高速角接触球轴承保持架柔体动力学分析

在角接触球轴承动力学分析基础上,结合轴承保持架的柔体性,采用修正的Craig-Bampton子结构模态综合法建立高速角接触球轴承保持架柔体动力学方程.利用ADAMS系统开发了角接触球轴承刚柔多体动力学分析程序,对高速角接触球轴承保持架动态性能进行了分析;并采用Gupta的角接触球轴承动力学分析结果加以验证.分析结果表明...     

摆动球轴承球与保持架碰撞行为

针对摆动球轴承工作过程中保持架早期失效问题,基于滚动轴承动力学理论,建立摆动工况下球轴承的动力学分析模型.采用Gear stiff变步长积分算法求解该模型,分析轴承工况参数、润滑剂拖动系数和保持架兜孔间隙对钢球与保持架瞬时碰撞行为的影响.结果表明:摆动工况下钢球与保持架的碰撞力远大于恒速下钢球与保持架的碰撞力;承载区钢...     

内圈倾斜角对高速角接触球轴承动态特性的影响

由于加工装配误差不可避免,高速角接触球轴承内外套圈之间普遍存在不同程度的倾斜角。套圈倾斜角对轴承的运转性能有很大影响,在某些条件下甚至造成轴承失效。针对上述情况,给出一种综合考虑套圈倾斜角、高速离心效应的轴承分析计算模型,采用Newton-Raphson法计算内圈存在倾斜角条件下高速角接触球轴承动态特性。结果表明：轴承转速升高,内圈倾斜角引起的轴承接触应力波动变弱,旋滚比、公转转速波动变化均增强,可见在高速下内圈倾斜角更易引发与轴承热相关的失效模式而非常见的疲劳失效;对于承受联合载荷的角接触球轴承,适当的内圈倾斜角可在一定程度上减弱由径向载荷所带来的接触角、公转速度、旋滚比波动,并显著增大轴承径向刚度和角刚度;存在内圈倾斜角时,氮化硅陶瓷球轴承在接触角、旋滚比、公转转速、动态刚度方面表现均优于钢球轴承,但套圈接触应力与钢球轴承相比对内圈倾斜角更加敏感。     

双列角接触球轴承动刚度特性分析

为研究双列角接触球轴承动刚度特性,在双列角接触球轴承动力学分析基础上,建立双列角接触球轴承动刚度仿真分析模型。采用精细积分法和预估-校正Adams-Bashforth-Moulton多步法相结合的算法对双列角接触球轴承动刚度模型进行求解,分析轴承结构参数和工况参数对轴承动刚度的影响。分析结果表明：沟曲率半径系数对轴承动刚度影响较小,随着内、外沟曲率半径系数的增加,径向刚度略有增大,轴向刚度和角刚度相对减小;增加钢球数有利于提高轴承动刚度;轴向预紧量较大时轴承动刚度较高,但过大的轴向预紧会使轴承寿命降低,应合理确定轴向预紧量;随转速的增大,轴承动刚度先减小后增大,且转速较低时可近似以接触刚度代替轴承动刚度,转速较高时应综合接触刚度和油膜刚度求得轴承动刚度;外载荷对轴承动刚度有较大影响,加大径向载荷和轴向载荷有利于提高轴承动刚度,随着力矩载荷的增大,轴承动刚度变化较为复杂,但整体上,呈现先减小后增大的趋势。     

推力球轴承摩擦力矩特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了推力球轴承动力学分析模型以及摩擦力矩数学模型,仿真分析了不同结构参数、工况参数对摩擦力矩特性的影响规律,并进行了对比验证。研究结果表明：自旋滑动产生的摩擦力矩约为推力球轴承总摩擦力矩的70%;从推力球轴承的设计角度,在保证保持架稳定性的前提下,可以适当增加钢球数和增大保持架兜孔间隙来减小轴承摩擦力矩,但钢球数对摩擦力矩的影响更为明显,且对轴承结构影响最小,应优先考虑;随着轴(座)圈沟曲率半径系数的增大,轴承摩擦力矩呈现指数形式减小,当轴(座)圈沟曲率半径系数达到0.56以后,轴(座)圈沟曲率半径系数的增大对轴承摩擦力矩影响很小,但考虑到推力球轴承的承载能力,轴(座)圈沟曲率半径系数应在0.56~0.58之间选取较为合适;从推力球轴承的使用角度,倾覆力矩、外载荷冲击量和轴承转速会对轴承的摩擦力矩产生显著影响,且外载荷冲击量的影响程度最大。     

