内外圈反向旋转的轴承保持架动态特性试验机研制及试验分析

针对现有滚动轴承保持架动态特性试验机存在的不足,提出一种内外圈可反向旋转的保持架动态特性试验机。采用两个电机分别驱动轴承内外圈反向旋转,提高轴承套圈的相对转速,并能实现保持架的转速可控;在被试轴承保持架端部垂直布置两个激光线位移传感器,在不改变保持架结构的条件下能同时测得保持架质心的轴向和径向运动;利用该试验机进行了几种工况下的保持架动态特性试验,试验结果与轴承动力学仿真结果吻合,为深入探究保持架的运动机理提供了试验基础。     

加速过程角接触球轴承保持架动态特性分析

角接触球轴承是数控机床进给系统中的重要零部件,其加速过程转速的变化对其动态性能影响很大。以角接触球轴承7603025为研究对象,建立了角接触球轴承的多刚体动力学分析模型。采用Adams对角接触球轴承在不同径向载荷、轴向载荷和角加速度条件下的加速过程进行了动态仿真,研究了径向载荷、轴向载荷和角加速度三个工况参数对其加速过程保持架的转速、质心轨迹,以及单个滚球与保持架接触力等动态特性的影响,并进行了实验验证。研究结果表明,径向载荷与角加速度的增大会导致滚球对保持架冲击力变大,从而造成加速过程中保持架转速的波动变大和保持架质心运动不平稳;轴向载荷的增大会导致滚球对保持架碰撞力变小,从而使得加速过程中保持架转速的波动变小和保持架质心运动更平稳。仿真结果与实验结果吻合良好,验证了所建立的动力学分析模型的有效性。     

启停阶段圆柱滚子轴承动态特性分析

启停过程普遍存在于旋转机械设备中,该过程转速的变化对滚动轴承动态性能的影响甚大,然而启停阶段滚动轴承动态特性的研究相对缺乏。以圆柱滚子轴承NU306为研究对象,建立了圆柱滚子轴承非线性接触的三维动态有限元模型。采用显式动力学有限元法对圆柱滚子轴承在不同角加速度和径向载荷条件下的启停过程进行了动态仿真,研究了角加速度和径向载荷两个工况参数对其启停阶段保持架角速度、内圈质心位移,以及所有滚子与保持架接触力等动态特性的影响,并进行了实验验证。研究结果表明,内圈角加速度的增大会加重滚动轴承启停过程的打滑,而径向力的增大会减小滚动轴承启停过程的打滑;在启停阶段,角加速度和径向力愈大,则内圈质心位移以及滚子与保持架接触力越大。仿真结果与实验结果吻合良好,验证了所建立有限元模型的有效性。     

轴承保持架质心运动轨迹测量

介绍了滚动轴承保持架质心运动轨迹的激光测量方法。以实体保持架轴承为试验对象,采用两个相互垂直激光传感器安装在轴承径向平面上,检测保持架的径向振动位移,通过对振动信号进行处理得到了保持架运动的质心轨迹图。试验结果验证了激光对微型滚动轴承实体保持架质心运动轨迹测量的有效性。     

角接触球轴承保持架动态特性有限元分析

为对保持架动态特性进行分析,基于ABAQUS建立角接触球轴承有限元模型,通过施加不同的转速和载荷进行动力学仿真,从保持架质心运动轨迹和质心涡动速度偏差比两方面对其动态特性进行分析。结果表明:轴承仅承受轴向载荷时,保持架稳定性随轴向载荷增大先提高后降低;同时承受轴向载荷和径向载荷时,轴向载荷和转速增大可提高保持架稳定性;径向载荷增大时,保持架稳定性降低,且径向载荷对保持架动态特性影响比轴向载荷大。     

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。     

变工况下风电齿轮箱轴承动力学特性研究

轴承是风电机组齿轮箱的核心零部件，具有高转速、且转速和载荷随风速不断变化的特点，这些特点影响着轴承的动力学特性。本文针对风速变化引起的风电齿轮箱轴承动力学问题，建立了考虑轴承刚柔耦合的动力学模型，开展了变工况下轴承动力学特性研究，获得变速、变载条件下轴承保持架运动、应力等动态性能的变化规律。结果表明：转速和载荷的波动均会影响轴承保持架应力状态及其位移；转速和载荷的突然波动使保持架应力和位移增加。本文的研究为风电齿轮箱轴承动力学特性研究提供了数据支持。     

高速滚子轴承中滚子运动规律的试验研究

本文介绍了短元柱滚子轴承的保持架转速和滚子自转转速的测量方法。试验研究了滚子轴承的径向载荷、工作转速、自由游隙和滚子数目对滚子运动规律的影响,并给出了试验结果曲线。     

