七沟道球笼式等速万向节沟道接触应力的计算及优化设计

通过对七沟道球笼式等速万向节星形套和钟形壳圆弧形沟道曲率的解析,根据Hertz接触理论分别计算出2种沟道与钢球接触时的接触应力,进而探讨该类万向节优化设计的规律。得出:增加钢球直径及相应的球组节圆直径,特别是减小沟道截面曲率半径系数,可显著提高七沟道球笼式等速万向节的承载能力和寿命。     

球径规值对角接触球轴承凸出量和接触角的影响

根据轴承内部滚动体与沟道的接触几何关系,推导了轴承实际凸出量的通用计算方法。在此基础上,针对实际生产过程两种操作方法(定游隙和变游隙),分析了滚动体直径变化对轴承凸出量和接触角的影响并推导了通用计算公式。研究表明,在定游隙情况下,滚动体直径变化对轴承凸出量和接触角的影响较小;而在变游隙情况下,上述影响较大。     

球笼式等速万向节圆弧形沟道接触应力影响因素分析

应用正交试验优化设计方法,通过以接触应力大小为其性能指标,选取对接触应力大小有直接影响的球组节圆直径、钢球直径和沟道曲率系数作为自变量设计其正交化试验。对正交试验结果进行极差分析,得到3个主要因素对接触应力大小的影响显著程度,以及各个因素水平变化对接触应力大小影响的趋势。     

BJ系列等速万向节节圆直径测量分组

介绍了QBZ－100球形壳沟道节圆直径半自动测量分组机和XBZ－70星形套沟道节圆直径半自动分组机工作原理,进行了测量性能试验,分析了测量误差。该仪器解决了等速万向节生产中的测量分组问题。附图2幅,表1个。     

深沟球轴承-转子系统多体动力学仿真与优化

为优化深沟球轴承-转子系统性能,提高其稳定性,以单列深沟球轴承为基础,使用SolidWorks和ADAMS软件联合建立了深沟球轴承-转子系统的多体动力学仿真模型。分析在相同转速、相同外力条件下,分别改变深沟球轴承滚动体的直径、数量时,转子在竖直方向的振动及达到稳定状态所需时间。在将结果对比分析后发现,在相同条件下,滚动体数量越多,滚动体半径越接近内外沟道曲率半径的较小值、转子振幅越小,到达稳定值的位移越小、时间越短。     

基于ANSYS的曲轴应力及变形敏感度分析

建立了494柴油机曲轴有限元模型,采用试验的方法验证了模型的准确性。选择轴颈直径、过渡圆角半径、油孔直径等参数,模拟了最大爆发压力为15MPa时,曲轴过渡圆角应力和曲柄臂变形的变化规律,分析了曲轴结构参数与应力、变形敏感度系数的关系。结果表明,过渡圆角应力随轴颈直径、过渡圆角半径、重叠度的增加而减小,随油孔直径的增加而增加;曲柄臂变形随轴颈直径、曲柄销过渡圆角半径、重叠度的增加而减小,随主轴颈过渡圆角半径、油孔直径的增加而增加。曲柄销直径对过渡圆角应力最敏感,应力敏感度系数为-0.46;主轴颈直径对曲柄臂变形敏感度系数为-0.497,对变形最敏感。     

楔横轧轧件滚动半径变化规律的试验研究

楔横轧轧制成形过程中轧件的滚动半径是楔横轧模具设计和进行工艺分析的基本参数之一,它反映了轧辊与轧件的相对运动关系,对非圆截面轴类零件如发动机凸轮轴等模具辊形曲线设计具有重要影响.通过轧制试验,得到楔横轧轧制过程中轧件滚动半径的变化规律和各种工艺参数的影响规律.结果表明:楔入段轧件滚动半径要大于原始坯料尺寸且随着轧制进行逐渐减小;到展宽段保持稳定;进入轧齐后,随着模具楔面抬高,其值逐渐减小,精整段约等于轧件轧后尺寸.展宽角和成形角越大,轧件滚动半径越大;断面收缩率影响规律比较复杂,当断面收缩率小于一定值时,随断面收缩率增大而增大,当断面收缩率大于一定值时,随断面收缩率增大而减小;坯料直径表现为辊径比越大,轧件滚动半径越靠近原始坯料尺寸内侧;轧制温度对轧件滚动半径的影响较小,而模具楔面刻痕状态影响较大.     

