超低温角接触球轴承保持架动态特性分析

涡轮泵支承轴承由于在超低温环境下工作,其保持架兜孔通常为椭圆形。基于滚动轴承动力学理论,通过建立保持架兜孔形状为椭圆的角接触球轴承动力学方程组,研究了不同工况参数及不同结构参数对保持架打滑率和摩擦功耗的影响。结果表明,保持架打滑率随轴承转速、径向游隙以及兜孔轴向间隙增加而增加;随轴承载荷、引导间隙及保持架兜孔周向间隙增加而减小。摩擦功耗随轴承转速、轴向载荷、引导间隙、兜孔周向间隙以及轴向间隙增加而增加;随径向载荷和径向游隙增加而减小。     

载流下MoS2/Ag纳米复合薄膜摩擦学性能

MoS₂基纳米复合薄膜具有良好的摩擦学性能,但较差的导电性能限制了其在载流条件下作为润滑材料的应用。为提高MoS₂基纳米复合薄膜的导电性能,采用非平衡磁控溅射系统沉积2种不同Ag含量的MoS₂/Ag纳米复合薄膜,并在不同的电流条件下研究MoS₂/Ag纳米复合薄膜与GCr15钢球对摩时的摩擦学性能。结果表明：在载流下2种MoS₂/Ag纳米复合薄膜表现出相似的摩擦性能,而低掺杂MoS₂/Ag薄膜具有更佳的耐磨性能,这归因于低掺杂MoS₂/Ag薄膜具有较好的力学性能;无载流时,MoS₂/Ag纳米复合薄膜在摩擦过程中生成的氧化物颗粒增加了磨损、降低了润滑性,磨损机制主要为磨粒磨损;电流小于0.5 A时,电流促进了转移膜形成,使得摩擦因数降低,但磨损率增加,磨损机制主要为黏着磨损;当电流大于0.5 A时,由于电弧烧蚀加速了薄膜的磨损,磨损机制主要为磨粒磨损、黏着磨损和电弧腐蚀磨损。     

超低温氢氧泵轴承技术研究及进展

液氢／液氧火箭发动机涡轮泵用球轴承工作在超低温高转速重载荷条件下，需要采用合适的材料匹配和可靠的固体润滑。对由9Cr18套圈和政治协商会议组成的钢制轴承，常采用PTFE复合材料保持架及套圈和球上表面溅射PTFE膜层或PVD软金属膜来实现润滑，其主要失效可归纳为磨损、胶合及保持架断裂3种形式。采用氮化硅球的混合式陶瓷轴承以及套圈表面等离子体淹没离子注入Ag润滑膜层的应用，提高了轴承的寿命和可靠性。陶瓷轴承技术和离子改性技术将满足该轴承技术发展的需要。     

角接触球轴承保持架动力学分析

在角接触球轴承拟动力学分析基础上,建立了保持架动力学方程,并对保持架动态性能进行分析,着重研究了轴承工况和结构参数对保持架动态特性的影响,给出轴承适合的工作条件和相应的结构参数最佳选择范围。     

角接触球轴承在减速过程中的保持架动态特性分析

减速过程普遍存在于数控机床进给系统中,该过程转速的变化对角接触球轴承动态性能的影响甚大,然而国内外对此关注甚少。以角接触球轴承7603025为研究对象,建立了角接触球轴承的多刚体动力学模型。利用Adams软件分析了径向力、轴向力和角加速度3个工况参数对角接触球轴承减速过程中保持架的转速与质心轨迹,以及单个滚球与保持架接触力等动态特性的影响。研究结果表明,径向力的增大、轴向力的减小和角加速度的增大会导致角接触球轴承在减速过程中的滚球与保持架之间碰撞力增大,从而造成轴承打滑、保持架晃动加剧,以及保持架转速曲线波动变大。     

角接触球轴承保持架动态特性有限元分析

为对保持架动态特性进行分析,基于ABAQUS建立角接触球轴承有限元模型,通过施加不同的转速和载荷进行动力学仿真,从保持架质心运动轨迹和质心涡动速度偏差比两方面对其动态特性进行分析。结果表明:轴承仅承受轴向载荷时,保持架稳定性随轴向载荷增大先提高后降低;同时承受轴向载荷和径向载荷时,轴向载荷和转速增大可提高保持架稳定性;径向载荷增大时,保持架稳定性降低,且径向载荷对保持架动态特性影响比轴向载荷大。     

航空飞行器用超高速角接触球轴承的研制与试验验证

针对某航空飞行器轴承工作转速120 000 r/min, 30次循环启停,寿命50 h的设计要求,开发了超高速角接触球轴承。通过动力学模型得到该轴承最大接触应力为2 200 MPa,钢球最大旋滚比为0.5,保持架最大碰撞力为18 N,保持架最大打滑率为8%,轴承疲劳寿命为55 h。试验表明该轴承振动加速度不高于19.6 m/s²,最高温度不高于100℃。动力学分析和试验结果均说明轴承满足设计要求。     

