固体润滑轴承真空寿命试验及分析

着重介绍丁自润滑保持架轴承在真空中十个半月的寿命试验。试验后的轴承分析表明,保持架的磨损是影响轴承摩擦力矩的重要因素。得出要严格选定保持架的材料及轴承结构的结论。     

石墨烯改性多孔聚酰亚胺轴承保持架材料性能研究

多孔聚酰亚胺复合材料因具有良好的自润滑性而成为航天轴承保持架的主要选材。但该材料在使用过程中显现出导热性能差和易磨损等问题,缩短了轴承使用寿命,严重影响航天飞行器控制系统的可靠性。本工作通过机械混合添加石墨烯工艺制备得到了石墨烯改性多孔聚酰亚胺轴承保持架材料,并对复合材料的微观形貌与结构、导热性能和磨损性能等进行了表征与分析。结果表明,石墨烯改性多孔聚酰亚胺轴承保持架材料兼具良好的导热性能和耐磨性,当石墨烯含量为1.0%(质量分数)时,材料导热系数为0.41 W/(m·K),相比改性前提高36.9%;材料磨损率为43.25×10^-5mm³/(N·m),相比改性前提升27.3%。因此,改性后的复合材料保持架对延长航天轴承的使用寿命具有潜在的应用价值。     

柴油发电机组涡轮增压器主轴轴承失效分析

对进口柴油发电机组正常运行半年后,因涡轮增压器压气端BS轴承失效引起的停机事故进行了失效分析.通过服役条件、现场调研及残骸等分析,找出BS轴承铝合金保持架碎裂是最早失效件.进一步的分析排除了轴承润滑不良引起保持架碎裂的可能性;电镜断口及金相分析查明LA34型轴承装配质量不良和铝合金保持架材料中存在较多的夹杂物和疏松是保持架疲劳断裂的主要原因.     

NJP3220TN1/HG2P54圆柱滚子轴承保持架断裂原因分析

某NJP3220TN1/HG2P54圆柱滚子轴承保持架在使用过程中发生断裂,通过宏观检验、断口检验、能谱分析的方法,对保持架断裂的原因进行了分析。并通过拉伸试验、红外光谱法及差示扫描量热法,将该国产保持架与同型号进口保持架进行了对比分析。结果表明:国产保持架的材料为尼龙66,与进口保持架材料相同,但进口保持架比国产断裂保持架的窗孔拉伸强度高出近50%。两种保持架在结构设计及注塑工艺等方面存在差异,国产保持架在窗孔设计等方面存在隐患,导致断裂。     

滚柱轴承保持架突破性的变革

美国INA(依纳)轴承公司设计了两种全新的圆柱滚柱轴承,其中的保持架彻底改变了传统保持架的结构形式,研制者Fort Mill SC称其为设计思想的突破。这种新型轴承的承载能力接近于无保持架轴承,其极限转速等于或超过常规的NJ笼形保持架轴承。 该滚柱轴承保持架改进的重点是座圈内滚柱的分隔形式。INA独承公司的LSL和ZSL系列轴承所采用的新型保持架与常规的NJ型保持架相比。其滚柱的排列更为紧密,拥有的滚柱数仅比无保持架的轴承少一个,而承载能力却远大于常规的NJ型的滚柱轴承。     

高速球轴承冠形保持架振动特性研究EI北大核心CSCD

冠形保持架重心位置直接影响高速深沟球轴承保持架动态性能,进而影响轴承高速工作性能和使用寿命。针对一种新型深沟球轴承修形冠形保持架,给出了冠形保持架修形半径与其重心位置的关系式,结合滚动轴承动力学理论,建立了深沟球轴承非线性动力学微分方程组,采用预估-矫正变步长积分法对轴承非线性动力学微分方程组进行求解,在此基础上,对冠形保持架修形半径与保持架振动特性的关系进行了分析。研究结果表明:冠形保持架修形半径能改变保持架重心与保持架兜孔中心面距离,降低保持架运转过程的附加力矩,有效降低保持架的振动;过大或过小的修形半径不利于减弱保持架的振动,当高速球轴承保持架修形半径为8.3 mm时,保持架加速度级达到最小,此时保持架振动最低;随着轴承使用条件改变,保持架振动加速度级随径向载荷增加呈现先增大后减小趋势;此外,保持架振动加速度级随轴承转速增加而增大,在轴承运行速度不变的情况下,考虑选取合适的保持架修形半径达到减弱保持架振动的效果;当轴向载荷与轴承额定动载荷比值在0.6%~0.8%时,保持架振动结果较小且轴承寿命较高。     

