基于滚动蠕滑理论的球轴承摩擦力矩计算方法

基于滚动接触蠕滑理论将球轴承滚动体与滚道的接触问题分解为法向赫兹接触子问题和切向粘滑子问题,提出了基于滚动接触蠕滑理论的球轴承摩擦力矩计算方法,揭示了球轴承滚动体相对内外滚道的滚滑粘着运动特性,解决了球轴承滚动体运动姿态难以确定的问题,为固体润滑/干接触条件下球轴承摩擦力矩的准确计算提供了理论依据。在轴向载荷作用下对采用PTFE保持架全陶瓷Si₃N₄/GCr15/不锈钢球轴承进行摩擦力矩试验,试验结果与计算结果对比表明,球轴承蠕滑分析模型能够得到比较准确的摩擦力矩计算结果,比不考虑滚动接触区粘滑效应的切片离散化模型更准确。     

滚道曲面几何参数对球轴承性能影响的数值研究

为探讨深沟球轴承内外滚道与滚动体之间的配合曲面的几何形状对轴承性能的影响,采用数值模拟的方法研究了球与圆弧曲面接触的弹流润滑问题,并讨论了外滚道曲面的两种曲率半径对深沟球轴承有关摩擦学性能的影响。结果表明,在载荷不变的情况下,随着滚道横向曲率半径的增大,二次压力峰值逐渐减小,最小油膜厚度先是增加然后减小,存在最大值;而随着滚道圆周滚动方向曲率半径的增大,油膜厚度不断减小,说明滚道圆周滚动方向上的曲率半径小时具有更好的润滑状态。     

考虑真实粗糙表面的燃机球轴承磨损与混合润滑耦合机理

船舰燃机轴承服役环境苛刻,工作界面难以建立全膜润滑状态,局部粗糙峰接触发生磨损,而磨损又会通过影响表面形貌反作用于界面混合润滑状态,影响轴承摩擦学特性。目前,面向燃气轮机滚动轴承,开展考虑真实表面粗糙度的磨损与混合润滑状态耦合作用的研究仍然很少。因此,以燃气轮机涡轮端球轴承为对象,综合考虑接触界面磨损、弹性变形与实测机械表面粗糙度影响,建立滚动体与内滚道三维磨损区域下的润滑-接触数值分析模型,研究低速、重载及滑滚苛刻条件下轴承摩擦磨损特性。     

大型钢丝滚道球轴承的接触特性研究

将大型钢丝滚道球轴承中球-滚道之间的接触问题视为非协调性接触问题,采用Hertz理论分析了其非线性特性。理论分析结果表明,轴承组件的几何尺寸不影响接触特性,但其几何非线性依赖于材料的抗拉强度及硬度。采用螺旋电感测微仪对钢球-钢丝滚道和Si3N4陶瓷球-钢丝滚道两种接触方式进行了实验测试,通过对比发现,理论接触刚度均比实验测试值稍大,且相同条件下混合式的接触刚度比全钢式的接触刚度高,其主要原因是经典Hertz理论的假设忽略了库仑摩擦力的作用以及接触体弹性变形时往往伴随塑性变形的发生。理论和实验结果均表明接触体的材料非线性对接触问题影响显著。研究结果为大型钢丝滚道球轴承的预紧研究和工程应用提供了理论指导。     

滚动轴承刚柔多体接触动力学分析

以柔性多体动力学理论为基础,提出了以相对坐标描述刚柔多体接触滚动轴承的递推数值分析方法.以球轴承为例,研究了滚动轴承刚柔多体接触输出响应的动态特性.综合考虑滚动体与轴承内外圈滚道的时变接触刚度、柔性接触、摩擦、离心力等非线性因素,分析出转速、摩擦力和预紧力对滚动轴承的时变接触力和时变振动位移的影响.结果表明,以相对坐标描述刚柔多体接触滚动轴承的动力学模型,可以有效地解决滚动体与滚道间的时变接触振动响应和柔性接触等非线性接触动力学问题.     

等截面四点接触球轴承承载能力分析

等截面四点接触球轴承是工业设备中核心部件之一，实现两部件之间的载荷传递和相对运转，较高的使用频率、冲击载荷、材料的原始缺陷等极易造成薄壁四点接触球轴承损伤，影响工业设备工作精度和效率。通过赫兹接触理论进行接触应力和接触面积的理论分析，获得滚动体与滚道接触区域接触应力和接触面积的解析解。建立滚动体与滚道接触有限元验证模型，通过与赫兹接触理论进行对比，验证数值模型的有效性。最后，运用验证过的滚动体与滚道接触有限元模型对滚动体与滚道接触区域承载能力进行分析。本文的研究有利于提高工业设备等截面四点接触球轴承承载能力的计算精度，为等截面四点接触球轴承的研发设计和优化设计提供可靠的手段和依据。     

推力球轴承接触问题有限元分析

推力球轴承是被广泛应用的支承机械,用于承受转速较低的轴向载荷.它是由上下座圈、保持架和球体组成的可分离结构,分为单向推力球轴承和双向推力球轴承两种.着重分析了不同尺寸、形状的球形滚动体和橄榄球形滚动体对接触情况下的应力和变形量的影响.使用Pro/E建立实体模型,导入ANSYS进行数值模拟和计算.通过对获得的数值模拟结果和赫兹理论解进行对比,结果表明有限元分析是比较准确而且可靠的.最大接触应力和弹性趋近量取决于滚动体与滚道接触处的主曲率和、主曲率差,与滚动体形状、体积没有直接联系.     