基于疲劳寿命的角接触球轴承结构参数优化分析

基于滚动轴承微区接触的疲劳寿命计算方法,建立了角接触球轴承的结构参数优化计算模型。以某燃气涡轮发动机转子系统前支点角接触球轴承为例,分析了角接触球轴承结构参数对轴承承载区最大接触应力、轴承疲劳寿命和保持架滑动率的影响规律,并基于轴承延寿的目标进一步提出了结构参数优化方案。分析结果可为角接触球轴承的结构设计提供参考。     

不同引导方式下保持架运动特性分析

随着对滚动轴承性能的要求越来越高,其动力学特性成为轴承设计至关重要的部分。针对角接触球轴承腔内保持架的运动特性,基于ADAMS建立了保持架不同引导方式下的动力学仿真模型,对比分析了在保持架不同引导方式及不同工况下角接触球轴承腔内保持架打滑率、质心轨迹、质心速度与质心加速度等变化规律。该研究对滚动轴承结构优化设计、提高轴承稳定性具有重要的参考意义。     

椭圆兜孔对高速球轴承保持架动态性能的影响分析

针对高速角接触球轴承保持架常出现断裂等提前失效,根据高速球轴承中球和保持架兜孔的几何位置以及相对速度,分析了二者之间的相互作用关系,建立了椭圆兜孔保持架的动力学仿真计算模型,用Gupta的实验结果验证了方法的可靠性。以某高速角接触球轴承为例,研究了轴承保持架椭圆兜孔对保持架兜孔冲击力以及保持架稳定性的影响,结果表明轴承保持架兜孔设计为椭圆兜孔有助于承受较大径向载荷的高速角接触球轴承的保持架稳定性并减小保持架兜孔的冲击载荷。     

弹性套圈壁厚对保持架动态稳定性和轴承振动的影响

角接触球轴承作为高速机床的基本支承结构,其动态行为直接影响高速机床的动态性能。建立了考虑套圈弹性变形和保持架涡动的角接触球轴承非线性动力学模型,通过保持架质心轨迹以及保持架与内圈转速比验证了模型的准确性,并在此基础上分析了外圈壁厚对球的滑动、保持架涡动和内圈振动的影响,结果表明：在外载荷作用下,不同外圈壁厚会产生不同的弹性变形,进而影响球的滑动、保持架的涡动和内圈的振动;当外圈壁厚减小时,球的滑动加剧,保持架动态稳定性降低,内圈振动增加,外圈壁厚较大时可以获得较好的保持架动态稳定性并降低轴承的振动。     

液氮环境下固体润滑轴承摩擦力矩试验

制备二硫化钼(MoS₂)和聚四氟乙烯(PTFE)涂层固体润滑轴承并开展液氮环境下的摩擦力矩试验,研究低速工况下固体润滑轴承的摩擦力矩变化,结果表明：无涂层轴承在液氮环境下的摩擦力矩高于常温下,有涂层轴承在液氮环境下的摩擦力矩随跑合时间的增加先升高后降低,先高于常温下的摩擦力矩后低于常温下的摩擦力矩;PTFE涂层轴承摩擦力矩高于MoS₂涂层轴承,但摩擦力矩波动性较小。     

薄壁四点接触球轴承-腕部关节系统接触动力学分析

在机器人实际工况中,针对含有薄壁四点接触球轴承的机器人腕部关节系统的运动稳定性问题,对腕部系统模型进行了简化设计和仿真研究。在考虑薄壁结构的弹性变形和动态接触作用耦合影响的基础上,建立了刚柔耦合工业机器人腕部关节系统模型,分析了不同受载工况和正反转驱动下的变形规律和动态特性。首先,基于多体动力学和Hertz接触理论,设计了包含薄壁四点接触球轴承和中空轴及基座的腕部关节系统刚柔耦合接触动力学仿真模型;然后,考虑薄壁中空轴、基座、轴承套圈和保持架的结构弹性变形、钢球和套圈滚道、保持架的动态接触作用,研究了机器人腕部关节系统两种实际工况对保持架和钢球角速度、保持架和薄壁基座振动位移、钢球与套圈的动态接触力的影响;最后,计算分析了两种工况下腕部关节系统的动态载荷规律和振动响应特性。研究结果表明：在相对较大的径向载荷作用下,保持架和钢球会出现打滑现象,速度呈现周期波动,保持架和基座具有更好的运动稳定性,其薄壁轴承内部载荷降低,主副接触对均承担联合载荷,轴承内部载荷稳定性也更好。该仿真模型及结果可以为薄壁腕部关节系统的动力学分析与设计提供参考。     

基于ADAMS的双半内圈角接触球轴承动态性能分析

在双半内圈角接触球轴承拟动力学分析的基础上,结合保持架的弹性变形,利用ADAMS系统开发了该轴承参数化刚柔耦合仿真分析模块,分析了轴承各元件间作用力和保持架侧壁上某节点的当量应力随时间的变化情况,并对比了柔性保持架与刚性保持架的动态特性,结果表明:保持架的弹性变形对轴承的动态性能影响很大。     

