴变形的影响,为试验台的参数设置提供依据。     

高速陶瓷滚子轴承的疲劳寿命与可靠性分析

陶瓷滚动体密度小，强度高，耐磨损，用于高速轴承可以有效地提高轴承的寿命和可靠度，以最大动态切应力理论和赫兹理论为基础，推导建立了以外圈滚道疲劳失效为准则的高速陶瓷轴承疲劳寿命和可靠度的计算式，并以航空燃气轮机轴承为例，进行了计算和分析。附图１幅，表１个，参考文献５篇。     

氮化硅陶瓷滚子轴承的加速寿命试验和断油润滑试验

本文介绍了一次组合陶瓷轴承的加速寿命试验和断油润滑试验,试验轴承是用于某航空发动机主轴前支承的短圆柱滚子轴承,滚动体由氮化硅陶瓷材料制成,套圈和保持架仍采用原钢轴承的套和保持架,试验设备为航空轴承专用试验台,试验表明,试验陶瓷轴承在高速条件下工作寿命和短期油润滑能力均好于同型号钢轴承。     

角偏移的不确定性对主轴系统中角接触球轴承疲劳寿命的影响

研究在非理想安装条件下,轴承角偏移对主轴系统中轴承疲劳寿命的影响.为实现这一目的,首先介绍多轴承-主轴系统的分析模型,提出多自由度系统模型的求解方法,并对系统模型的有效性进行验证;其次,以四轴承-主轴系统为研究对象,考虑角偏移的不确定性,假设角偏移符合正态分布,基于系统模型分析不同主轴转速条件下,不同角偏移值时轴承内滚动体的接触力分布;最后,基于寿命理论,计算各轴承的疲劳寿命.结果表明:角偏移的不确定性可导致轴承寿命的显著分散性;对于系统中的预紧轴承,无角偏移时的疲劳寿命是角偏移存在条件下疲劳寿命的上限.随着主轴转速的降低,无角偏移时的轴承寿命与存在角偏移时的轴承寿命最小值的差异变得更大.     

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。     

圆柱滚子结构有限元分析及优化

在圆柱滚子轴承中由于空心滚动体可以吸收振动、避免发生边缘应力集中以及降低高速转动时的离心力,因此,对圆柱滚子轴承的滚动体空心进行了优化分析,建立了空心滚动体的参数化模型,在ANSYS软件中进行有限元结果分析,得到滚子的位移、应力变化分布图。应用ANSYS优化分析模块,对滚子几何尺寸进行了优化,得到了以质量最轻为目标,以满足强度、刚度条件的空心滚动体的尺寸。     

陶瓷球轴承内部结构参数优化设计及其性能试验研究

氮化硅陶瓷是一种较好的滚动轴承材料,在此提出了陶瓷球轴承内部结构参数优化设计的基本原则,建立了其优化设计的数学模型,通过对钢球轴承和陶瓷球轴承的性能对比试验,证明了陶瓷球轴承的高速性能要优于钢球轴承,并验证了陶瓷球轴承优化设计原则。     

滚动轴承疲劳寿命的影响因素

对影响滚动轴承疲劳寿命的各种因素进行了综述，包括各种疲劳诱导应力(最大切应力、最大动态切应力、Von Mises应力和八面切应力)，切向力、残余应力和环向应力疲劳极限应力、表面粗糙度、弹流润滑、表面处理、润滑油中污染颗粒、温度、速度、不失效寿命和钢材纯净度(氧含量)的影响，为轴承寿命的准确预测提供参考。     

陶瓷滚动轴承在高速主轴单元中的应用

为了提高生产率和加工精度，机床主轴向高速化发展的趋势引人注目，陶瓷滚动轴承具有一系列的优良性能，在高速及特殊环境等条件下工作的机械中，正逐步得到应用。介绍陶瓷滚动轴承的特声、及其在高速主轴单元中的应用，为陶瓷轴承的实际应用提供一定的依据。     

基于接触应力的圆柱滚子轴承疲劳寿命分析

首先介绍了圆柱滚子轴承疲劳寿命的经典理论计算方法.然后运用Hertz接触应力理论计算出圆柱滚子轴承的最大接触应力,结合三参数幂函数公式确立疲劳寿命曲线方程计算出轴承的疲劳寿命值.通过改变轴承滚子数目、径向力大小以及径向游隙等参数,将基于接触应力得到的疲劳寿命结果与经典理论结果进行比较,证明了该方法的合理性.并分析了在考虑离心力作用下高速圆柱滚子轴承疲劳寿命与转速之间的关系.     

