考虑自旋的高速角接触球轴承油膜刚度计算

针对高速传动装置支撑轴承存在自旋运动且影响轴承油膜刚度问题,基于弹流润滑理论与达朗贝尔原理计算姿态角方法,考虑内外圈滚道同时存在自旋时滚动体与滚道接触处最小油膜厚度变化,推导考虑自旋的角接触球轴承油膜刚度计算公式,并进行实例计算,并将计算结果与利用Hamrock-Dowson的不考虑自旋最小油膜厚度经验公式计算刚度进行对比。计算结果表明,随转速的增大,自旋角速度增大;载荷增大,自旋角速度减小,径向载荷对自旋影响较大,轴向载荷对自旋影响较小;考虑自旋后由于自旋运动影响,其最小油膜厚度变小,油膜刚度变大。高速传动装置轴系振动计算时轴承刚度需考虑自旋影响。     

混合润滑状态下粗糙界面法向接触刚度计算模型与特性研究

机械装备系统的静态特性和动力学特性取决于系统接触界面法向接触刚度。基于粗糙表面形貌的Greenwood-Williamson统计模型描述与液体润滑界面的油膜共振模型和弹簧模型,推导了机械结构混合润滑粗糙界面固体接触刚度和液体润滑介质接触刚度,并实现粗糙微凸体固体接触刚度与液体润滑介质接触刚度的耦合,提出了一种混合润滑状态下粗糙界面法向接触刚度的计算模型,分析了接触界面形貌参数、润滑介质和接触基体材料属性对界面法向接触刚度的影响规律。结果表明:润滑介质的声阻抗是影响液体接触刚度的主要因素,声阻抗增大时,液体接触刚度减小;接触基体材料的表面形貌和弹性模量是影响固体接触刚度的主要因素,界面粗糙度和弹性模量增大时,固体接触刚度增大。混合润滑粗糙界面接触刚度计算模型的提出,为机械结构润滑接触界面的刚度计算、性能预测与优化提供理论和实验参考。     

基于圆锥微凸体的结合面法向刚度分形模型研究

将粗糙表面上的微凸体等效为圆锥体,结合分形理论和改进的W-M函数,建立了结合面法向接触刚度分形模型。对模型进行仿真计算,结果表明:结合面无量纲法向接触载荷随着无量纲接触面积、材料塑性指数和无量纲分形粗糙度参数的增大而增大;随着粗糙面分形维数的增大先减小后增大,且在分形维数等于1.5附近时达到最小值;结合面无量纲法向接触刚度随着无量纲法向接触载荷和材料塑性指数的增大而增大;随着无量纲分形粗糙度参数的增大而减小;随着粗糙面分形维数的增大先增大后减小,且在分形维数等于1.6附近时达到最大值。通过与试验数据对比,验证了该模型的正确性,可用于相关的理论分析与计算。     

齿面粗糙纹理方向对齿轮润滑效应的影响

 不同的机械加工方法会形成相异的表面粗糙纹理.为了探析不同粗糙纹理对齿轮传动润滑效应之影响,基于实际测量所获得的一系列粗糙度数值,进行了45组数值计算.计算结果显示：当粗糙度均方根值σ≤0.15 μm时,粗糙度对齿面油膜厚度与接触应力影响甚微;当σ>0.15 μm后,随着σ的增大,纵、横向纹理粗糙齿面接触应力均呈线性规律增加,但前者的接触应力始终大于后者.尤其是当σ≥0.55 μm时,与光滑齿面相比,纵、横向纹理粗糙齿面接触应力分别增大90%和80%;与此同时,纵向纹理膜厚值减低40%,而横向纹理膜厚值增大80%以上.在此基础上,针对纵、横向两种粗糙纹理齿面,分别建立了轮齿接触应力与齿面粗糙度之间的回归方程.最后,给出了横向纹理粗糙齿面的润滑效果要优于纵向纹理粗糙齿面的研究结论.     