曲率半径对深沟球轴承接触特性的影响

轴承滚动体的接触特性是影响轴承性能的重要因素之一,为分析曲率半径对深沟球轴承接触特性的影响,以应用于行星传动机构中的SKF618/8型单列深沟球轴承为例,基于有限元软件对轴承应力、应变、速度、接触力等接触特性进行仿真分析,并分析不同内圈曲率、外圈曲率、滚动体直径对其的影响。研究结果表明,滚动体接触速度、应力、应变均以波峰波谷形式交替变化,应力、应变主要集中在滚动体与内外圈接触的区域,应力值随内圈曲率、外圈曲率、滚动体直径的增大而增大,且滚动体与周向旋转中心的距离越远,速度越大;滚动体与内圈、外圈的接触力大小、波动基本相同,大小与径向载荷值基本相同,与保持架作用力很小。     

深沟球轴承内外曲率半径系数对接触力影响的研究

不考虑深沟球轴承的润滑和摩擦的工况,在对深沟球轴承的接触几何参数的分析基础上,根据弹性力学理论和赫兹接触理论,利用简化近似的第一类和第二类完全椭圆积分,经过公式演变推导,获得了在内外圈和滚动体接触应力相等或近似时沟道曲率半径系数的控制方程,对该控制方程中的各项参数进行全面的分析,并对控制方程中的参数进行二元函数求解最小接触应力时确定内外圈沟道曲率半径的最优值,当γ=0.23时,内外圈沟道接触应力相近,最终确定的内圈沟道曲率半径系数为fi=0.510,外圈沟道曲率半径系数为fi=0.540。运用MATLAB仿真软件仿真不同数值的几何参数γ和fio之间的变化关系对接触应力影响,更加直观的分析了沟道曲率半径系数fro和γ共同作用下对深沟球轴承接触应力的影响,为深沟球轴承考虑润滑和摩擦下沟道曲率半径系数的选取和设计深沟球轴承沟道曲率半径系数的选取作为新的依据。     

特大型调心滚子轴承实体保持架兜孔节圆直径测量

为准确测量和控制特大型轴承实体保持架兜孔节圆直径，从理论上探讨了两种可行的计量检测技术。介绍了利用外径探讨了两种可靠的计量检测技术。介绍了利用外径弦长确定节圆半径的弦长法和借助专用滚子的内切圆确定兜孔节圆直径的内切圆法。     

基于接触应力及润滑特性分析的配气凸轮基圆半径计算

平底配气凸轮机构凸轮基圆半径的选择将直接影响凸轮机构的结构尺寸、接触应力和润滑性能。利用赫兹应力公式对平底配气凸轮机构接触应力进行分析,利用弹性流体润滑理论对其进行弹性流体动力润滑分析,得到了基圆半径与接触应力和润滑系数间的关系。结果表明：增大凸轮基圆半径可以降低凸轮接触应力,但却不一定能改善凸轮润滑情况;对于给定从动件运动规律的平底配气凸轮机构,利用赫兹应力公式和弹性流体润滑理论同时对基圆半径的取值范围进行约束,才能使配气凸轮同时满足接触应力和润滑要求,从而保证配气机构的可靠性和耐久性。     

球笼式万向节接触应力的计算及球组节圆直径的优化设计

根据2个钢球Hertz接触的应力分析,推导出球笼式万向节钢球与星形套和钟形壳接触的应力计算式,并对球组节圆直径进行了优化设计,得出钢球与星形套和钟形壳间的最大接触应力与载荷的立方根成正比,优化设计的球组节圆直径系数K=0.54~0.55。     

The investigation of contact ratio in mixed lubrication

In order to describe the mixed lubrication in nano-scale which is constituted from dry friction, boundary lubrication, and thin film lubrication, a contact ratio between surfaces of a glass disk and a steel ball in a pure rolling process has been measured by the technique of Relative Optical Interference Intensity (ROII) with a resolution of 0.5 nm in the vertical direction and 1 μm in the horizontal direction. The relationships between the contact ratio and its influence factors have been investigated. Experimental results indicate that the contact ratio in the static state is related to the combined surface roughness, maximum Hertz pressure, and the combined elastic module of tribo-pair in an exponential function. The decrease of rolling speed or lubricant viscosity, and the increase of the pressure will enhance the dynamic contact ratio which is the contact ratio measured in the rolling process. The addition of polar additives into basic oil will reduce the contact ratio. The contact ratio between rough surfaces is larger than that between smooth surfaces in the higher speed region. However, the former becomes smaller than the later after speed decreases below a critical value. A formula for calculating the dynamic contact ratio is given in the end of the paper.     

推力球轴承接触问题有限元分析

推力球轴承是被广泛应用的支承机械,用于承受转速较低的轴向载荷.它是由上下座圈、保持架和球体组成的可分离结构,分为单向推力球轴承和双向推力球轴承两种.着重分析了不同尺寸、形状的球形滚动体和橄榄球形滚动体对接触情况下的应力和变形量的影响.使用Pro/E建立实体模型,导入ANSYS进行数值模拟和计算.通过对获得的数值模拟结果和赫兹理论解进行对比,结果表明有限元分析是比较准确而且可靠的.最大接触应力和弹性趋近量取决于滚动体与滚道接触处的主曲率和、主曲率差,与滚动体形状、体积没有直接联系.     

球笼式等速万向节结构轻量化设计

为了实现球笼式等速万向节的结构轻量化设计,以球笼式等速万向节最大接触应力、接触总变形和塑性变形为依据,分别对钢球数量为6和8的两种结构的球笼式等速万向节进行了初步研究.对球笼式等速万向节的主要结构尺寸即钢球中心圆直径与钢球直径之比、万向节外径与内套花键分度圆直径之比,以及球笼式等速万向节的偏心距与钢珠中心圆半径之比进行了优化选择和比较.研究结果初步表明,对于球笼式等速万向节,当钢球数量由6增加为8时,由于钢球直径的减小,不但其外形尺寸可以减小12%、质量可以减少近20%,而且万向节的承载能力反而可以得到少许提高.因此,增加球笼式等速万向节的钢球数量是实现其结构轻量化设计的一种有效方法.     

