保持架组合引导对滚动轴承减振作用研究EI北大核心CSCD

保持架是滚动轴承的关键构件,然而当高速滚动轴承保持架的运动采用外圈引导时,保持架和外圈之间的接触碰撞会产生较大的振动。为了减小轴承振动,提出了保持架由外圈和滚动体组合引导的引导方式,设计了实现这种方式的外锁口兜孔结构保持架。该保持架的兜孔结构为:靠近兜孔外侧的部分为球形,且兜孔外端口的直径小于滚珠直径;靠近兜孔内侧的部分为圆柱形,且兜孔内端口的直径大于滚珠直径。建立了外锁口兜孔结构保持架由外圈和滚动体组合引导的力学模型,分别在不同转速、偏移量和接触状态条件下,比较分析了外锁口兜孔结构保持架与直兜孔结构保持架受到的沿其偏移反方向作用力的大小及规律。采用车削方法加工了外锁口兜孔结构保持架,通过试验验证了其减小轴承振动的作用。     

滚动轴承稳定工况下的滚动体打滑动力学分析

打滑是造成滚动轴承表面擦伤甚至失效的重要原因,目前滚动轴承打滑的研究主要集中在恶劣工况,而对正常稳定工况下滚动体的打滑问题关注甚少。针对正常稳定工况下滚动体的打滑问题,考虑径向游隙、保持架兜孔间隙等非线性因素,基于线性压缩弹簧建立滚动体-保持架作用模型,采用分段线性函数描述摩擦因数与滑移速度的关系,建立滚动体打滑非线性动力学模型,分析滚动体在轴承运转过程中的打滑机理及工况参数对滚动体打滑的影响机理。研究结果表明:滚动体在承载区的前段存在急加速现象,存在相对较严重的打滑;滚动体与外圈的滑动相比内圈更严重;轴承转速的增加会增大承载区前段滚动体的打滑速度;载荷增加会降低滚动体打滑程度,缩小滚动体打滑范围。     

高速脂润滑圆锥滚子轴承保持架动态稳定性分析

考虑脂润滑弹流润滑效应和挤压膜润滑效应,分析了保持架与轴承组件的多体接触作用关系,建立了计及润滑油膜等效刚度和等效阻尼的圆锥滚子轴承保持架全动力学模型。运用四阶Runge-Kutta方法计算分析了速度、载荷、预紧量等对保持架动态稳定性的影响规律,并对比分析了尼龙、钢和铜保持架的动态稳定性。分析结果表明:在平稳阶段,保持架与引导套圈接触力要远高于兜孔接触力,且保持架打滑率要低于滚动体打滑率;保持架和滚动体打滑率随轴承转速升高而增加,随载荷或预紧量的增加而减小;滚动体与兜孔间隙越小保持架动态稳定性越好,且兜孔接触力也越小;引导面间隙越小保持架与引导面的接触力越小,但保持架稳定性变差;在轴承转速分析范围内,尼龙和铜保持架的动态稳定性均随转速的提升而增加,在高速时钢保持架的稳定性要次于尼龙和铜保持架。     

高速角接触球轴承保持架不稳定运动机理分析

建立了球和保持架六自由度的角接触球轴承动力学为基础的磨损仿真模型。以某仪表转子轴承为算例,分析了不同载荷工况和保持架间隙比下保持架的运动,从球与保持架兜孔碰撞点位置、碰撞力的大小和频率等方面探讨了保持架不稳定运动的机理。发现在纯轴向载荷下,因球与兜孔碰撞点位置的不同,保持架会沿轴向摆动;轴向径向联合载荷作用下,因球的轨道速度随接触角变化,球与保持架碰撞力和频率都增加,导致保持架的运动不稳定;轴向和旋转径向负荷下,保持架兜孔间隙与挡边间隙比B/R1时,保持架质心运动轨迹接近于圆形,保持架的离心力作用于球上增大了球与兜孔的碰摩;间隙比大于1时,保持架质心轨迹为多边形或无规律涡动,引导挡边对保持架的约束减小了球与兜孔的相互作用,保持架兜孔的磨损率较低;圆形的质心轨迹是保持架稳定运动的一种状态,但从保持架磨损和能耗的角度看,对保持架的磨损寿命不利。     