角接触球轴承多体动力学分析

利用ADAMS软件建立了套圈、钢球和保持架的角接触球轴承多体接触动力学仿真模型,在不同转速、径向力和引导游隙下,运用ADAMS软件仿真分析了角接触球轴承的动力学性能、保持架的波动冲击和稳定性,讨论了角接触球轴承的接触力、保持架的角加速度及其质心运动轨迹等的仿真结果。研究结果表明,保持架的波动和稳定性与角接触球轴承的运动速度、引导间隙和载荷等因素相关。多体动力学模型和分析结果为不同工况下使用的角接触球轴承的动态设计和疲劳寿命提供了参考方法。     

角接触球轴承保持架柔性多体动力学分析

考虑套圈、钢球和保持架的结构弹性变形与动态接触关系,建立了角接触球轴承柔性多体接触动力学有限元仿真模型。在不同引导游隙、转速和径向力下,运用ANSYS/LS-DYNA仿真分析了角接触球轴承的动力学性能,以及保持架的动态冲击应力和稳定性。计算讨论了角接触球轴承的动态接触应力,获得了保持架的角速度、动态冲击应力、质心运动轨迹等仿真结果,它们与理论计算结果具有较好的一致性。结果表明,球轴承运动速度的变化对保持架的动态冲击应力和稳定性的影响较大。     

航空发动机主轴高速圆柱滚子轴承保持架柔体动力学仿真

在轴承动力学分析基础上,考虑保持架的柔性特性,采用修正的Craig-Bampton子结构模态综合法建立了航空发动机主轴高速圆柱滚子轴承保持架柔体动力学方程,利用ADAMS系统开发了圆柱滚子轴承刚柔耦合动力学仿真软件,并对保持架动态性能进行仿真,着重对轴承工况和结构参数与保持架动态特性的关系进行了研究。仿真结果表明:振动应力引起的疲劳失效多发生在保持架梁处;高速轻载工况下保持架易产生较大的打滑;径向游隙适当增大有利于降低打滑率;兜孔间隙与引导间隙比值大于1后保持架运动平稳性明显变差。最后,试验验证表明,柔性保持架动力学模型所得结果比刚性模型所得结果更接近试验结果。     

高速圆柱滚子轴承保持架动态特性分析

基于Adams软件建立了考虑润滑作用的高速圆柱滚子轴承动力学模型,采用正交试验法对轴承结构参数进行了多目标优化设计,研究了不同工况及轴承结构参数对轴承保持架动态特性的影响。结果显示：内圈转速对保持架打滑率的影响最大,引导间隙对保持架打滑率的影响最小;引导间隙对保持架运转稳定性的影响最大,滚子个数对保持架运转稳定性的影响最小。经过优化设计获得了保持架打滑率及运转稳定性的轴承结构参数最佳组合。保持架打滑率随内圈转速及引导间隙的增加而增加,随径向载荷、滚子个数及径向游隙的增加而减小。保持架运转稳定性随内圈转速及引导间隙的增加而增强;随径向游隙的增加而降低;存在合理的径向载荷及滚子个数使保持架运转稳定性最好。     

基于有限元高速角接触球轴承运动特性分析

针对传统方法不便于测试高速运转时的角接触球轴承的运动特性,基于Abaqus建立了滚珠、保持架和套圈的多体动力学有限元模型.以7005型角接触球轴承为研究对象,研究了在不同的轴向载荷、径向载荷及转速下,滚珠的线速度及保持架滑动率的变化情况.研究发现,当轴向载荷增加,滚珠的线速度波动幅值逐渐减小,保持架的滑动率也逐渐降低;当径向载荷增大时,滚珠线速度幅值的波动逐渐增大,保持架的滑动率呈上升趋势;在转速增大时,滚珠线速度幅值的波动逐渐增大,保持架的滑动率也逐渐升高.将有限元仿真结果与理论值进行比对验证,表明有限元计算结果更加接近于实际工况.     