双排非对称四点接触球转盘轴承刚度分析

随着轴承空间限制和高承载能力的目标要求,对传统负游隙对称型（初始接触角α₀₁=α₀₂=45°）双排四点接触球转盘轴承进行改进,提出负游隙非对称型接触角设计（α₀₁为35°～60°,α₀₂为90°－α₀₁）,并基于赫兹接触理论和滚动轴承设计方法建立负游隙非对称双排四点接触轴承的力学模型。结果表明：随着单向载荷轴向力F_a、径向力F_r和倾覆力矩M增加,主刚度在开始阶段基本呈下降趋势,随着单向载荷的增加非线性上升,负游隙的影响使得轴承的刚度变化曲线存在一个临界拐点;初始阶段随着轴向负游隙量的增加,轴承的初始预紧刚度都得到明显提高,但随着载荷的增加负游隙对轴承刚度的影响逐渐减弱,最终基本趋于一致;单向载荷条件下,当轴向负游隙为-0.03 mm和非对称接触角取α₀₁=55°,α₀₂=35°时,其综合轴承刚度最好;综合外载工况下,负游隙取-0.03 mm和非对称接触角取α₀₁=60°,α₀₂=30°或α₀₁=35°,α₀₂=55°时轴承综合刚性最佳。从提高轴承综合刚性角度考虑,非对称接触角设计和负游隙都可以起到明显效果。     

空调滑片式压缩机用圆柱滚子轴承摩擦功耗特性分析

为了降低空调滑片式压缩机的摩擦功耗,对其所用圆柱滚子轴承的摩擦功耗特性进行了研究。基于滚动轴承动力学理论,考虑周期性载荷因素,建立了压缩机用圆柱滚子摩擦功耗数学模型,在此基础上分析了轴承工况参数和结构参数对圆柱滚子轴承摩擦功耗特性的影响规律。研究结果表明：在满足轴承使用要求前提下,选取较大的径向游隙有利于降低轴承的摩擦功耗;圆柱滚子轴承存在合理的保持架引导间隙和保持架兜孔间隙,使得轴承摩擦功耗最小;随着滚子个数增加,轴承摩擦功耗增加,在保证轴承承载能力前提下,可以适量减少滚子数量,以降低轴承摩擦功耗;新型滑片式压缩机摩擦功耗比传统型降低了39%.     

海上柔性并联平台空间动力学建模与分析

针对某海上螺旋副-虎克铰-球铰(HUS)柔性并联平台由快速稳定和大负载引起的支撑连杆弹性变形和负载瞄准位置偏差问题,进行了空间弹性动力学建模。采用模态函数和空间等截面梁单元模型对弹性连杆进行空间建模,基于虎克铰和球铰连接的连杆为两自由度空间运动,推导了空间单元坐标与系统坐标的两自由度转换矩阵,利用平台的运动学和动力学约束条件建立了HUS柔性并联平台的空间弹性动力学方程;运用Newmark方法对弹性动力学方程进行离散求解,分析了平台的弹性动力学响应和支撑连杆的最大动应力,并进行了动力学测试实验;进一步分析了弹性变形对负载瞄准精度的影响。研究结果表明：由弹性变形引起的支撑点最大位移为2.45 mm,且x轴明显大于y轴和z轴;由弹性角位移引起最大位置偏差为1.35 m. 实验结果与仿真结果一致,验证了数值建模的有效性。     

自行高炮行进间射击炮口响应特性研究

为研究自行高炮行进间射击时的炮口响应特性,基于多体系统动力学、车辆地面力学、火炮发射动力学建立了自行高炮行进间发射动力学模型,运用谐波叠加法,对典型的自行高炮行驶路面进行重构。通过数值计算获得了不同行驶和射击工况下的炮口响应,分析了行驶速度、路面等级、射击载荷、射角等因素对自行高炮的炮口响应的影响。考虑了自行高炮结构非线性因素,运用有限元方法和接触碰撞理论,将柔性身管模型和滚珠座圈大规模接触碰撞模型应用于模型中。计算结果表明,随着行驶速度和路面等级的提高,炮口动态响应增大,行进间不同射击工况下,炮口响应情况有较大差异。研究结果为掌握自行高炮行进间射击炮口扰动规律提供了参考依据。     