高速圆柱滚子轴承保持架运行稳定性分析

基于滚动轴承动力学理论,建立了高速圆柱滚子轴承的非线性动力学微分方程组,采用预估-校正的GSTIFF(Gear stiff)变步长积分算法对其进行求解,使用盒维数评价保持架质心轨迹的混乱程度,研究了保持架间隙比、轴承转速、轴承径向载荷、轴承径向游隙以及滚子个数等因素对保持架运行稳定性的影响。研究结果表明:盒维数能够发现相似保持架心轨迹之间的差别,并对保持架稳定性进行量化描述;较大的保持架间隙比不利于保持架的稳定运行,存在最佳间隙比使保持架质心轨迹涡动效果最好,保持架运行最稳定;内圈转速较低时,保持架质心不发生涡动,质心轨迹非常混乱,保持架运行不稳定;随着转速、滚子个数的增加,保持架运行稳定性增加;随着径向载荷、径向游隙的增加,保持架运行稳定性先增大后减小。     

保持架间隙对角接触球轴承保持架磨损的影响研究

保持架间隙是滚动轴承重要的结构参数之一,直接影响着保持架受力和运动,进一步影响保持架的磨损甚至轴承的寿命。在分析轴承保持架间隙与受力关系的基础上,定性分析间隙对保持架磨损的影响;在搭建滚动轴承试验器上开展了保持架间隙对角接触球轴承保持架磨损影响的试验研究;在相同试验条件下对采用不同引导间隙和兜孔间隙保持架的被试轴承进行试验,分析了保持架和钢球表面形貌磨损特征,对比不同保持架间隙(引导间隙、兜孔间隙)条件下保持架与钢球的磨损程度,获得保持架间隙对角接触球轴承保持架磨损的影响规律。试验结果表明,保持架间隙明显影响着保持架兜孔、引导面的磨损,增加引导间隙及兜孔间隙可以降低保持架引导面的磨损;研究成果为保持架间隙的设计与优化提供了理论参考和试验依据。     

高精度轴承保持架稳定性分析及测试方法

轴承是旋转机械设备的基础,对于复杂的机械系统而言高精度轴承是一个十分重要的零部件,轴承保持架的稳定性对于轴承服役性能的影响是至关重要的,所以研究保持架的稳定性是具有重要意义的。开发了一种基于图像学的保持架稳定性测量和评估系统方法,利用高速摄像机来获取位于高速运转保持架上标记的运动图像,在通过专业的图像分析软件获取标记点的运动轨迹,在频域中分离出了保持架的误差,利用保持架旋转中心轨迹和非重复性跳动误差来作为保持架稳定性的判断依据。最后还通过对轴承施加6种不同轴向载荷的试验验证保持架稳定性随轴承轴向载荷的变化,当轴向力为60 N时保持架非重复性跳动误差值较大;当轴向力从90 N到150 N逐渐增大的时候,保持架非重复性跳动误差随之不断增大;当轴向力增大到150 N以后时,保持架非重复性跳动误差反而降低。     

冲击载荷对铁路轴箱轴承塑料保持架动态性能影响研究

铁路客车轴箱轴承除了承受来自于一系悬挂之上车体及构架的直接压力,还承受因为轨道不平顺轮对冲击传递而来的冲击作用,由于冲击而造成的保持架过梁断裂是轴承提前失效的主要因素之一。分析车轮扁疤对车系统产生的冲击并将其作为轴承动力学的边界条件输入,采用离散单元法建立柔性保持架,研究了冲击载荷对铁路轴箱轴承保持架动态性能、滚子与保持架之间作用力以及保持架应力分布的影响。研究结果表明:随着冲击加速度的增加,滚子与保持架之间碰撞作用力和频次显著增加,加速保持架的疲劳失效。通过对保持架过梁的强度分析可以判断,较大的轮轨冲击加速度会造成保持架过梁的直接断裂。     

Performance of high speed air spindle motor equipped with composite squirrel cage rotor