角接触球轴承在减速过程中的保持架动态特性分析

减速过程普遍存在于数控机床进给系统中,该过程转速的变化对角接触球轴承动态性能的影响甚大,然而国内外对此关注甚少。以角接触球轴承7603025为研究对象,建立了角接触球轴承的多刚体动力学模型。利用Adams软件分析了径向力、轴向力和角加速度3个工况参数对角接触球轴承减速过程中保持架的转速与质心轨迹,以及单个滚球与保持架接触力等动态特性的影响。研究结果表明,径向力的增大、轴向力的减小和角加速度的增大会导致角接触球轴承在减速过程中的滚球与保持架之间碰撞力增大,从而造成轴承打滑、保持架晃动加剧,以及保持架转速曲线波动变大。     

基于ANSYS/LS-DYNA的保持架动力学分析

保持架失效是滚动轴承常见故障之一。为研究保持架的动态特性,使用拟动力学方法建立滚动轴承平衡方程组,Newton-Raphson方法求解方程组得到滚动体的转速;在ANSYS/LS-DYNA中建立滚动体/保持架有限元模型,施加转速和约束条件并进行动力学仿真,得到保持架的应力分布和动态响应,分析了径向游隙、兜孔游隙对保持架动态特性的影响。     

大轴重铁路货车轴承保持架动力学特性分析

基于ADAMS建立大轴重铁路货车轴承动力学模型,分析保持架的动力学特性,研究轴承转速、载荷对大轴重铁路货车轴承保持架动力学特性的影响。结果表明:轴承两列保持架运动及接触载荷相差不大;随转速增大,轴承保持架运动及接触载荷幅值明显增大;径向载荷对保持架运动及接触载荷无明显影响。     

考虑螺栓联接结构的轴承-转子系统振动特性分析

针对含螺栓联接结构的轴承-转子系统,建立考虑陀螺力矩及因螺栓预紧力不均匀产生的初始变形量的非线性转子系统动力学模型。采用法求解转子系统运动方程,通过分岔图、时域曲线、频谱及Poincaré映射图研究存在轴承游隙时转子系统的混沌路径,并分析不同初始变形量及轴承游隙对转子系统非线性振动特性的影响,通过试验验证所得结论的准确性。研究表明,当存在轴承游隙时,预紧力不均匀产生的初始变形量增加会抑制低转速下盘的混沌运动,拟周期运动进入混沌运动状态的转速升高,临界转速附近的振动幅值增加,系统混沌路径发生变化;存在初始变形量时,随着轴承径向游隙增大,系统在低转速工作状态下即进入混沌运动运动状态,拟周期运动进入混沌运动状态的转速降低。研究结果可为含螺栓联接结构的轴承-转子系统设计提供理论参考。     

轴承保持架冲击的小波分析

用Daubech ies小波对轴承实体保持架的相互垂直径向振动位移进行多尺度分解,利用小波的奇异特性从中提取滚动体与保持架的冲击碰撞信息,比较了4种工况下滚动体与保持架的碰撞、质心轨迹图和小波分解结果。试验结果表明,小波方法能有效地检测轴承保持架冲击。     

简谐转速波动工况下滚动轴承保持架动态特性分析

转速波动会恶化滚动轴承内部接触状态,对保持架的动态特性产生重要影响。针对滚动轴承转速周期性波动的特点,将其简化为简谐波动,以圆柱滚子轴承NU306为研究对象,建立了轴承塑性材料柔性接触的非线性动态有限元仿真模型,采用显式LS-DYNA对其在不同转速波动频率和不同转速波动幅度工况下的运行过程进行了动态仿真,获得了圆柱滚子轴承在简谐转速波动下的保持架角速度曲线以及滚子与保持架接触力曲线,分析了不同转速波动频率和波动幅度对保持架动态特性的影响。研究结果表明,保持架角速度曲线的波动周期主要由内圈转速的波动周期决定,且转速波动频率愈大,进出承载区滚子与保持架之间的碰撞次数越多;转速波动幅度愈大,保持架角速度曲线的最大转速值越大,最小转速值越小,平均转速值变化不大,从而保持架角速度曲线的波动范围会明显增大。仿真结果与实验结果吻合良好,验证了所建立有限元模型的正确性。     

深沟球轴承动态接触特性有限元仿真分析

利用LS-DYNA建立了适用于行星减速机构中支撑行星轮的深沟球轴承的多体动态接触有限元模型,基于显式动力学有限元法,综合考虑了轴承外圈运转速度,径向载荷和行星架运转速度的影响,对轴承滚动体在不同工作条件下的动态接触特性(位移、速度、应力及接触力)等进行了仿真分析,得出了轴承的动态接触响应。研究表明,轴承中滚动体在运转过程中存在着公转与自转运动,与外圈和内圈接触时出现最大线速度和最小线速度。最大应力发生在与内外圈接触时,且最大应力受转速影响小,将赫兹解与仿真解进行比较,说明了分析的可行性。滚动体与保持架的接触力波动最大,数值最小;与内外圈接触力波动小,数值与径向载荷基本相同。