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。     

新型滚动轴承结构参数对印刷压力的影响

目的 为优化印刷滚筒的挠曲变形,有效提升其支承性能,改善印刷滚筒的压力分布。方法 选择预负荷弹性复合圆柱滚子轴承作为变刚度印刷滚筒传动支承部件,基于等效刚度模型计算不同填充度预负荷弹性复合圆柱滚子轴承的刚度,分析预负荷弹性复合圆柱滚子轴承结构参数变化对刚度的影响,构建变刚度印刷滚筒支承系统力学模型,通过有限元仿真分析预负荷弹性复合圆柱滚子轴承刚度对变刚度印刷滚筒印刷压力的影响。结果 结果表明,随着滚动体填充度的增加,预负荷弹性复合圆柱滚子轴承的径向刚度减小,变刚度印刷滚筒挠曲变形不同程度增大,结合疲劳寿命角度综合考虑,选择填充度在45%~50%的预负荷弹性复合圆柱滚子轴承作为印刷滚筒的弹性支承,其最大挠曲变形量较普通圆柱滚子轴承平均下降了9.5%。结论 在保证了疲劳寿命的前提下,有效改善了印刷滚筒压力分布的均匀性,提升了印刷质量。     

对转圆柱滚子轴承动态特性分析

针对内外圈对转圆柱滚子轴承内部复杂的运动特性及相互作用力,通过分析轴承径向游隙的影响因素以及考虑滚子与滚道的接触变形和热效应对油膜厚度的影响,利用拟静力学法建立了轴承的分析模型,并采用NewtonRaphson法进行求解;同时,利用该模型对滚子打滑率进行计算,以验证所采用分析方法的正确性和可靠性。然后,进一步探讨了不同工况下对转圆柱滚子轴承内部组件的转速变化规律与接触特性。结果表明：滚子的自转转速、滚子与滚道的接触载荷均随径向载荷的增大而增大;内、外圈转速变化会使受载区滚子与滚道的接触载荷以一定的规律重新分配,且转速对最小油膜厚度的影响较径向载荷更为明显。研究结果可为对转圆柱滚子轴承的结构优化和生热机理分析提供理论依据。     

新型圆柱滚子轴承动态特性分析

为研究具有特殊结构形式的弹性复合圆柱滚子轴承的动态特性,针对该轴承组件间非线性接触的特点,在ABAQUS/Explicit中建立40%,50%及65%填充度的弹性复合圆柱滚子轴承的动力学有限元模型,基于显式动力学理论对其进行动力学仿真分析,对比分析了在特定工况下实心圆柱滚子轴承和不同填充度的弹性复合圆柱滚子轴承组件的动态等效应力变化特点及振动特性,并通过振动位移试验验证了仿真结果的可靠性。结果表明:弹性复合圆柱滚子轴承具有降低组件动态等效应力的特征;40%和50%填充度的弹性复合圆柱滚子轴承较实心圆柱滚子轴承的振幅小。分析结果可为弹性复合圆柱滚子轴承的工程应用提供理论参考。     

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。     

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。     

风电齿轮箱高速轴圆锥滚子轴承动态特性分析

齿轮箱是风电机组故障率最高的部件之一,其中高达50%的故障停机源于高速轴轴承的过早失效。外部变风载激励和齿轮箱内部激励下,高速轴轴承动载增大,将加速高速轴轴承破坏失效。论文以某750kW风电齿轮箱高速轴圆锥滚子轴承为分析对象,采用ADAMS软件建立圆锥滚子轴承的多体动力学仿真分析模型,研究轴向载荷和径向载荷变化对轴承动态响应特性的影响,基于美国Spectra Quest转子实验台开展了圆锥滚子轴承振动响应特性实验,掌握了圆锥滚子轴承的动态接触力与振动响应变化规律,将为风电齿轮箱高速轴圆锥滚子轴承选型与齿轮箱设计提供理论依据。     

风电齿轮箱高速轴圆锥滚子轴承动态特性分析

齿轮箱是风电机组故障率最高的部件之一,其中高达50%的故障停机源于高速轴轴承的过早失效。外部变风载激励和齿轮箱内部激励下,高速轴轴承动载增大,将加速高速轴轴承破坏失效。以某750 kW风电齿轮箱高速轴圆锥滚子轴承为分析对象,采用ADAMS软件建立圆锥滚子轴承的多体动力学仿真分析模型,研究轴向载荷和径向载荷变化对轴承动态响应特性的影响,基于美国Spectra Quest转子实验台开展圆锥滚子轴承振动响应特性实验,掌握了圆锥滚子轴承的动态接触力与振动响应变化规律,将为风电齿轮箱高速轴圆锥滚子轴承选型与齿轮箱设计提供理论依据。     