自旋对角接触球轴承弹流润滑与油膜刚度的影响

根据角接触球轴承自旋运动特征,同时考虑弹流润滑效应,建立角接触球轴承考虑自旋运动的弹流润滑模型;采用多重网格法求解弹性变形,利用有限差分法迭代求解雷诺方程,得到较为精确的数值解;分析不同赫兹接触压力、滚道表面粗糙度下自旋对角接触球轴承弹流润滑和油膜刚度的影响。结果表明：考虑自旋时随着Hertz接触压力、自旋角速度增大,油膜厚度减小,油膜压力增大,油膜承压区域呈细长状,并向接触中心靠近;随着滚道表面粗糙度幅值增大,油膜压力和膜厚均出现了波动,且考虑自旋运动时,轴承油膜厚度明显减小,油膜局部压力峰值更大;随着卷吸速度、润滑油黏度增大,油膜刚度减小,而考虑自旋运动时油膜刚度值更大;随着自旋角速度增大,油膜刚度逐渐增大。     

滚动轴承刚柔多体接触动力学分析

以柔性多体动力学理论为基础,提出了以相对坐标描述刚柔多体接触滚动轴承的递推数值分析方法。以球轴承为例,研究了滚动轴承刚柔多体接触输出响应的动态特性。综合考虑滚动体与轴承内外圈滚道的时变接触刚度、柔性接触、摩擦、离心力等非线性因素,分析出转速、摩擦力和预紧力对滚动轴承的时变接触力和时变振动位移的影响。结果表明,以相对坐标描述刚柔多体接触滚动轴承的动力学模型,可以有效地解决滚动体与滚道间的时变接触振动响应和柔性接触等非线性接触动力学问题。     

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。     

弹流润滑球轴承-转子系统载荷特性分析

基于点接触弹性流体动力润滑理论,搭建了球轴承在弹流润滑状态下刚度-阻尼的计算公式,依据该动态刚度-阻尼建立了球轴承-转子系统动力学微分方程,采用数值方法求解系统在不同参数条件下的轴心轨迹、相图、分岔图,分析径向载荷对轴承-转子系统动力学特性的影响。研究表明,在弹流润滑油膜的作用下,具有动态刚度和阻尼的滚动轴承-转子系统显示出了更为复杂的非线性动力学特性;径向载荷是影响轴承转子系统的重要因素之一,较大的径向载荷有利于系统周期性运转。     

弹流润滑中圆柱滚子轴承接触体内应力分析

基于现代弹性流体动力润滑理论和弹性力学理论,建立了高速圆柱滚子轴承非等温时变的弹流分析模型、轴承套圈与滚动体接触时接触体内应力分析仿真模型。用数值分析方法对模型求解,并用Tecplot软件对轴承接触体内应力分布进行仿真。仿真结果分析表明,弹性流体动力润滑中轴承速度及其所受载荷是影响轴承接触体内部应力分布的主要因素;在不考虑其它因素情况下,接触区内中部靠接近表面的区域接触应力最高,改善接触体表面压力,可以有效改善接触体内等效应力分布。     

角接触球轴承保持架稳定性分析

基于Hertz接触理论和弹性流体润滑理论,计算得到了轴承的Hertz接触刚度和油膜润滑等效接触刚度。定义了钢球、套圈滚道和保持架接触碰撞关系,运用ADAMS建立计及油膜润滑等效刚度的角接触球轴承多体动力学分析模型。计算了动态接触力、转速和径向载荷对油膜刚度的影响规律,分析了结构参数和载荷参数对角接触球轴承保持架的打滑现象和运动稳定性的影响规律。结果表明:润滑作用下载荷区接触力峰值较干接触模型大且进入载荷区时间晚周期相对滞后。无论是内圈引导还是外圈引导,引导间隙增大保持架打滑率减小,保持架质心轨迹运动范围变大,兜孔间隙增大保持架打滑率变大。外圈引导下转速越高保持架打滑率越大、保持架质心运动范围变大。径向载荷增大,保持架所达到稳定转速时间变短并且打滑率降低。     

高速角接触球轴承承载及其支承刚度的分析与计算

基于Hertz弹性力学理论、滚动轴承动力学和滚道控制理论,考虑滚动体的离心力以及陀螺力矩影响,建立了高速角接触球轴承所承受的栽荷与径向位移（ux,uy）、轴向位移（uz）和角位移（θx、θy）的关系,从而分析了高速角接触球轴承的承栽能力,计算了高速角接触球轴承承受联合栽荷作用下的轴承位移。求解获得高速角接触球轴承的栽荷一位移关系,在此基础上,采用差分逼近的方法计算,得到高速角接触球轴承多个方向的支承刚度。     