深沟球轴承运转过程动态特性有限元分析

综合考虑轴承径向载荷及转速的影响,应用ANSYS/LS-DYNA软件建立了深沟球轴承多体动力接触有限元模型;以显式动力学有限元法为基础,采用全积分单元算法控制沙漏,设置质量缩放系数缩减计算时间,对内圈施加不同转速时的深沟球轴承进行动力接触分析,得出了深沟球轴承运转过程的动态响应及滚动体的应力分布。滚动体的最大和最小线速度分别出现在与内、外圈接触点上,各转速下滚动体与内圈接触的应力基本相同,滚动体与外圈接触的应力随转速增高而相应增大,滚动体与外圈间接触力的波动大于内圈,而滚动体与保持架间的作用力较小。研究表明,ANSYS/LS-DYNA是分析轴承运转过程动力接触问题十分有效的工具。     

高速圆柱滚子轴承保持架振动特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了高速圆柱滚子轴承的动力学非线性微分方程组。采用预估-校正的Gear stiff(GSTIFF)变步长积分算法进行求解,分析了轴承工况参数与结构参数对轴承保持架振动特性的影响。研究结果表明:保持架在径向平面内的振动随着径向载荷的增加而减小,振动频谱中f_c,2f_c,3f_c对应的幅值随径向载荷的增加而减小,其5f_c及更高倍频处的幅值显著降低,甚至消失,而径向载荷对4f_c处幅值的影响较为复杂;随着轴承转速的增加,保持架在径向平面内的振动随之增加;随着轴承径向游隙的增加,保持架径向平面内的振动先迅速增加后缓慢增加;过大或者过小的保持架引导间隙和兜孔周向间隙都会增加保持架的振动,存在一个最佳的保持架引导间隙和兜孔周向间隙范围能够有效的降低保持架的振动。     

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。     

加速工况下滚动轴承动态载荷特性研究

滚动轴承运动部件的动态效应将对滚动轴承的载荷分布及其性能产生重要作用,特别是在变速工况下。以深沟球轴承为研究对象,考虑轴承游隙、滚动体离心力与重力、内圈和滚动体的动态效应等,建立了滚动轴承动力学分析模型,对加速工况下滚动轴承的运行过程进行了动力学仿真,分析了径向载荷作用下滚动体动态载荷分布特性及其机理,并揭示了游隙、内圈质量和角加速度对滚动体动态载荷的影响。研究结果表明:加速工况下滚动体的载荷分布曲线不再沿载荷作用线对称且出现不同程度的波动,尤其是在加速过程的后期;滚动体的最大接触载荷在加速过程初期基本保持不变,而在后期波动上升,加速过程中内圈的不稳定运动是导致滚动体接触载荷发生变化的主要原因;加速过程中动态载荷的变化程度随着径向游隙和内圈质量的增加而增大,而角加速度的增加使得加速过程后期的动态载荷变化愈加剧烈。本文结果可为滚动轴承载荷计算与设计提供理论依据。     

不同元件故障状态下滚动轴承的动态特性研究

为探究局部故障状态下滚动轴承内部动态特性的差异性和相似性,以NU306圆柱滚子轴承为研究对象,利用有限元仿真软件ANSYS/LS-DYNA构建正常以及外圈、内圈和滚动体分别故障时的有限元模型,得到不同故障状态下滚动体的应力特性、振动特性及运动特性。结果表明,当滚动轴承的不同元件发生故障时,故障前端应力均会滞后,后端应力均会提前,其中外圈故障时应力的变化最大;外圈故障时滚动体在经过故障区域期间的振动加速度先减小后增大,内圈和滚动体故障时振动加速度先增大后减小;外圈和滚动体故障时滚动体的公转转速均比理论公转转速小,内圈故障时滚动体的公转转速比理论公转转速大。所构建的有限元模型可用于探究不同元件故障时滚动轴承内部的故障机理,可为进一步研究滚动轴承的承载能力和使用寿命提供有力的分析方法。     