可控震源振动器平板-大地接触性质与能量传递研究

大地的表面形貌是影响可控震源振动器平板与大地之间接触性质的因素之一。为了掌握大地表面参数对可控震源振动器平板-大地接触系统接触性质及振动特性的影响规律，基于分形理论建立了三维粗糙大地表面形貌，构建了振动器平板-大地接触模型，得到了不同大地表面形貌及材料参数下振动器平板与大地之间的接触力-变形曲线；建立了振动器平板-大地接触振动动力学方程，并计算了振动器平板的位移响应以及能量传递。结果表明：振动器平板与大地之间接触力的非线性随大地表面粗糙度的增大而增大，振动器平板-大地接触系统的固有频率随大地表面粗糙度的增大而减小；粗糙表面的接触模型中振动器平板每一周期向大地传递的能量随时间的增大而减小。同时，大地表面材料参数的非线性也会影响平板-大地接触系统的振动响应和能量传递。由此可知，大地表面的粗糙度和材料的非线性是限制可控震源高频输出的重要原因。研究结果将为可控震源的优化和高频拓展提供参考。     

包含转速的航空发动机转子与轴承孔径向非接触动刚度及试验验证

采取航空发动机转子与轴承孔之间的计算流体动力学方法,考虑转子转速,推导出任意位置油膜厚度的精准解。建立转子与轴承孔之间的实际接触面积、径向载荷与径向非接触动刚度的理论解。研究结果表明:随着径向载荷的增加,转子与轴承孔两粗糙曲面之间的基准距离非线性减小;增大径向载荷、轴承宽度、润滑油运动黏度,减小转子转速、表面粗糙度,可以有效提高转子与轴承孔之间的径向非接触动刚度;转子的基本额定寿命随着转子转速、径向载荷的变大而缩短;随着转子转速的增加,转子与轴承孔之间的油膜厚度变厚;增加径向载荷或降低转子转速皆将减小转子与轴承孔之间的动摩擦因数;随着偏心率或宽径比的增加,转子的承载量系数都增强。航空发动机转子与轴承孔径向非接触动刚度模型的构建,有益于分析旋转非接触曲面间的真实状态。     

混合润滑状态下结合面的法向接触刚度研究

针对润滑条件下机械结合面的接触特性受油膜影响的问题,基于结合面接触刚度由油膜接触刚度和固体表面接触刚度组成的思想,建立混合润滑状态下结合面的法向接触刚度模型。采用三维的Weierstrass-Mandelbrot函数获得具有分形特征的粗糙表面,并基于统计学方法建立干摩擦条件下结合面的法向接触刚度模型,考虑了微凸体的完全弹性变形、弹塑性变形以及完全塑性变形过程。在此基础上,求解了油膜的等效厚度并建立油膜的接触刚度模型。结果表明:结合面的法向接触刚度随法向载荷的增加而增加,且混合润滑状态下结合面的接触刚度大于干摩擦条件下结合面的接触刚度;该模型避免了油膜厚度测量难的问题,为机械结构的润滑状态预测提供了帮助。     

考虑动载荷和表面粗糙度的渐开线齿轮摩擦因数的研究

 进行齿面摩擦因数的研究,对于减少摩擦损失、改善系统传动性能等具有重要的意义．建立渐开线圆柱齿轮的非线性时变单自由度动力学模型,求解得到动态啮合力和单对轮齿的受力．结合载荷分担概念和弹流润滑理论,得到考虑表面粗糙度和动态载荷的不同啮合位置处的齿面摩擦因数,并与静态载荷条件的结果进行对比．同时分析转速、表面粗糙度和润滑剂黏度等工作条件对摩擦因数的影响．研究结果表明：动态载荷对油膜厚度、油膜承载比例和摩擦因数均有一定程度的影响．进入啮合段,油膜较薄,油膜承载比例较低.退出啮合段,油膜增厚,油膜承载比例增高.转速对摩擦因数的影响并非单调的,摩擦因数先是随着转速的增大显著减小,而后随着转速的增大而增大．随着表面粗糙度的增大,摩擦因数随之明显增大．在一定的黏度范围内,随着润滑剂黏度的增大,摩擦因数随之明显减小．     