大型地平式望远镜的方位轴系支撑结构

设计了用于2m口径望远镜的方位轴系支撑结构.通过对比大型地平式望远镜方位轴系的典型支撑结构,拟定了由向心球轴承和大接触角推力球轴承集成的一体化轴系支撑方案以及相应的轴承结构参数.依据Hertz接触理论并采用AYSYS有限元软件对60～85°不同原始接触角下的静载荷特性参数进行了理论计算和非线性仿真分析验证,结合加工工艺设计了85°接触角的推力球轴承结构.研制成功了直径为1 500 mm轴承样机,其轴向跳动为0.009 mm,径向跳动为0.006 mm,最大空载启动摩擦力矩为30 N·m,承载能力优于30 t.该项设计为大型望远镜高精度方位轴系的研制提供了可靠的设计依据和技术途径.     

行星滚柱丝杠副主曲率计算与接触特性分析

根据丝杠、滚柱和螺母螺旋滚道曲面特点,建立了通用化的法截面内零件的轮廓方程和滚道螺旋曲面方程。通过将滚道截面的原点定义在对应零件的中心轴上,避免了现有模型中将滚道截面原点定义在螺纹牙轮廓中心而带来的繁琐坐标变换问题。其次,利用微分几何原理推导了丝杠-滚柱接触侧和螺母-滚柱接触侧在相应接触位置的主曲率,与传统的基于等效球法计算行星滚柱丝杠副主曲率进行了对比。利用赫兹接触理论求解了滚柱与滚道间的主曲率差、接触椭圆面积及最大接触应力,并讨论了行星滚柱丝杠副结构参数对接触特性的影响规律。结果表明:丝杠和螺母滚道在某一主平面内的主曲率不是零,使用等效球模型计算主曲率会带来较大误差;增大螺纹螺距使得滚柱两接触侧的主曲率差变大,但几乎不影响接触椭圆的面积和滚柱螺纹曲面两接触侧的最大接触应力;增大法向牙侧角会使两接触侧的主曲率差和接触面积同时减小,但过大的法向牙侧角会导致接触应力和摩擦力增大。     

A new method for determining the preload in a wire race ball bearing

This paper explores a numerical method to calculate the frictionless three-dimensional non-conforming contact problem associated with a wire race ball bearing used in a certain aircraft simulating rotary table, for challenging the conventional method on the determination of the preload magnitude. A computer program based on the Hertz elastic contact theory and a mathematical model of two critical loading conditions was performed in MATLAB^® by using an example of a wire race ball bearing having an approximately 900 mm diameter. The normal contact forces, the contact deformation, the maximum contact pressure, the semi-major axes and the semi-minor axes of contact ellipses of the ball-wire race were computed. The analytic results show that the overturning moment, the pitting corrosion and the shear failure due to combined stresses can be avoided by controlling preload values in the range 11.3–169.9 μm. The experimental results are closely in agreement with the theoretical results, and verify the availability of the numerical method. The research provides theoretical support for the development and further application of wire race ball bearings with large diameters.     

考虑表面粗糙度的面齿轮齿面接触应力分析

根据齿轮啮合原理,得出了面齿轮的齿面方程,求得面齿轮齿面曲率。结合赫兹接触理论,推导了点接触面齿轮传动接触点的接触应力及应力沿齿面的分布规律,从齿根到齿顶,齿面接触应力先增大后减小,在靠近齿面中点处达到最大值。由粗糙表面接触理论,分析了面齿轮齿面微观弹塑性变形时的接触面积,并得到粗糙齿面接触时面齿轮齿面接触应力及其分布。对比分析了几种不同粗糙度条件下面齿轮齿面接触应力的变化规律,结果表明:齿面接触应力随表面粗糙度的增大而增大,与齿根处相比,齿顶接触应力受表面粗糙度影响更大。文中的分析可为面齿轮磨损及润滑机理的研究提供依据。     

大型钢丝滚道球轴承的接触特性研究

将大型钢丝滚道球轴承中球-滚道之间的接触问题视为非协调性接触问题,采用Hertz理论分析了其非线性特性。理论分析结果表明,轴承组件的几何尺寸不影响接触特性,但其几何非线性依赖于材料的抗拉强度及硬度。采用螺旋电感测微仪对钢球-钢丝滚道和Si3N4陶瓷球-钢丝滚道两种接触方式进行了实验测试,通过对比发现,理论接触刚度均比实验测试值稍大,且相同条件下混合式的接触刚度比全钢式的接触刚度高,其主要原因是经典Hertz理论的假设忽略了库仑摩擦力的作用以及接触体弹性变形时往往伴随塑性变形的发生。理论和实验结果均表明接触体的材料非线性对接触问题影响显著。研究结果为大型钢丝滚道球轴承的预紧研究和工程应用提供了理论指导。