YRT转台轴承摩擦力矩特性研究

为研究YRT转台轴承的摩擦力矩特性,在对其静力学分析基础上建立了摩擦力矩模型,并对摩擦力矩模型进行了试验验证。基于模型计算结果,分析了工况参数、轴向游隙和滚子修形对摩擦力矩特性的影响规律。结果表明：YRT转台轴承在承受轴向载荷时,摩擦力矩主要由上排滚子产生,且摩擦力矩曲线上存在一拐点,拐点前后摩擦力矩与轴向载荷基本呈比例关系,但比例系数不同;在低速范围内,摩擦力矩随着转速的增大逐渐增大,但总体变化幅度较小;YRT转台轴承摩擦力矩随轴向游隙的减小逐渐增大,且增幅逐渐增大;使用全凸圆弧修形滚子可以有效地降低摩擦力矩。     

基于响应面法的双级串联轴承结构优化设计

双级串联轴承相比传统的单级轴承具有极限转速高、使用寿命长等优点，但双级串联轴承相比单级轴承增加了一级轴承结构，导致整体质量较大，限制了很多场合的应用。针对此问题，对双级串联轴承结构进行优化设计。通过有限元分析，得到轴承等效应力、接触应力和整体温升情况，并采用响应面法对各设计变量进行局部灵敏度分析，确定并筛选出与目标函数相关性较高的参数。以轴承质量、疲劳寿命和温升为优化目标，以球径、球数和沟曲率半径系数为设计变量，通过多目标遗传算法对双级串联轴承进行多目标优化设计，从而得到双级串联轴承最优内部几何参数，并根据优化结果搭建试验装置进行了试验验证。优化结果表明：优化后双级串联轴承质量减轻10.47%，最大接触应力减小9.11%，最大等效应力减小6.45%，最大温度增大1.9%，所提优化方法为双级串联轴承结构设计及航空场合的拓展应用提供理论依据。     

某型步兵战车行进间射击高低机动态接触非线性计算

为建立更为准确的火炮发射动力学仿真模型,以某型步兵战车高低机齿轮与齿弧为对象,对双齿啮合接触刚度系数进行了计算,并与整体ADAMS发射动力学模型进行了耦合。建立了齿轮与齿弧有限元模型,设置齿轮与齿弧初始啮合位置为双齿啮合区,采用罚函数法,求得接触力、接触间隙、接触渗透量等双齿区域接触特性,结合Contact接触力公式计算双齿接触刚度系数。以此为基础数据,建立了ADAMS步兵战车整车刚柔耦合发射动力学模型,对火炮行进间射击过程进行动力学仿真分析; 研究了2档车速下4种中等起伏路面条件下的行进间射击结构动态响应,齿轮、齿弧之间的动态间隙对火炮俯仰部分的空间指向的影响,分析结果表明,计算的高低机双齿啮合接触刚度系数能有效反映行进间射击过程中的动态特性,并为实现高机动条件下的高精度打击能力、提高射击精度提供数据基础。     

考虑铰链间隙的水面并联稳定平台动力学分析

针对某小型浮式稳定平台结构紧凑、负载惯量大的特点,设计了一种以少自由度并联机构为基础的改进型串联与并联机构。根据该平台的结构特点,进行了运动学分析,推导了系统雅可比矩阵,并利用Lagrange方法建立了平台的动力学模型,分析了平台的动力学特性。为分析含间隙的支链受力,将其简化为刚体—弹簧模型,通过改进的Hertz接触理论,采用非线性弹簧阻尼模型计算接触力,最终建立了含铰链间隙的平台动力学模型。数值计算与实验结果表明了数据建模的有效性,同时铰链间隙对动平台的位置精度和动力学特性产生了显著影响,对平台结构产生了较强的冲击。     

迫击炮弹丸与身管配合间隙优化设计

针对迫击炮弹丸出炮口时的尾翼颈部折断问题,考虑弹丸前定心部与膛壁的摩擦,建立了迫击炮弹丸与身管耦合系统的有限元模型,对弹丸膛内运动过程进行了仿真计算,得到弹丸起始扰动,以出炮口时刻弹丸起始扰动的位移、角位移和角速度构建优化目标函数,以弹丸与身管配合间隙为设计变量,基于Isight软件提供的多目标优化方法对弹丸起始扰动进行优化设计,得出了相对最优配合间隙值。结果表明,迫击炮弹丸与身管配合间隙对弹丸起始扰动影响显著,优化后出炮口时刻弹丸质心位移、角位移和角速度均明显减小,该结果对迫击炮弹丸与身管的匹配设计具有一定参考价值。     