机械结合面接触刚度超声波检测方法研究

针对检查机械产品结合部接触刚度特性的需要,进行超声波测量结合面接触刚度与超声波检测频率相关性的研究,基于简单弹簧模型设计一种用超声波测量两钢块结合部接触刚度的实验方案。实验结果表明:超声波反射系数随超声波频率增大而增大;作用于结合面的压力较小时,超声波测量接触刚度随频率没有明显变化;作用于结合面的压力较大时,超声波测量接触刚度随频率有一定波动。在结合面上加入润滑油,模拟工程实践中结合面状态,实验结果表明:因结合面上油膜的存在,在同样大小压力作用下超声波测量的接触刚度相对无油膜时增大。通过以上分析可知简单弹簧模型是有效的,机械结合面处的相互作用可用一个刚度可变的弹簧等效。     

界面分形参数对法向接触刚度影响的研究

基于最小二乘法将分形表面简化为三角函数的叠加,采用弹塑性有限元方法计算界面的接触刚度,定量表征了法向接触压力、法向接触变形及法向接触刚度的关系,研究结果揭示了粗糙面分形维数和特征尺度参数对法向接触刚度的影响机制。结果表明:存在基体最优建模厚度,可有效提高粗糙面接触刚度的计算效率;法向接触刚度随法向接触变形及法向接触压力的增加呈现非线性增加趋势;表面分形维数和特征尺度参数对法向接触刚度影响显著,法向接触刚度随分形维数增加而增加,但随特征尺度参数增加而减小。     

仿生超疏水PVDF膜的制备与表征

以荷叶效应为理论基础,探讨了基于模板法的防污自洁PVDF膜的制备。重点研究了表面粗糙度及粗糙表面的表面能对PVDF膜拒水及拒油性能的影响。采用静态接触角及滚动角、集灰实验表征PVDF膜的自清洁性能,并利用扫描电子显微镜(SEM)观察分析膜表面的形貌。结果表明:由模板法制备的膜表面的粗糙度对静态接触角有很大的影响,合适的表面微凸体直径能够增大接触角,PVDF膜表面静态接触角可达152°;掺杂低表面能物质的膜的接触角随表面能的减小而增大,其静态接触角高达168°,滚动角约为2°;集灰实验结果表明,水滴能将膜表面的灰尘带走,证明本实验赋予了PVDF膜良好的防污自洁性能。     

不同元件故障状态下滚动轴承的动态特性研究

为探究局部故障状态下滚动轴承内部动态特性的差异性和相似性,以NU306圆柱滚子轴承为研究对象,利用有限元仿真软件ANSYS/LS-DYNA构建正常以及外圈、内圈和滚动体分别故障时的有限元模型,得到不同故障状态下滚动体的应力特性、振动特性及运动特性。结果表明,当滚动轴承的不同元件发生故障时,故障前端应力均会滞后,后端应力均会提前,其中外圈故障时应力的变化最大;外圈故障时滚动体在经过故障区域期间的振动加速度先减小后增大,内圈和滚动体故障时振动加速度先增大后减小;外圈和滚动体故障时滚动体的公转转速均比理论公转转速小,内圈故障时滚动体的公转转速比理论公转转速大。所构建的有限元模型可用于探究不同元件故障时滚动轴承内部的故障机理,可为进一步研究滚动轴承的承载能力和使用寿命提供有力的分析方法。     

新型柔性底板联结隔震储罐减震研究EI北大核心CSCD

提出一种新型柔性底板联结隔震储罐结构体系,根据力的平衡原则推导了滚动隔震装置和复合滚动隔震装置恢复力模型,并分析了不同滚动隔震参数的力学性能,提出了新型柔性底板联结隔震储罐的简化力学模型和运动方程,并进行了减震效应研究。结果表明:当滚球半径确定后,随着凹半球半径的增大,其刚度系数逐渐降低,隔震周期逐渐增大,而且刚度系数和周期变化率逐渐降低,建议当设计隔震周期较小时应采用变刚度计算模型;采用滚动隔震装置和复合滚动隔震装置的新型柔性底板联结结构隔震储罐能够有效地降低储罐的地震响应,尤其对基底剪力及倾覆弯矩的控制,但对储液晃动波高控制有限;采用复合滚动隔震装置能大幅降低隔震层的位移,同时也能提高新型柔性底板联结隔震储罐的减震率。     

