角接触球轴承热力学耦合模型与分析方法

接触球轴承运行时,其力学性能与热态特性之间存在高度耦合与交互,轴承热预紧力在这一过程中起着桥梁连接作用。在研究角接触球轴承非线性力学性能与热效应耦合机制的过程中,分析了结合面接触热阻、油气润滑及周边组件换热等边界条件对轴承热态特性的影响,提出了一种角接触球轴承热力学耦合分析方法,并基于多软件协同计算平台建立了轴承热力学耦合模型。在轴承实验平台上,借助热巡检仪,利用轴承套表面开设的测温工艺孔实施了温度实验,对轴承热力学耦合模型的仿真计算结果进行了验证。该模型可用于预测角接触球轴承在不同转速下热预紧力的变化规律,分析比较热预紧力对轴承运行刚度的影响。     

A comparative study of surface waviness models for predicting vibrations of a ball bearing

Surface waviness models utilized to describe the excitation events in the ball bearings(BABs) play an important role in predicting the vibrations of the ball bearing systems. This work proposes a comparative study on the most relevant existing surface waviness models. One model is named as time-varying displacement(TVD) model, which can only describe the time-varying displacement excitation(TDIE). Another model is named as TVDS model, which can describe the TDIE and time-varying contact stiffness coefficient excitation(TCSE). The influences of the wave number, maximum amplitude, nonuniform distribution on the contact stiffness coefficients are studied, as well as vibrations of the BAB. The comparative results demonstrate that the time-varying displacement and stiffness(TVDS) model can provide a more accurate impulses caused by the uniform and nonuniform surface waviness on the races of the BABs. It also seems that the surface waviness distribution has a significantly influence on vibrations of the BABs.     

基于表面特征的滚动轴承振动模型研究

针对轴承制造过程中形成的粗糙度、波纹度、圆度等影响轴承振动的主要因素,利用Lagrange动力学方程建立了具有表面特征的滚动轴承系统的振动模型.该模型可用于分析轴承各部件的表面特征对轴承振动的影响,同时也可用于分析轴承各部件表面存在加工缺陷时系统的振动特性.以轴承内外圈和滚动体表面的波纹度为例,从理论上推导了波纹度阶数与系统振动频率的关系,仿真结果验证了该模型的正确性,所得的结论对轴承振动理论研究和指导低噪声轴承生产有重要意义.     

Dynamic analysis of traction motor in a locomotive considering surface waviness on races of a motor bearing

The traction motor is the power source of the locomotive. If the surface waviness occurs on the races of the motor bearing, it will cause abnormal vibration and noise, accelerate fatigue and wear, and seriously affect the stability and safety of the traction power transmission. In this paper, an excitation model coupling the time-varying displacement and contact stiffness excitations is adopted to investigate the effect of the surface waviness of the motor bearing on the traction motor under the excitation from the locomotive-track coupled system. The detailed mechanical power transmission path and the internal/external excitations (e.g., wheel–rail interaction, gear mesh, and internal interactions of the rolling bearing) of the locomotive are comprehensively considered to provide accurate dynamic loads for the traction motor. Effects of the wavenumber and amplitude of the surface waviness on the traction motor and its neighbor components of the locomotive are investigated. The results indicate that controlling the amplitude of the waviness and avoiding the wavenumber being an integer multiple of the number of the rollers are helpful for reducing the abnormal vibration and noise of the traction motor.

     

制造误差对气体静压轴颈-止推轴承静特性影响

为了分析制造误差对轴颈－止推相连型结构气体静压轴承的影响，提出了相容性变换条件，将轴颈和止推轴承进行统一分析；在离散化过程中，利用加权余量法将二阶偏微分方程降低一阶，主松了对插值函数连续度的要求，便于借助有限元技术分析狭缝节流气体静压轴承的流场参数。研究了平行度、圆度和商面垂直度等制造误差对静态特性的影响；重点分析了轴颈轴承和止推轴承之间的相互影响，发现了轴颈的锥度误差会影响轴向承载能力，止推端面垂直度误差会影响径向承载能力。     

滚动轴承振动特性的时间序列分析

滚动轴承零件各接触表面的波纹度是引起轴承振动的主要原因。本文分析了轴承滚动表面波纹度对轴承的激振特性,提出了一种直接由振动信号来分析滚动表面加工质量的检测方法。该方法利用时间序列分析技术,对滚动轴承振动信号进行建模和谱分析,找出引起轴承振动的表面因素。试验结果表明,本文提出的方法能正确地分析出表面波纹度的激振特性以及引起轴承振动的主要波纹度谐波分量。     

