转台轴系轴承刚度矩阵的理论推导与数值计算

为提高三轴飞行模拟转台的动态性能及机械精度,对转台轴系的支撑轴承进行了研究.根据滚动轴承的几何学、运动学的基本原理和赫兹接触理论,建立了轴承刚度精确的数学模型,推导出了轴承完整的刚度矩阵的解析公式.研究了轴承受载、变形位移的数值计算方法.根据理论模型编制了轴承刚度的计算软件,为转台轴系有限元分析中边界条件的处理提供了依据.     

月基二维转台轴承预紧力和系统刚度计算

为了研究在转台结构形式确定的情况下,轴承预紧力与系统刚度的关系,分析了轴承预紧力、轴承刚度和轴系刚度之间的关系,推导了轴承预紧力与轴系固有频率之间的计算公式,并通过有限元分析的方法获得了轴承预紧力与系统固有频率的关系曲线。通过对二维转台固有频率的测试,验证了该方法的正确性,同时为轴承最佳预紧力的确定提供了一个有效的方法。     

周扫式激光通信跟瞄转台设计及分析

为了满足LEO对GEO激光通信任务的初始指向快速捕获(Acquisition)、精确瞄准(pointing)及精密跟踪(Tracking)需求。设计了一种卫星舱外的二维激光通信跟瞄转台。首先,根据通信任务需求,确立跟瞄转台的结构形式;其次,依据精密轴系设计理论完成方位俯仰两轴结构设计,并根据轴承支撑理论对周扫式跟瞄转台进行力学特性分析。分析表明本精密轴系能够在方位和俯仰两轴实现10″的跟踪精度,满足通信需求。最后根据赫兹接触理论计算精密轴系轴承在负载状态下的刚度,通过有限元分析软件分析了跟瞄转台的动态刚度及稳定性。经分析验证跟瞄转台能够承受搭载卫星发射条件要求。     

星载激光通信终端轴承预紧力及加载结构研究

星载激光通信终端通过方位、俯仰轴系的运动实现目标跟踪。轴系回转精度是二维转台实现良好工作的前提。通过对角接触球轴承模拟分析,确定卫星发射以及在轨运行时转台轴承的最优预紧力大小,通过轴承预加载结构实现轴承从高预紧状态过渡到轴承低预紧状态,解决了传统固定式预紧力不能同时满足两种工况的难题,即发射时大预紧力满足高刚度与基频,在轨运行时低预紧力以降低平均摩擦,扭矩噪音以及轴承接触应力。     

轴承刚度对船舶轴系振动特性的影响研究

针对某船舶轴系进行了三维几何建模,对不同位置、不同刚度的轴承条件下的轴系周有振动特性进行了分析,得到了不同位置不同刚度的轴承对船舶轴系固有振动特性的影响。计算结果表明,不同位置轴承刚度的变化对船舶轴系固有振动特性的影响有很大的不同。在所有的轴承中,船舶前后艉架轴承和船舶艉管轴承对船舶轴系的振动特性影响最大,同时这些轴承工作条件恶劣,在船舶正常运行过程中刚度要发生很大的变化,因此在船舶运行过程中必须时刻注意这些轴承的性能变化。其它位置处的径向轴承由于刚度相对较大,而且刚度不易发生变化,因此对船舶轴系的振动特性影响较小。而推力轴承刚度的变化影响只影响轴系的高频振动,对船舶轴系最关注的低频振动来说,影响可以不计。     

三轴精密测试台气浮轴系角刚度数值计算分析

本文采用有限元数值分析方法对三轴精密测试台气浮轴系的角刚度进行了精确计算，所得结果为该转台的研制成功提供了重要的设计参数。     

三轴精密测试合气浮轴系角刚度数值计算分析

本文采用有限元数值分析方法对三轴精密测试合气浮轴系的角刚度进行了精确计算，所得结果为该转台的研制成功提供了重要的设计参数．     

船舶轴系轴承负荷的应变片检测与Riccati矩阵综合分析

论述了船舶轴系轴承负荷的应变片检测与Ｒｉｃｃａｔｉ矩阵综合分析方法，该法不受尾轴轴数量和轴系边界条件的限制，可用轴系在便于设置测点处测得几个断面的弯矩，推算出各个轴承的轴承负荷及各个轴段的弯曲应力。并可利用实测值对目前难以确定的轴承刚度等计算的原始参数进行必要的修正，使推算求得的轴承负荷和轴段的弯曲应力能与实际相符 。     