时变载荷激励的空调滑片式压缩机用球轴承振动特性分析

基于滚动轴承动力学理论，建立了时变载荷激励的空调滑片式压缩机用球轴承非线性动力学方程组，采用Gear Stiff(GSTIFF)变步长积分算法对其进行求解，就球轴承的结构参数和工况参数对球轴承振动特性的影响进行了分析。结果表明：时变载荷激励下球轴承的振动响应频率以时变载荷频率为主，表现出强迫振动，且振动速度幅值远高于恒定载荷下轴承振动速度幅值；结构参数中，原始径向游隙对球轴承振动特性影响显著，采取零游隙或负游隙能够有效地抑制时变载荷对轴承的冲击；保持架兜孔间隙对轴承振动影响较小，存在最优的保持架兜孔间隙使得保持架振动最小；考虑时变载荷的影响，对空调滑片式压缩机用球轴承施加0.3%～0.6%额定动载荷的轴向预紧力可实现降低轴承振动目的。     

惯性载荷对高速角接触球轴承最优预紧力的影响分析

高速角接触球轴承拟静力学模型是轴承内部载荷分布的有效分析手段,是动力学分析的基础.对受轴向载荷的高速角接触球轴承的具体算例进行了求解计算,得出了不同转速下钢球与沟道接触力随预紧力的变化规律.计算结果表明:在低转速范围内,钢球与外沟道接触力随着轴向预紧力的增大而线性增大;随着转速的升高,该接触力会呈现非线性变化,表现出先减小后增大的变化趋势.对这一变化规律进行了详细的分析,并从接触疲劳寿命和陀螺转动摩擦生热的角度,提出了确定高速角接触球轴承最佳预紧力的双重约束条件,为高速角接触球轴承的设计与使用提供参考依据.     

高速列车轴箱圆柱滚子轴承启动过程的打滑动力学特性

轴箱轴承的动力学性能对列车安全、平稳运行有非常重要的影响。基于刚性套圈假设建立轴承内部变形几何关系,采用Hertz接触理论描述滚子与套圈的接触关系,采用线性压缩弹簧来模拟滚子与保持架之间的相互作用,考虑拖动系数随滑移速度的非线性关系计算滚子与套圈的摩擦力,建立考虑内圈、滚子和保持架自由度的圆柱滚子轴承的动力学模型,研究轴承启动过程中的运动学特性和力学特性。结果表明:在轴承启动过程中,滚子自转转速抖动上升;启动初始阶段滚子打滑明显,其中滚子在刚进入承载区时出现的打滑对轴承性能影响较大;轴承启动的初始阶段,滚子与内圈的摩擦力和与保持架的接触力变化剧烈,且随内圈角加速度的增大而增大。     

圆柱滚子轴承多体接触动力学研究

考虑滚子和套圈、滚子和保持架、保持架和引导套圈的动态接触关系,提出了机械系统中圆柱滚子轴承多体动力学分析的新方法。基于圆柱套圈滚道的三角网格模型,实现了圆柱滚子和套圈滚道的动态接触力的预测搜索算法,进而建立了计及润滑摩擦作用和Hertz接触作用的圆柱滚子轴承的三维多体接触全动力学模型。运用广义-α方法计算分析了不同工况条件下圆柱滚子轴承的动态特性和保持架的稳定性,获得了不同工况下轴承的运动轨迹、角速度、滚子和倾斜扭转振动、动态接触力,拖动力和相轨迹等动态响应的变化规律。计算结果表明低速或较小径向力下,滚子和保持架的拖动力相对较小且不稳定,滚子和保持架侧梁、外圈挡边之间存在明显的频繁接触冲击作用,内圈中心的振动位移相对较大,保持架中心的径向平面运动轨迹形成不稳定的近似圆周运动,圆柱滚子轴承的运动稳定性相对较差。随着转速或旋转径向力的增加,保持架中心的径向平面运动轨迹为圆周运动和单周期的相轨迹运动,保持架中心的轴向振动明显,滚子倾斜扭转振动相对较小。     