精密球轴承不可重复跳动影响主轴动特性的预测

将精密球轴承不可重复跳动(NRRO)的研究引入到主轴系统分析中,阐述了主轴系统NRRO的概念。应用滚动轴承几何学、弹性力学和滚道控制论,给出了高速角接触球轴承由内圈、外圈、钢球几何误差与球数变化所引起的NRRO的数值计算公式。为了在设计阶段揭示NRRO对精密主轴的影响规律,建立了考虑NRRO效应的主轴系统动态预估模型。计算实例和理论分析表明:球轴承中当一个钢球误差较大时,NRRO值随着球数增加而降低;内、外圈的几何误差对系统NRRO的影响较小;钢球本身的表面几何误差对系统NRRO的影响比较显著。针对现有轴系设计方法的不足之处,在预估模型基础上,提出了基于响应面的主轴系统NRRO抑制设计方法,为精密轴承系统研究提供了一定的理论依据和参考。     

圆度误差置换算法的研究

对圆度误差评定理论及应用进行了探讨 ,构造了圆度误差数学模型 ,利用置换算法按最小条件求得圆度误差 .给出一个圆度误差评定的实例 ,结果证明 ,该方法有较高的精度和速度 .另外 ,此评定方法具有很强的通用性 ,可为其它形状误差的求解提供参考 .     

Load-induced error identification of hydrostatic turntable and its influence on machining accuracy

In heavy duty machine tools, hydrostatic turntable is often used as a means for providing rotational motion and supporting workpiece, so the accuracy of turntable is crucial for part machining. In order to analyze the influence of load-indcued errors on machining accuracy, an identification model of load-induced errors based on the deformation caused by applied load of hydrostatic turntable of computerized numerical control(CNC) gantry milling heavy machine is proposed. Based on multi-body system theory and screw theory, the space machining accuracy model of heavy duty machine tool is established with consideration of identified load-induced errors. And then, the influence of load-induced errors on space machining accuracy and the roundness error of a milled hole is analyzed. The analysis results show that load-induced errors have a big influence on the roundness error of machined hole, especially when the center of the milled hole is far from that of hydrostatic turntable.     

五轴机床旋转轴几何误差分析与补偿

五轴机床旋转轴之间装配所导致的位置无关几何误差（PIGEs—Position independent geometric error）是决定机床精度的关键因素,如何量化PIGEs对位姿精度的影响程度以及误差项之间的耦合作用强弱,从而合理地确定补偿值的权重系数是目前机床误差补偿技术所关注的热点问题。为降低五轴机床装配导致的PIGEs对机床精度的影响,首先,基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了混合式五轴机床几何误差综合模型,表征了空间误差向量与几何误差项之间的映射关系。其次,考虑几何误差的分布特性,引入Morris全局灵敏度分析方法量化几何误差的作用效果及误差参数间的耦合强弱,通过灰色关联度分析表征误差的敏感性系数与位置向量、姿态向量间的关联程度,基于分析结果确定位置无关几何误差补偿值的权重系数。最后,以摆头-转台为特征的混合式五轴机床为例,进行基于球杆仪(DBB-Double ball bar)的几何误差测量辨识实验,利用辨识值进行虚拟圆锥台轨迹测量、误差补偿和复杂曲面零件加工实验。结果显示：十项几何误差对姿态误差的直接作用效果最为明显,利用基于敏感性分析的修正补偿值进行误差补偿后,虚拟圆锥台测量轨迹的半径偏差减小了65.1%,圆度误差降低了58.8%。基于误差分析实施误差补偿后,“S”型工件的轮廓精度平均提升了49.9%,误差补偿结果验证了误差分析结果的准确性和有效性。     

最佳稀布阵列的容差分析

论文讨论实际误差对加权最佳稀布阵列的几个主要性能指标(主瓣增益、波束宽度、指向、副瓣电平)的影响,并给出了几种主要误差的容限。还专门讨论了阵元失效和互耦对天线性能的影响。主要结论都有计算机结果佐证。     

薄壁角接触球轴承轴向刚度分析及其实验

针对薄壁角接触球轴承刚度分析中的多体接触协调变形的情况,以71718轴承为例进行了薄壁角接触球轴承的轴向刚度特性研究．根据单元大小对分析结果的影响确定合理的单元尺寸;利用所确定的单元尺寸建立71718轴承的三维有限元模型,并对其轴向刚度进行分析;搭建轴承轴向刚度测试平台,并利用该平台对71718的轴向刚度进行测试．实验结果与分析结果的对比可知,利用Hertz解析解计算时误差较大,利用有限元法得到的解与实际测试结果误差在10％以内．     