四轴平台新型框架支承系统

新型高精度框架支承系统，即带预紧“无间隙”自润滑轴承框架承系统的结构形式为固定端用成地面对大接触角轴承，游动端用成对面对面小接触角轴承。这种新型框架支承的特点是通过准确可靠的顶紧，提高了系统支承刚度，解决了稳定平台台体的定位精确度问题。     

考虑轴承接触/碰撞的某火炮动力学数值仿真

基于多体动力学理论,建立了考虑方向回转轴承内大规模接触/碰撞的某火炮发射动力学模型。利用Harris经验公式和Hertz公式计算滚珠与滚道、滚珠与滚珠之间的接触刚度。针对轴承结构和运动特点,对LMS.Virtual Lab Motion进行了二次开发,用宏定义方向回转轴承内的接触,考虑了摩擦力的影响。通过数值仿真,分析了大规模接触/碰撞对炮口振动影响,得到了滚珠与滚道的载荷分布;在该模型基础上,对滚珠与滚道间隙对炮口扰动的影响进行了初步探讨,为该火炮方向回转轴承的设计提供了参考。     

反后坐装置布局对炮口振动的影响研究

炮口振动是影响火炮射击精度的关键因素之一,它与反后坐装置布局及载荷传递密切相关。利用Flex-Flex接触碰撞模型模拟前后衬瓦与身管的相互作用,通过含微小间隙的改进接触算法和计及运动间隙的修正的Coulomb摩擦力方程表征揺架衬瓦和身管的接触碰撞关系,建立了全炮刚柔耦合发射动力学模型,在验证模型的基础上对提出的反后坐装置布局方案进行数值仿真和评估分析。研究结果表明,反后坐装置对称布局方案可有效降低炮口振动和衬瓦接触力,有利于提高射击精度和衬瓦磨损寿命,对该类火炮总体设计具有重要意义。     

新型柔性路面结构非线性分析方法研究

为预测敷设于松软泥泞地基之上的柔性路面在车辆荷载下的静力性能,选取Duncan-Chang本构模型模拟地基土体非线性弹性力学特性,将柔性路面结构简化为膜-梁单元力学模型。考虑路面结构受载大变形、地基与路面的接触非线性,采用有限元分析软件Abaqus建立柔性路面结构的非线性分析模型,得出了路面结构受载后变形和内力响应等结果,并通过实载试验验证了数值分析结果的准确性。结果表明,基于Duncan-Chang本构模型的路面结构非线性分析方法能够满足工程分析要求。     

考虑齿轮轴变形的斜齿轮接触分析

为分析齿轮轴复杂变形（弯曲变形与扭转变形的耦合）对斜齿轮接触状态的影响,利用有限元方法,研究了齿轮轴变形下斜齿轮传动系统的接触特性。通过有限差分法计算齿轮轴变形量,以及ISO 6336-1标准对齿轮啮合刚度的计算,验证了有限元方法和模型的正确性。通过分析齿轮轴特性,建立了刚性和柔性齿轮轴两种有限元模型。计算结果表明,齿轮轴的变形会影响齿轮齿向载荷分布、接触应力分布、齿根弯曲应力分布,从而引起偏载现象,并且增加了齿轮啮合重合度,降低了齿轮的啮合刚度。为分析齿轮轴复杂变形（弯曲变形与扭转变形的耦合）对斜齿轮接触状态的影响,利用有限元方法,研究了齿轮轴变形下斜齿轮传动系统的接触特性。通过有限差分法计算齿轮轴变形量,以及ISO 6336-1标准对齿轮啮合刚度的计算,验证了有限元方法和模型的正确性。通过分析齿轮轴特性,建立了刚性和柔性齿轮轴两种有限元模型。计算结果表明,齿轮轴的变形会影响齿轮齿向载荷分布、接触应力分布、齿根弯曲应力分布,从而引起偏载现象,并且增加了齿轮啮合重合度,降低了齿轮的啮合刚度。     

柔性旋转火箭发射时的弹-管间隙效应

本文研究了弹-管间隙存在的情况下柔性飞行器的发射动力学特性。提出了描述弹-管间隙效应的物理模型。根据横向弹。管相对位移确定火箭在发射中的运动和约束状况，通过变接触刚度模拟弹-管间的耦合反力和间隙作用。数值计算火箭瞬态动力学响应，分析了弹-管间隙对火箭运动姿态的影响。