有局部缺陷的滚动体中介轴承动力学建模及仿真研究

在考虑径向间隙及滚动体缺陷通过内、外圈时接触变形量发生变化基础上,建立两种支承形式下滚动体含单一故障缺陷的中介轴承动力学模型。对比研究不同支承形式及内、外圈不同旋转方向对中介轴承振动影响。结果表明,采用内圈支承于高压转子、外圈支承于低压转子结构振幅大于内圈支承于低压转子、外圈支承于高压转子结构;内、外圈同向旋转振幅大于反向旋转;内、外圈反向旋转冲击振幅小不利于发现故障,反向旋转时缺陷冲击滚道频繁,同等运行条件下,反向旋转中介轴承潜在危险更大;保持架旋转频率为中介轴承振动信号的主要调制频率,且内、外圈反向旋转较同向旋转调制效果更强烈。     

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。     

Impact characteristics of a vehicle population in low speed front to rear collisions

Rear impact collisions are mostly low severity, but carry a very high societal cost due to reported symptoms of whiplash and related soft tissue injuries. Given the difficulty in physiological measurement of damage in whiplash patients, there is a significant need to assess rear impact severity on the basis of vehicle damage. This paper presents fundamental impact equations on the basis of an equivalent single vehicle to rigid barrier collision in order to predict relationships between impact speed, maximum dynamic crush, mean and peak acceleration, time to common velocity and vehicle stiffness. These are then applied in regression analysis of published staged low speed rear impact tests. The equivalent mean and peak accelerations are linear functions of the collision closing speed, while the time to common velocity is independent of the collision closing speed. Furthermore, the time to common velocity can be used as a surrogate measure of the normalized vehicle stiffness, which provides opportunity for future accident reconstruction.     

Transformation of sliding motion to rolling during spheres collision

In this research, we have investigated the three-dimensional elastic collision of two balls, based on friction in the tangential plane. Our aim is to offer analytical closed form relations for post collision parameters such as linear and angular velocities, collision time and tangential and normal impulse in three dimensions. To simplify the problem, stick regime is not considered. In other words, balls have a low tangential coefficient of restitution. Sliding, sliding then rolling, and rolling at the beginning of contact are three cases that can occur during impact which have been considered in our research. The normal interaction force is described by the Hertz contact force and dimensionless analysis is used for investigating normal interaction force; furthermore, Coulomb friction is considered during sliding. Experimental data for collisions show when sliding exists through the impact, tangential impulses can be taken as frictional impulses using the Coulomb law if the dynamic regime is not stick regime. To identify transformation of sliding motion to rolling or sticking during the impact process, linear and trigonometric functions are considered as an approximation for the normal interaction force. Afterwards, we have obtained the condition for the possibility of this transformation; moreover, we can estimate the duration of sliding and rolling or sticking. We have obtained an analytical solution for maximum force and deformation, collision time, impulses and post-collision linear and angular velocities in three dimensions.     

外滚道剥落的高速轴承转子非线性系统及其振动响应分析

为了建立符合工程实际的外滚道剥落高速轴承转子系统动力学模型,将滚道剥落引起的时变位移和时变冲击激励、油膜时变刚度和时变阻尼、钢球与滚道时变接触刚度和时变接触角、时变接触力等非线性因素综合考虑,结合JONES的高速球轴承动力学模型建立了外滚道剥落的高速轴承转子系统非线性动力学模型.基于该模型研究了剥落尺寸和转速变化时轴承...