圆柱滚子轴承振动信号时频特征提取及状态识别EI北大核心CSCD

为深入研究变工况下滚动轴承故障特征信息提取及状态识别方法,分别以圆柱滚子轴承三种典型状态件(轴承正常、外圈磨损、滚动体磨损)为研究对象,开展变工况下的圆柱滚子轴承振动信号特性分析。搭建了某型特种车辆变速箱圆柱滚子轴承实验台架,通过实验台架采集了不同输入转速作用下的圆柱滚子轴承故障振动信号。在此基础上,采用广义S变换(Generalized Stockwell Transform,GST)对原始振动信号进行时频域转换,将获得的二维时频矩阵作为特征矩阵;对特征矩阵进行奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD),获得表征圆柱滚子轴承典型状态件特征信息的奇异值向量组;将提取的奇异值向量组输入支持向量机(Support Vector Machine,SVM),利用SVM实现圆柱滚子轴承不同状态类型识别。结果表明:该方法可有效实现变工况下圆柱滚子轴承振动信号特征信息提取及状态识别,为旋转机械设备在线监测提供了一种有效手段。     

高速主轴滚子轴承的动特性分析

针对高速主轴滚子轴承工况特点建立油气润滑下的滚子轴承拟静力学模型,通过具体算例分析了转速、载荷等工况条件以及轴承游隙和空心滚子等因素对滚子轴承的动态性能的影响,并在此基础上结合Lundberg寿命理论计算相关参数对滚子轴承疲劳寿命的影响。结果表明:高速轻载工况下轴承打滑比较严重,通过施加适量的预载荷或者使用空心滚子可以减小轴承的打滑,然而过大的预载荷会导致轴承疲劳寿命迅速降低;高速下空心滚子可以减轻滚子轴承打滑程度并提高轴承疲劳寿命。     

双转子-中介轴承系统非线性振动特性

针对航空发动机双转子-中介轴承系统建立了简化动力学模型,考虑了中介轴承分数指数非线性、径向游隙和参数激励等非线性因素,以及高低转子系统的双频不平衡激励。采用数值积分方法求解获得系统的非线性振动响应,发现高低压转子分别通过系统一阶临界转速时引起的主共振附近转速区域内均存在振动突跳和双稳态现象,并分析了偏心距、转速比、中介轴承刚度、滚子数目及径向游隙对系统振动突跳与双稳态特性的影响。结果表明:减小转子偏心距能有效降低相应的共振峰峰值并抑制振动突跳行为,但双稳态区间会变宽;提高高低压转子的转速比将引起两个共振峰间距变大,但共振峰对应的转速之比约等于转速比;在一定范围内增大中介轴承刚度、增加滚子数目或减小径向游隙均可使双稳态区间变窄。研究成果有助于认识中介轴承的本质非线性特性对双转子系统非线性振动特性的影响,为提高航空发动机转子系统的运行稳定性提供了一定的理论指导。     

轴承摩擦力作用下弹性支承轴系自激振动特性研究

以重力式水洞中的弹性支承轴系为研究对象,研究其在水润滑橡胶轴承摩擦力作用下的自激振动特性及其机理。实验结果表明,系统于某一确定转速产生自激振动,并随转速下降维持不变直到一个较低转速由于驱动力不足而消失,各个转速下的自激振动均表现为转速调制下的单阶模态失稳。为了研究自激振动机理,建立了弹性支承轴系动力学模型。在建模时,将轴系分为弹性支承和转轴两个子结构,分别获取固有振动频率和模态振型,建立在轴承界面摩擦力作用下的支承-转轴耦合动力学模型,并采用模态叠加法对模型进行降阶处理。采用四阶Runge-Kutta方法求解动力学方程,分析主要物理参数对系统的影响。分析结果表明,失稳模态为支承的小阻尼扭转振动模态,支承振动与轴承摩擦耦合作用是系统失稳的主要原因。     

轴承摩擦力作用下弹性支承轴系自激振动特性研究EI北大核心CSCD

以重力式水洞中的弹性支承轴系为研究对象,研究其在水润滑橡胶轴承摩擦力作用下的自激振动特性及其机理。实验结果表明,系统于某一确定转速产生自激振动,并随转速下降维持不变直到一个较低转速由于驱动力不足而消失,各个转速下的自激振动均表现为转速调制下的单阶模态失稳。为了研究自激振动机理,建立了弹性支承轴系动力学模型。在建模时,将轴系分为弹性支承和转轴两个子结构,分别获取固有振动频率和模态振型,建立在轴承界面摩擦力作用下的支承-转轴耦合动力学模型,并采用模态叠加法对模型进行降阶处理。采用四阶Runge-Kutta方法求解动力学方程,分析主要物理参数对系统的影响。分析结果表明,失稳模态为支承的小阻尼扭转振动模态,支承振动与轴承摩擦耦合作用是系统失稳的主要原因。     