Fatigue Behavior of Hybrid Ceramic Ball Bearings in Liquid Nitrogen

Hybrid ceramic ball bearings, which are composed of silicon nitride (Si₃N₄) balls, ANSI 440C stainless steel rings and PTFE based composite retainers, are tested at high speed and heavy loading in cryogenic conditions. The rolling contact fatigue behavior of steel rings and ceramic balls in liquid nitrogen is analyzed. In addition, four-ball fatigue testing was done at room temperature with oil lubrication. The crush load of ball against ball in liquid nitrogen, which directly relates to the inner quality of the balls, is also evaluated. The results show that the spalling of silicon nitride balls, rather than micro pitting on the steel raceways, is the main cause for the failure of the hybrid ball bearings in liquid nitrogen. The fatigue mechanism of the ceramic balls is similar to that of ceramic balls at room temperature, but the characteristics of crack propagation are different because of differences between the cryogenic liquid medium and oil. Although most of the fatigue cracks originated from internal defects within the ceramic balls, the silicon nitride balls exhibit a high load capacity. When silicon nitride balls are loaded against steel balls, the steel balls are crushed while the silicon nitride balls do not exhibit plastic deformation. When ceramic balls with a 11.113 mm diameter are loaded against each other, crushing takes place at a nominal contact stress of 27～29 GPa.     

角接触球轴承的温度场分析

研究轴承的发热、传热过程,可为轴承动态油膜的热失稳研究提供理论支持。建立滚动轴承油气或油雾润滑下的热节点传热模型,利用热网络法建立温度场计算模型,并考虑轴承转速、载荷、离心力和自旋对温升的影响,计算出各节点的温度。结果表明,角接触球轴承的热生成与轴承转速、载荷、离心力和自旋有关,转速越高,载荷越大,则轴承的温升越高;随着转速增大,离心力和自旋对温升的影响增大,尤其高速情况下,离心力和自旋对轴承温升的影响不可忽略。     

A study on the development of a new conceptual automatic variable preload system for a spindle bearing

In machine-tool spindle systems, rolling bearings are generally the most widely used type of bearing, offering high stiffness and a large load capacity. The performance of bearings is greatly affected by the applied preload. This paper suggests a new automatic variable preload system that uses an eccentric mass device applied to the bearings of a spindle system. A spindle sustains centrifugal force when rotating. The eccentric mass device converts the radial direction force caused by the centrifugal force into axial force using an eccentric mass device. The eccentric mass device applies a small amount of force to the bearing when the spindle rotates at a low speed and applies large force to the bearing when the spindle rotates at a high speed. In this design, the device maintains a large preload at low speeds and lowers the preload at high speeds. Depending on the increase in the spindle rpm, the force that the eccentric mass device delivers to the axial direction will also increase. In addition, the preload applied to the bearings will be reduced. A finite element analysis was conducted to predict the shape of the eccentric mass device and changes of the preload. Based on the analysis results, a prototype was fabricated. According to the results of experiments conducted on the prototype, it was confirmed that the automatic variable preload device with the suggested structure operated satisfactorily. Also, vibration and noise of the prototype were measured and analyzed. The approach suggested in this study is expected to allow reduced manufacturing and operating costs, as the complex devices for hydraulic pressure or electricity required in existing variable preload devices can be eliminated.     

混合式陶瓷轴承沟道结构参数的简化算法

以目前钢轴承的结构参数合理正确和轴承滚动体与内外圈滚道在相同的接触应力及接触面积作用下具有相近的接触疲劳寿命及发热为前提 ,以相同负荷作用下 ,混合式陶瓷球轴承与相应钢轴承的接触应力和接触面积相等为依据 ,给出了混合式陶瓷球轴承内外圈沟道结构参数的简化计算方法。以 6 2 0 9深沟球轴承为例 ,对相应的混合式陶瓷球轴承的沟道曲率半径进行了计算 ,以计算结果制造的混合式陶瓷球轴承的运转性能完全能够满足使用要求