圆度误差评定的计算机实现方法

用最小二乘圆法研究圆度误差评定问题．提出一种圆度误差评定的计算机算法．在微机上用Ｃ语言实现确定最小二乘圆圆心,并以此为评定基准计算轮廓曲线上到该圆心的最大和最小半径之差即为圆度误差,并给出了实例     

单纯形算法在圆度误差评定中的应用

提出一种圆度误差评定的实用算法，利用线性规划单纯形法，按最小条件求得圆度误差。计算结果表明所建立的数学模型具有编程简单和运行速度快的特点，此外该评定方法具有很强的通用性，对于其它形状误差的求解亦有参考价值。     

筒形件强旋工艺参数对金属切向流动的影响

筒形件旋压过程中的扩径或缩径现象是影响旋压件内径精度的主要因素;它不仅使旋压件尺寸产生较大误差,而且赞成圆度和圆柱度误差。由于扩径或缩径现象是由材料的切向流动所引起的,研究旋压切向流动对改进工艺条件,控制工作质量有重大意义和实用价值。用弹塑性有限元模拟结果,分析了减薄率、进给比1旋轮工作角、毛坯壁厚、材料性能等因素对金属切向流动的影响,为实际生产中控制旋压件尺寸精度提供了理论依据。     

高阶传动误差函数的面齿轮传动设计新方法

为了提高面齿轮传动的动态性能和降低啮合对安装误差的敏感性,提出具有高阶传动误差函数的面齿轮齿面设计方法,描述了齿轮传动反映输出和输入角度关系的四阶传动误差函数的数学模型,考虑刀具齿轮与圆柱齿轮齿数差,推导了面齿轮数控加工过程中具有四阶传动误差函数的齿面方程．利用盘形砂轮对渐开线圆柱齿轮齿向修形,发展圆柱齿轮齿向修形的鼓形齿面．建立面齿轮副轮齿接触分析条件,对具有四阶传动误差函数的面齿轮和齿向鼓形的渐开线圆柱齿轮的啮合进行了计算机仿真和啮合分析．研究结果表明,设计传动误差幅值为10″,在对准安装和轴夹角误差为0．02。的条件下,齿轮副输出的高阶传动误差幅值为0″,其他形位参数与预置的参数完全一致;齿面接触区域对安装误差不敏感,接触迹线始终稳定在齿轮半径的172mm附近。     

固定支承无心磨削成形周期性误差的研究

通过对固定支承外圆无心磨削时工件表面产生周期性误差及固定支承角的大小对定位误差影响的原因分析,提出了利用调整固定支承角的方法提高磨削加工精度的途径,指出在零件生产规模达到一定批量时,应首先找出零件上原始形状误差的分布规律,在此基础上,通过优化调整无心磨床支承角,使工件原始周期性形状偏差引起的周期性形状误差达到最小化.     

非接触激光圆度仪的研制

本文介绍一种非接触式检测大型回转体件圆度误差的激光圆度仪工作原理及总体构成、并通过实验予以验证。该仪器采用激光狭缝扫描原理和光电传感技术, 通过电子学单片机技术进行误差分离及数据处理, 从而实现圆度误差测量     

制造误差对气体静压轴颈-止推轴承静特性影响

为了分析制造误差对轴颈-止推相连型结构气体静压轴承的影响,提出了相容性变换条件,将轴颈和止推轴承进行统一分析;在离散化过程中,利用加权余量法将二阶偏微分方程降低一阶,放松了对插值函数连续度的要求,便于借助有限元技术分析狭缝节流气体静压轴承的流场参数。研究了平行度、圆度和端面垂直度等制造误差对静态特性的影响;重点分析了轴颈轴承和止推轴承之间的相互影响,发现了轴颈的锥度误差会影响轴向承载能力,止推端面垂直度误差会影响径向承载能力。     

制造误差的灰自助动态预报

综合考虑灰色系统理论和Bootstrap统计理论的信息预报特点,建立制造误差的灰自助动态预报模型GBM(1,1),以解决信息预报中存在的一些问题。GBM(1,1) 在灰微分建模时进行Bootstrap再抽样,更多地挖掘系统信息,从而更准确地预报系统真值及其分布区间的瞬态变化状况。在计算机仿真中,研究了各种随机误差系统例如正态分布、瑞利分布、均匀分布、三角分布以及混合分布等系统的预报问题,也涉及到一些系统误差例如上升趋势、下降趋势和周期趋势等误差的预报问题。在实际试验中,研究了滚动轴承套圈磨削圆度误差的预报问题。计算机仿真和试验研究表明,GBM(1,1)允许小的数据样本以及各种类型的随机误差与系统误差存在,预报的准确率可以达到95%以上。