The dynamic characteristics of a built-in motor type air spindle system can be improved by the reduction of mass of squirrel cage rotor because the critical whirling vibration frequency of a high speed air spindle system is highly dependent on the rotor mass of motor and the spindle specific bending modulus. In this paper the rotor of an AC induction motor was manufactured using magnetic powder containing epoxy composite whose density is half of conventional metal rotor and the motor shaft was made of high modulus carbon fiber epoxy composite material. In order to enhance the magnetic flux of the composite squirrel cage rotor of the motor, a steel core was inserted into the composite rotor. The magnetic behavior of composite squirrel cage rotor was analyzed with respect to shapes and positions of the conductor bars and the steel core of the rotor, and the optimal configuration for the dynamic performance of the rotor system was proposed.     

Design and experimental investigation of composite squirrel cage rotor with temperature effects

Fiber reinforced composite material and magnetic powder containing epoxy composite were employed for the materials of the spindle shaft and squirrel cage rotor, respectively to enhance the dynamic performance of high speed built-in type air spindle system because the bending natural frequency of spindle system increases when the specific bending stiffness (EI/ρ) of the shaft is high and rotor mass is reduced. Although polymer based composite rotors have low eddy current characteristics, the mechanical and magnetic properties of the composite rotor at elevated temperatures may be degraded due to the heat transfer from stator coils.

Therefore, in this paper, the mechanical and magnetic material properties of powder containing composites such as storage modulus (E), coefficient of thermal expansion (), thermal conductivity (k) and magnetization curves (B–H curves) were measured with respect to temperature and magnetic powder content. Then the thermal and magnetic analyses were performed with appropriate boundary and loading conditions, and the optimal design conditions of squirrel cage rotor were proposed.     

保持圈冲压成形工艺设计

对保持圈的冲压成形工艺进行了分析、设计,同时对保持圈的局部胀形过程进行了数值模拟。利用Dynaform软件针对凸台的局部胀形厚度变化及起皱倾向进行了模拟,分析表明了局部胀形工艺在保持圈成形中的可行性,提高了材料的利用率,为工程应用提供了依据。     

高转速对电主轴系统动力学特性的影响分析

高速切削的加工质量、加工效率与高速主轴系统的动力学特性密切相关,而转速对主轴系统的动力学特性有着明显的影响。该文首先确定了由高转速所诱发的主轴系统动力学特性影响因素,包括离心力、陀螺力矩以及轴承刚度软化等,并列举了围绕上述影响因素的相关研究成果。在此基础上,基于有限元法构建了考虑转速的主轴-轴承的通用有限元模型。以某电主轴为例,分别定性或定量分析了离心力、陀螺效应、轴承的径向刚度以及上述因素的耦合对高速主轴动力学特性的影响。该文的研究表明,主轴在高速运转状态下,轴承径向刚度、离心力和陀螺效应对主轴系统动力学特性都有较显著的影响,在对高速运转状态下的主轴系统动力学建模时,必须考虑上述影响因素。     

钢筋混凝土立柱爆破后钢筋骨架承载特征研究

钢筋混凝土立柱爆破后通常会残留钢筋骨架,钢筋骨架的承载特性是判断结构局部失稳的重要前提,同时也是确定立柱爆破高度的理论依据。基于立柱爆后实际形态,开展了具有初弯曲形态的立柱钢筋骨架缩尺模型试验,模拟了顶部有水平向约束和无水平向约束两种工况。试验结果表明:立柱钢筋骨架的承载力随着其高度和初始挠度的增加而显著降低;顶部无水平约束钢筋骨架的失稳形态主要表现为侧向倾斜,顶部有水平约束钢筋骨架的失稳形态主要表现为竖向压缩和钢筋外凸。模型试验实测承载力远低于欧拉等直压杆模型计算值,而高于初弯曲压杆模型计算结果,且实测值与初弯曲压杆模型计算值存在线性关系。根据试验结果,给出了初弯曲压杆失稳模型的修正建议。     

Thrust bearing design for high-speed composite air spindles

The air spindles whose shafts are made of carbon fiber composite are appropriate for high-speed and high-precision machining such as small hole drilling of printed circuit board (PCB) or wafer cutting for manufacturing semiconductors because the carbon fiber composite shaft has low rotational inertia, high damping ratio and high fundamental natural frequency.