低噪音深沟球轴承振动特性研究

在滚动轴承动力学分析理论基础上建立含轴承零件工作表面波纹度的深沟球轴承动力学数学模型,并以某型号低噪音深沟球轴承为例,对不同结构参数、工况参数及谐波参数下低噪音深沟球轴承的振动特性进行理论分析。结果表明,合理选取径向游隙、内外沟曲率半径系数及保持架兜孔间隙等参数能使轴承本身达到减振降噪目的;振动值随轴承宽度增加逐渐减小;施加一定轴向载荷能有效降低轴承振动;存在的合理转速使用范围能有效降低轴承振动;内外滚道谐波阶次等于钢球数目整数倍时,轴承振动明显加剧;外滚道激励谐波对应的激励频率为kzfc,内滚道激励谐波对应的激励频率为kzfc+fs;偶次谐波阶次钢球表面波纹度对轴承振动有激励作用;轴承旋转套圈会激励更大的轴承振动值;瞬时载荷增加或瞬时速度提高均会致轴承振动增大。     

高速电主轴铣削稳定性研究

建立了高速电主轴轴承-转子动力学模型,并分析高转速与铣刀刀尖点处传递函数的关系,以此为基础建立高速电主轴铣削稳定性模型。以D62D24A型高速电主轴为例,针对转速对轴承动态支承刚度的"弱化"作用,计算系统第一阶径向振动固有振型,理论分析并经实验验证系统第一阶径向振动固有频率的变化趋势,并解析转速影响下的系统铣削稳定瓣图,实验验证了高转速下系统铣削稳定性能的变化趋势。     

光学跟踪仪器镜筒的振动频率与旋转轴支承

从轴承的接触理论和提出的振动模型所得到的计算方法,可以计算镜筒旋转轴支承的动、静力承载能力,支承刚度,镜筒的径向和扭转振动频率。把这些参数都用轴承的结构因素——滚子半径、轴承节径、密合因素、充填系数、接触角等来表示。由此可对光学跟踪仪器在总体设计时考虑镜筒振动频率的情况下,更合理的选定镜筒旋转铀的支承型式。并给出ATT的计算实例。     

计及套圈变形的电主轴角接触球轴承动刚度分析

针对高速电主轴结构特点,应用弹性力学和滚动轴承动力学理论,建立考虑内圈弯曲变形影响的角接触球轴承动刚度分析模型,探讨不同工况下内圈的径向挠度及其对轴承动刚度的影响,最后在12MD60Y6型号电主轴上进行轴承动刚度测试。理论和实验结果表明,内圈径向挠度和轴承的轴向载荷成正比、与转速成反比,在重载条件下其值不容忽视。考虑内圈径向挠度的轴承动刚度计算结果更接近实验结果。     

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。     

印刷机偏心滚子轴承接触应力与变形仿真分析

目的对偏心轴承接触应力与滚子静、动态变形进行研究,得到接触应力与变形和结构与工况因素的关系。方法在Hertz线接触与弹流润滑理论下,建立滚子接触应力模型及静、动态滚子间接触变形的关系模型,利用有限元软件Ansys仿真计算。建立静、动(润滑与转速)态下滚子变形之间的关系公式,分析印刷机偏心双列圆柱滚子轴承的接触应力与变形及相互关系。结果滚子与内外套圈的接触应力均随径向载荷的增大而增大,滚子与内套圈的接触应力大于滚子与外套圈的接触应力;滚子的总接触变形量与径向载荷呈正比关系,滚子的内外接触应力与滚子的总接触变形量也呈正比关系;滚子的边缘出现应力集中,须用设计凸度的方法降低,从而更好地提高偏心轴承的整体性能。结论根据接触应力与变形的关系,可为偏心轴承的设计与优化提供理论依据。     

考虑刚性转子非线性振动的圆柱滚子轴承动态特性研究

圆柱滚子轴承支承的转子系统由于赫兹接触力会使系统产生复杂的非线性振动,考虑圆柱滚子轴承的四个自由度推导了非线性轴承力,在此基础上建立了滚子轴承-刚性转子系统的四自由度非线性振动方程,使用Newmark-β法和Newton-Laphson法求解方程。给出了考虑刚性转子非线性振动计算滚子轴承动态特性的方法,分析了非线性振动对滚子轴承动态性能的影响,在滚子轴承转子实验台上测试了轴承的动态性能。结果表明,在转子系统的非周期振动范围,滚子轴承的保持架打滑率、刚度等动态特性会出现较大的变化,可能会引起轴承失效。考虑转子系统非线性振动,使得滚子轴承动态特性的预测结果准确度有较大提高。