光电跟踪转台垂直轴系动态特性

为实现光电跟踪转台的精密控制,对某型号跟踪转台垂直轴系动态特性进行了研究。首先分析了轴系固有频率与转台谐振频率之间关系,建立了垂直轴系动力学模型。然后建立了转台有限元模型,进行了模态分析,并根据实际工况,加载激励和边界条件,利用显式积分对垂直轴工作情况下整个转台响应进行求解。最后搭建了垂直轴系动态特性实验平台,进行伺服扫频实验,获得垂直轴以及随动部件的时域和频域特性。结果表明:动力学分析垂直轴系固有频率为180.4Hz,仿真结果为190Hz,伺服实验扫频结果为174Hz,最大误差在10%以内,根据分析提出了增大垂直轴系固有频率与选取控制带宽的参考方案,为轴系动态特性探索研究与优化提供了依据。     

船舶艉轴承间隙对轴系回旋振动特性影响分析

为了探究船舶艉轴承的支承刚度对推进轴系回旋振动特性的影响,本文利用流体动力润滑理论,通过求解适用于径向轴承的Reynolds方程,分析了轴承液膜刚度的动态特性,进而利用有限元方法分析其对轴系回旋振动的影响。研究发现液膜刚度随轴颈转速增大呈非线性变化,在特定转速下会发生波动。轴承设计间隙增大会导致水平方向的刚度增大,而竖直方向的刚度会先减后增。通过ANSYS有限元软件建立了船舶推进轴系模型,分析艉轴承不同设计间隙对轴系回旋振动的影响。当临界转速处于刚度出现波动的转速范围内时,发生耦合作用使固有频率产生影响,为船舶轴承设计间隙选取提供理论依据。     

混合预紧下高速电主轴涡动频率的理论研究

为了有效预测并控制高速电主轴的支撑刚度和临界转速,建立了角接触球轴承在混合预紧机理下的数值计算模型,对主轴系统进行有限元建模,耦合轴承组模型与转轴模型构成转轴-轴承模型.通过对整体模型计算获得主轴系统的动态特性参数,将结果反代入整体模型,进而进行循环迭代,从而研究主轴涡动频率.制定转轴-轴承模型动力学计算流程,研究了电主轴在不同工况下轴承支撑刚度和涡动频率等动态特性.理论计算结果表明:与传统计算方法相比,所建模型计算电主轴在高速运转时的动态特性具有更高精度.采用合理的预紧方式和预紧力有利于提高主轴系统在高速运转时的临界频率.     

轴承过盈配合量对主轴动力学特性的影响

为探索轴承配合过盈量在转速和温升等因素影响下的变化规律及对主轴系统动力学特性的影响规律,首先建立了考虑转速引起的内圈离心膨胀和温升引起的热位移轴承过盈配合模型,然后将过盈配合模型耦合进Harries轴承动力学模型,建立了考虑轴承配合的轴承动力学模型,并基于Timoshenko理论建立机床主轴系统有限元模型. 针对实验室自建主轴系统,进行了轴承配合过盈量对主轴动力学特性影响分析. 结果表明:轴承内、外圈初始过盈量增加,原始接触角线性减小;初始过盈量在温升及离心力的双重影响因素下会增大;初始过盈量、内圈离心膨胀及内外圈热膨胀会导致轴承刚度增大,轴承刚度增大导致主轴系统固有频率增加,相比较一、二阶固有频率,三、四阶固有频率受过盈量及其影响因素的影响较大.     

高速铣床主轴⁃轴承的振动特性分析

主轴是高速铣床的核心部件,其动力学特性直接影响铣床的加工精度。以德国GMN某型高速铣床电主轴为例,采用有限元方法,建立了主轴⁃轴承系统的有限元模型,研究了主轴的固有振动特性,分析了轴承刚度对主轴固有振型和临界转速的影响。在此基础上,研究了高速主轴的不平衡响应特性,分析了不平衡量大小和位置等因素对主轴振动敏感度的影响规律,发现主轴两端不平衡响应敏感,尤其是连接刀具的一端振幅明显,研究结果可为高速机床主轴系统的动力学设计提供一定的参考。     