MoS2/Al薄膜涂层磨损性能研究

采用磁控溅射法在304不锈钢表面制备双元复合涂层MoS₂/Al。采用EDS、扫描电子显微镜(SEM)、三维表面轮廓仪、摩擦磨损试验机等设备对涂层的摩擦学行为进行研究。结果表明，涂层的平均摩擦系数随着载荷的升高呈现下降趋势。载荷为2N时涂层的摩擦系数最高，达到0.34左右，载荷为20N时涂层的摩擦系数最低，约为0.21。对比单元MoS₂涂层可以发现，铝元素的加入提高了涂层的韧性与涂层的摩擦性能，MoS₂/Al复合涂层的破坏机制主要为裂纹的萌生和涂层的片状剥落。     

超临界二氧化碳动静压径向可倾瓦轴承实验台设计与实验研究

针对超临界二氧化碳(S-CO₂)动力机组在启动和停止阶段气体轴承产生非常大的摩擦磨损,以及气体轴承承载力低、刚度低、阻尼小、稳定性较差等问题,设计并改进一种新型动静压S-CO₂润滑径向可倾瓦轴承结构。设计并搭建S-CO₂润滑轴承实验台,针对于实验台转子刚启动和极低转速工况,对新型S-CO₂润滑动静压径向轴承在静压状态下的动态特性进行实验研究,得到轴承的动态刚度和动态阻尼,并分析静压对轴承动态性能的影响。实验结果表明,设计的S-CO₂动静压径向可倾瓦轴承在启停阶段,在轴瓦与轴颈之间产生了足够的静压压力,可将二者完全分隔开,从而能减少启停阶段的摩擦磨损;随着静压压力的增大,轴承X、Y方向上的整体刚度、主阻尼都增大,且2个方向的主刚度系数差别不大,而交叉刚度和交叉阻尼都接近于0。研究结果为进一步揭示S-CO₂润滑径向轴承动压状态特性提供参考。     

球轴承涡轮增压器轴承-转子系统动力学分析与应用

相比于普遍使用的浮动轴承,在涡轮增压器中使用球轴承具有机械效率高和加速响应快的优势。以车用球轴承涡轮增压器为研究对象,用有限元法对轴承-转子系统进行了转子动力学特性的研究,对轴承-转子系统的临界转速进行了计算与分析,这是判断转子工作转速是否稳定和涡轮增压器工作是否可靠的重要依据;建立了增压器模型,并对比了计算结果和试验结果,证明了方法的可行性。通过整机试验表明,球轴承涡轮增压器能够满足当前车用发动机的需求,能够提高发动机的工作性能。     

二硫化钼/丁腈橡胶热氧老化及摩擦性能模拟研究

为研究二硫化钼(2H-MoS₂)对抗氧剂4020和丁腈橡胶(NBR)复合材料热氧老化及摩擦学性能的影响,采用分子动力学(MD)模拟分别建立4020/NBR和MoS₂/4020/NBR复合材料的模型,分析不同温度下2H-MoS₂对热氧老化性能、力学性能和摩擦学性能的影响。结果表明：添加MoS₂后,复合材料的相容性、稳定性和热氧老化性能均得到有效提高,力学性能也得到明显提升,即使在398 K高温下,复合材料也能表现出优异的热氧老化性能和力学性能;与4020/NBR复合材料相比,MoS₂/4020/NBR复合材料在298、398 K温度下的摩擦因数分别减小了约30%和25%,磨损率减小了5%和7%,表明MoS₂可以有效提高NBR复合材料的摩擦学性能。     

某鼠笼弹支一体化球轴承保持架打滑率分析

针对某鼠笼弹支一体化球轴承保持架打滑率问题,基于球轴承动力学理论,采用修正Craig-Bampton子结构模态综合法,对该鼠笼式弹性支承体与轴承外圈和轴承座之间进行刚柔耦合连接,建立了鼠笼弹支一体化球轴承动力学模型,分析了其保持架打滑率。结果表明:鼠笼式弹性支承轴承保持架在内引导和外引导下保持架打滑率均随径向载荷和轴承转速增大而增大,随轴向载荷增大而减小。     

航天飞机主发动机涡轮泵轴承的润滑

航天飞机由安装在尾部的三个助推器和两个固体火箭发动机推动进入轨道。固体火箭发动机脱离后助推器仍然工作。助推器的主要部分是四个提供燃料的涡轮泵。涡轮泵以极高的速度旋转，这对轴承润滑十分不利，涡轮泵包含一根由球轴承和滚子轴承支承的轴。轴两端各有一个泵叶轮和涡轮盘。如果轴承不能承受载荷，没有足够的刚度和耐磨性，涡轮泵内的旋转部件就会产生磨损，后果不堪设想。