高速角接触球轴承腔内润滑脂流动特性数值分析

针对润滑脂在高速角接触球轴承运行过程中的流动特征,建立角接触球轴承腔内润滑脂流动分析模型,采用多重参考系方法模拟轴承腔内各组件的运动规律,选用非牛顿流体模型模拟润滑脂的流变特性,运用CFD软件Fluent对轴承腔内润滑脂的分布和流动速度及影响因素进行数值分析。结果表明:轴承腔内润滑脂主要分布在外滚道滚动体运动方向两侧,且流动速度很低;保持架内侧粘附较多的润滑脂,且具有较高的速度;内滚道和滚动体壁面粘附的润滑脂最少,但流动速度最高;轴承转速的增加会使更多的润滑脂粘滞在外滚道滚动体两侧,内滚道与保持架之间的润滑脂减少,但转速的增加使内滚道与保持架之间以及滚动体与内滚道接触区附近的润滑脂的流动速度提高;润滑脂黏稠度、保持架宽度和填脂量的增加,会使润滑脂在轴承腔内的分布相对均匀、保持架与内滚道之间的润滑脂量增加,有利于轴承润滑。     

国外摩擦磨损润滑文献索引

弹性流体动力润滑 ①“千捆的弹性流体动力润滑”,Kingsbury,K·,《工.of Tribology》,1986,Vol.10,,NO.,,皿阳~288 ②“弹流滑动摩擦力的快速数值计算及其对滚动轴承的应用,,,HouPert,L,《同上,,234一240 ⑧召在弹性流体动力接触中摩擦力计算的新结果气HouPert,L,《同上一,,41~248 ④“流体动力润滑的无限长柱体在平直表面上滚动时入口边界位置的确定,,Wong,K.K.Y.等,《同上》,舰9~肠1 ⑥“多点接触的弹性状况:微凸体的千涉”,Vergne,Ph.等,《同上,,韶4~名28 ⑥“在边界润滑条件下润滑剂对静摩擦特性的影响”,《同上》,18色~194 ⑦…     

微观表面形貌对角接触球轴承热弹流润滑的影响

建立角接触球轴承的热弹流润滑数学模型,通过求解考虑热效应的Reynolds方程,对润滑条件下的角接触球轴承在考虑表面粗糙度时的弹流润滑问题进行数值模拟。在缺乏实测数据的情况下,采用了涉及轴承滚道和滚球体面上的余弦粗糙波数学模型,分析考虑热效应的角接触球轴承的表面粗糙度对压力和膜厚的影响。结果表明:考虑x和y方向的粗糙度函数可以更好地模拟轴承滚道及滚球体表面的形貌特征,由此计算出的压力和油膜分布更贴近工程实际;考虑两方向的粗糙度后,压力和油膜分布与单方向粗糙度有所不同,增大粗糙度波长和减少波幅有利于减小压力,增大膜厚,改善润滑。     

国外摩擦磨损润滑文献索引

弹性流体动力润滑 ①“在弹性流体动力润滑接触中,一个球状傲石体引起的应力对表面点蚀的影响”,Ya区ashita,N.等,《AS,LE Trans.》,1985,Vol.28,No.1,11~20 ②“表面粗糙度和弹性变形在流体动力滑块轴承问题中的联合效应”,Prakash,J.等,《同上》,69tw74 ③“表面硬化的滚动轴     

考虑热效应的角接触球轴承弹流润滑数值分析

建立角接触球轴承的几何和数学模型,通过求解考虑热效应的Reynolds方程,对角接触球轴承的弹流润滑问题进行数值模拟,得到角接触球轴承的点接触热弹性流体动力润滑完全数值解,分析了考虑热效应时角接触球轴承的几何参数(接触角、吻合度、径向游隙等)、速度及载荷对压力和膜厚的影响。结果表明:设计角接触球轴承时,尽量提高内圈与球体在轴向方向的吻合度以有利于润滑油膜的形成,在轴承整体参数不变的情况下选择较小的节圆直径,可改善轴承润滑;从弹流润滑角度讲,选择合适的球体直径可使压力、膜厚、温度处于合适范围内,改善轴承工作情况;适度提高轴承的运转速度将有利于润滑油膜的形成,从而延长轴承使用寿命。     

载荷参数对球轴承性能的影响分析

基于多体动力学方法,建立了计及游隙、外圈结构弹性变形、钢球和套圈接触关系的球轴承多体接触力学模型,结合自定义接触力程序,运用ADAMS计算不同载荷参数下球轴承的静态性能的变化规律。计算了联合载荷作用下钢球和套圈滚道的动态接触力,分析了球轴承的预紧力、径向力和联合载荷对钢球与套圈滚道的接触力、载荷分布角、套圈中心的相对位移和接触角等的影响,并通过理论计算进行了验证。