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。     

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。     

预紧力与装配偏差对航天轴承摩擦力矩的影响研究

针对低速、轻载航天轴承的摩擦力矩,建立了固体润滑航天轴承摩擦力矩的数学模型。结合拟静力学建立轴承受力平衡方程,研究径向装配位置偏差引起钢球受载变化情况,分析了轴向预紧载荷与径向装配位置偏差对航天轴承摩擦力矩的影响规律。研究结果表明：弹性滞后摩擦力矩、微滑动摩擦力矩和自旋摩擦力矩都随着轴向预紧载荷、径向偏载荷增加而增大;在轴向预紧载荷作用下,摩擦力矩组成分量中的弹性滞后摩擦力矩和自旋摩擦力矩增长趋势为下凸,微滑摩擦力矩增长趋势为上凸;而在径向位置偏差引起的径向偏载荷作用下摩擦力矩组成分量增长趋势为上凸;微滑动摩擦力矩和弹性滞后摩擦力矩为航天轴承摩擦力矩的主要组成部分;轴向预紧载荷和径向偏载荷导致摩擦力矩随其增加而增加,其中对差动摩擦力矩的影响作用最为显著,对弹性滞后摩擦力矩的影响次之,对自旋摩擦力矩的影响最弱。     

推力滚针轴承摩擦力矩特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了推力滚针轴承动力学微分方程,采用精细积分法和预估-校正Adams-Bashforth-Moulton多步法相结合的算法求解其动力学微分方程,在此基础上建立了推力滚针轴承摩擦力矩数学模型。研究了工况参数和结构参数对推力滚针轴承摩擦力矩特性的影响,结果表明：推力滚针轴承摩擦力矩主要分量为滚针-滚道间滑动摩擦,在高速时,保持架-滚针间摩擦也成为主要分量,且较小的兜孔间隙有利于降低轴承摩擦力矩;推力滚针轴承存在一个最佳转速使用范围,使轴承摩擦力矩最小;轴承摩擦力矩与轴向载荷呈正比,且比例系数随着转速的增大而减小;滚针修缘可明显降低轴承摩擦力矩,比较其修缘类型,全凸圆弧修缘滚针更有利于降低轴承摩擦力矩;随着滚针个数和有效长度的增大,轴承摩擦力矩随之增大;随着滚针直径的增大,轴承摩擦力矩减小;应合理优化这些参数,以降低轴承摩擦力矩。     

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。     

双列圆锥滚子轴承功耗特性研究

在滚动轴承动力学理论基础上,建立了双列圆锥滚子轴承非线性动力学微分方程及其摩擦功耗数学模型,采用精细积分法和预估-校正Adams-Bashforth-Moulton多步法相结合的方法进行求解,分析了轴承不同工况参数、结构参数及工艺参数对轴承摩擦功耗的影响。研究结果表明：轴承摩擦功耗随倾覆力矩及转速的增加先缓慢增加然后近似线性增加,转速对轴承摩擦功耗的影响比较明显,在满足使用要求下应尽量选取低转速;侧向载荷比的增加使“压紧侧”轴承摩擦功耗增加,“放松侧”减小,两侧摩擦功耗差值增加;轴承摩擦功耗随大挡边倾角的增加而增加,随滚子球基面半径的增加而减小;滚子波纹度为奇数阶次时,轴承摩擦功耗随波纹度幅值的增加呈先升高后降低的趋势;偶数阶次时,轴承摩擦功耗随波纹度幅值的增加而增加。     

不同预载下的球轴承变形的程序设计

球轴承作为重要的支承部件，广泛用于惯性仪表之中。通过对球轴承的变形理论进行分析，建立了轴承的总体平衡方程，并将轴承的变形问题转化为数学上求解目标函数的极小值问题，用ＰＯＷＥＬＬ优化方法编制了能不同排列形向心推力球轴承在不同预载下及在径向、轴向联合工作负荷作用下的变形、接触应力进行计算的ＦＯＲＴＲＡＮ程序，解决了手工计算解决了不的问题，从而为分析不同结构参数和载荷对球轴承刚度的影响提供了重要手段，为     

涡轮增压器轴向力变化规律试验与仿真

提出一种基于悬浮式设计的涡轮增压器轴向力测量方案,解决涡轮增压器轴向力测量范围窄和零点漂移问题,通过试验测量了增压器转子轴向载荷。进一步建立包含轮背间隙、密封环间隙的增压器压气机和涡轮仿真分析模型,基于试验结果验证模型的可靠性,并应用该模型研究揭示了增压器压轮和涡轮轴向力随工况的一般变化规律。研究结果表明：外吹状态时,在同一转速下增压器转子轴向力值随压气机端质量流量的减小而增大;自循环状态时,在转速低于额定转速时,增压器转子轴向力随转速的增加而增大,在转速高于额定转速时,增压器转子轴向力随转速的增加而减小;同一转速下,除喘振点附近,压气机轴向载荷随入口质量流量的减小而增大,涡轮轴向载荷随涡轮入口质量流量的增加而增大;压端和涡端轴向载荷最大的两个区域均为叶轮背盘和叶轮轮毂,且两区域轴向载荷方向相反。     

静压止推气浮轴承动特性的微扰动法研究

为了实现对静压气浮轴承的动特性进行研究,提出并设计了一种具有可变截面积均压槽的静压气浮轴承,结合气浮轴承的力学振动模型采用微扰动法建立了气浮轴承动态控制方程,运用有限差分法对气浮轴承动态控制方程进行了数值求解,得到了气浮轴承的动态刚度和阻尼。计算结果表明：当振动较小时静压止推气浮轴承的动态刚度值与静态刚度值相当,在气膜间隙为5.5 μm左右时,气浮轴承的动、静刚度均达到最佳值;在同一供气压力下,随着气浮轴承气膜间隙的增大,其动阻尼呈非线性减小,气膜间隙对气浮轴承动阻尼系数的影响较大。     

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。     

Dynamic Analysis of Flexible Cage of High-speed Angular Contact Ball Bearing

A dynamics formula was established for the flexible cage of high-speed angular contact ball bearing. A modified Craig-Bampton component mode synthetic method was used to establish the formula with regard to the flexibility of cage and based on a dynamic analysis of angular contact ball bearing,and a rigid-flexible multi-body dynamic analysis program was developed using ADAMS,which is verified by a computation example of Gupta. The results show that it’s not likely to keep the rotation smoothness of cage when the ratio of pocket clearance to guiding clearance and the ratio of radial load to axial load become too large or too small. By comparison,the flexible cage runs more smoothly than the rigid cage.     

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。     

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...