The axial load capability and stiffness of air spindles for drilling operation are dependent on thrust bearings that are composed of air supply part mounted on the housing and rotating part mounted on the rotating shaft of spindle.

Since the stresses induced in the rotating part of thrust bearing by centrifugal force are very high at high-speed rotation, the axial stiffness and load capability of an air spindle should be designed considering the stresses induced by the centrifugal force as well as the natural frequency of rotating shaft to avoid the resonant whip vibration of the spindle.

In this work, the air supply part of a thrust air bearing for a high-speed composite air spindle was designed considering its axial stiffness and load capability. The rotating part of the thin thrust bearing was designed through finite element analysis considering the static and dynamic characteristics under axial load and the centrifugal force during high-speed rotation.     

An air crash due to fatigue failure of a ball bearing

The failure analysis of an air crash conclusively shows that the cage of the central main bearing of the compressor region failed due to fatigue. The broken piece of the cage got struck between the bearing balls and the races and impaired the function of the bearing resulting in the crash.     

Failure analysis of an aero engine ball bearing

An aero engine failed due to the misalignment of the ball bearing fitted on the main shaft of the engine. The aero engine incorporates two independent compressors: a six-stage axial flow low-pressure compressor and a nine-stage axial flow high-pressure compressor. The bearing under consideration is a high-pressure-location bearing and is fitted at the rear of the nine-stage compressor. It was supposed to operate for at least 5000 h but failed catastrophically after 1300 h of operation and rendered the engine unserviceable. Unusually high stresses caused by misalignment and uneven axial loading resulted in the generation of fatigue crack(s) in the inner race. When the crack reached the critical size, the collar of the race fractured, causing subsequent damage. The cage also failed due to excessive stresses in the axial direction, and its material was smeared on the steel balls and the outer race.     

变参数下角接触球轴承保持架的稳定性与振动特性分析

保持架是角接触球轴承的重要元件之一,其引导间隙和兜孔间隙设计不合理会导致轴承运动失稳与共振。针对上述问题,在理论分析的基础上,结合滚珠、保持架和滚道之间的动态接触与变形关系,在ABAQUS软件中建立了7005型角接触球轴承的显式动力学模型,并提取了特定工况下该轴承内圈、保持架与滚珠的动态响应曲线;同时,研究了不同引导间隙和兜孔间隙下保持架的打滑率、质心涡动速度偏差比和各阶振动模态的固有频率。为了验证所建立的角接触球轴承显式动力学模型的准确性,对高速角接触球轴承各元件线速度的仿真值与理论值进行了对比。结果表明：随着引导间隙的增大,保持架的打滑率、质心涡动速度偏差比和各阶振动模态的固有频率均减小,保持架的稳定性增强,但共振风险增大;随着兜孔间隙的增大,保持架的打滑率增大,质心涡动速度偏差比变化不明显,各阶振动模态的固有频率减小,保持架的稳定性减弱,共振风险增大。高速角接触球轴承各元件线速度的仿真值与理论值的最大误差仅为0.099 6%,验证了所建立的显式动力学模型的准确性。研究结果可为高速角接触球轴承保持架的优化设计提供理论依据。     

变工况下滚动轴承保持架碰撞接触动力学特性分析

滚动轴承保持架在运动过程中始终会与滚动体产生碰撞,尤其在变工况条件下更易表现出复杂的动态接触特性,对轴承使用性能和寿命产生重要影响。该研究以深沟球轴承6309为研究对象,考虑滚动体与内外圈、保持架之间动态接触关系,建立了滚动轴承耦合动力学模型,分别讨论了匀、加、减速及不同转速波动工况下滚动体与保持架间碰撞力幅值、次数及分布情况等接触特性变化。研究结果表明：变速工况下滚动体与保持架间碰撞次数增多;加速工况下滚动体与保持架兜孔前端碰撞力幅值明显小于后端碰撞力幅值,且承载区内滚动体主要与兜孔前端发生频繁碰撞,非承载内则主要与后端发生碰撞,减速工况则相反;相较于稳定工况,转速波动工况下滚动体与保持架间碰撞作用力要大得多,碰撞程度从小到大依次为三角波动工况、简谐波动工况、矩形波动工况。该研究结果可为保持架的设计和失效分析提供理论依据。