稀薄效应下空气静压主轴动态特性分析及试验研究

针对微尺度下空气静压主轴的动态特性问题,建立了体现稀薄效应的主轴有限元模型,对主轴的模态、谐响应进行了研究。首先,基于有限元法对主轴进行建模,轴承部分采用Combin14弹簧单元建模。接着,通过扰动法得出稀薄效应下以及传统情况下轴承的刚度、阻尼参数,将此参数替代主轴模态分析中采用的弹簧单元的刚度、阻尼参数,结合主轴实际工作状态,进而分析出两种情况下的主轴的模态结果。然后,对主轴进行谐响应分析,校核之前模态分析结果。最后,对主轴进行锤击模态试验,从而检验两种状态下的模态分析结果。实验结果表明：稀薄效应下分析所得主轴1阶固有频率值较试验测量值的误差只有3.6%左右,而传统情况下得出的1阶频率值的误差在15%左右,这对主轴系统以后的优化设计和精度控制方面具有一定的理论依据。     

高速电主轴热态特性与动力学特性耦合分析模型

针对高速电主轴的耦合分析,考虑到结合面接触热阻和润滑剂黏温变化对其热态特性影响的同时,以轴承拟静力学模型描述了径向刚度函数,建立了一种高速电主轴热态特性与动力学特性耦合分析模型.分析了轴承离心力软化效应和热诱导预紧力硬化效应联合作用下的支撑刚度变化规律及其对主轴系统动力学性能的影响.仿真分析与实验结果验证了本文模型的有...     

薄壁角接触球轴承轴向刚度分析及其实验

针对薄壁角接触球轴承刚度分析中的多体接触协调变形的情况,以71718轴承为例进行了薄壁角接触球轴承的轴向刚度特性研究．根据单元大小对分析结果的影响确定合理的单元尺寸;利用所确定的单元尺寸建立71718轴承的三维有限元模型,并对其轴向刚度进行分析;搭建轴承轴向刚度测试平台,并利用该平台对71718的轴向刚度进行测试．实验结果与分析结果的对比可知,利用Hertz解析解计算时误差较大,利用有限元法得到的解与实际测试结果误差在10％以内．     

基于轴承运行刚度分析的超高速磨削电主轴动态特性

高速电主轴正朝着高速重载与超高速轻载的方向发展,其动态特性研究是电主轴开发的关键技术之一.主轴超高速运行时轴承刚度的确定是整个研究过程的难点所在.基于滚动轴承的拟静力学模型,计算轴承的动态刚度,并考虑转速、初始预紧力、热预紧力及油膜厚度对轴承刚度的影响,确定出轴承的运行刚度.再以轴承运行刚度作为主轴支撑刚度,建立面向高速电主轴动态性能分析的参数化有限元模型,对主轴动态特性进行分析.分析结果表明,初始预紧力、砂轮悬伸长度、前后轴承跨距、前轴承对间距及电机转子内径等参数是影响磨削电主轴动态特性的关键因素.     

任意截面钢筋混凝土柱单元模型

提出了任意截面钢筋混凝土梁柱结构体系的单元模型,该单元模型同时考虑了材料非线性和几何非线性对结构体系的影响.采用三次多项式模拟混凝土、钢筋的本构关系,所推导的单元刚度计算简单、概念清晰,是单元材料非线性刚度矩阵、几何非线性刚度矩阵和位移与内力相互作用矩阵的简单迭加.提出的任意截面钢筋混凝土柱单元模式,含义清楚、计算简便,可用于分析钢筋混凝土柱因材料破坏、失稳破坏或材料非线性与结构失稳综合产生的极限承载力计算,所建立的有限元模型很容易与其他有限元模型兼容.理论分析结果与实验结果吻合较好.     

精密球轴承不可重复跳动影响主轴动特性的预测

将精密球轴承不可重复跳动(NRRO)的研究引入到主轴系统分析中,阐述了主轴系统NRRO的概念。应用滚动轴承几何学、弹性力学和滚道控制论,给出了高速角接触球轴承由内圈、外圈、钢球几何误差与球数变化所引起的NRRO的数值计算公式。为了在设计阶段揭示NRRO对精密主轴的影响规律,建立了考虑NRRO效应的主轴系统动态预估模型。计算实例和理论分析表明:球轴承中当一个钢球误差较大时,NRRO值随着球数增加而降低;内、外圈的几何误差对系统NRRO的影响较小;钢球本身的表面几何误差对系统NRRO的影响比较显著。针对现有轴系设计方法的不足之处,在预估模型基础上,提出了基于响应面的主轴系统NRRO抑制设计方法,为精密轴承系统研究提供了一定的理论依据和参考。