考虑转子系统耦合影响的球轴承动态性能多目标优化设计

考虑滚动轴承与转子系统动态性能的耦合影响,使用有限单元法建立包含转轴、轴承、圆盘等单元的动力学方程组,转子响应达到稳定值后,再根据滚动轴承拟动力学模型计算滚动轴承的动态性能参数。以额定动负荷、支承刚度、旋滚比为目标,基于NSGA II遗传算法进行多目标优化设计,分析结构参数对轴承动态性能的影响。以某转子系统的支承轴承为例进行计算,结果表明外圈沟曲率半径系数增大则额定动负荷减小、径向刚度增大、旋滚比增大;内圈沟曲率半径系数增大则额定动负荷减小、径向刚度减小、旋滚比减小;滚动体直径增大则额定动负荷增大、刚度增大、旋滚比增大,内圈沟曲率半径系数变化对动态性能优化结果影响最明显。高速转子系统中,为获取较好的支承动态性能,应考虑耦合影响对支承轴承进行多目标优化设计。     

混合润滑结合面法向接触刚度模型研究EI北大核心CSCD

在实际工作中,机械结合面一般加入润滑介质来减少磨损,因此将结合面微凸体等效为圆锥微凸体,并基于分形理论和改进的W-M函数建立混合润滑状态下结合面法向接触刚度三维分形模型。对模型进行模拟仿真,仿真结果表明:结合面无量纲法向接触总刚度随着分形维数的增大呈现出先增大后减小的趋势,且在分形维数为2.6附近时取得最大值;随着分形粗糙度参数的增大而减小;随着润滑介质的声阻抗增大而增大;混合润滑状态下结合面无量纲法向接触总刚度大于无润滑介质结合面无量纲法向接触刚度;最后与其他模型和试验数据进行对比,模型与试验数据更契合,验证了模型的正确性。混合润滑粗糙表面法向接触刚度模型的提出,为结合面的刚度预测和机械设备的性能优化以及结构改进提供良好的依据。     

扣件刚度频变特性对轮轨振动噪声的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论和声学理论,建立了考虑扣件刚度频变特性的轮轨滚动噪声频域分析模型。模型中,通过车轮有限元分析获得其模态特征向量,建立考虑车轮弹性的动力学方程;钢轨视为由刚度随频率变化的扣件离散支承的铁摩辛柯梁模型;通过等效线性化轮轨接触形成轮轨耦合动力学频域分析模型;将轨道粗糙度作为输入并考虑接触区滤波,计算得到了车轮和钢轨的振动响应频谱及声辐射功率频谱,并分析了扣件刚度频变特性对轮轨垂向振动以及轮轨滚动噪声的影响。结果表明,扣件刚度的频变特性对钢轨导纳特性、轮轨相互作用力频谱、钢轨总声功率影响明显,而对车轮总声功率影响较小;与扣件常刚度模型计算结果相比,钢轨振动沿纵向传播的衰减率增大,钢轨声辐射功率在100~1 250 Hz频段明显减小,轮轨总辐射声功率约减小2.4 dBA,轮轨噪声辐射声压预测值与试验结果对比表明,频变刚度模型可有效修正常刚度系数模型对轮轨噪声的过高估计。     

不同粗糙度斜拉索气动力特性和风荷载计算方法研究

大跨径斜拉桥斜拉索上的风荷载对主梁的位移和内力的贡献占全桥的主要部分,准确掌握斜拉索上的风荷载,对于桥梁的抗风设计具有重要的意义。通过风洞试验,得到了8种具有不同表面粗糙度斜拉索的气动力系数随雷诺数的变化规律,研究了粗糙度对斜拉索雷诺数效应和气动力特性的影响,以实桥为例分析了斜拉索最大风荷载的计算方法。结果表明:斜拉索表面的粗糙度对气动力具有明显的影响,随着粗糙度的增大,雷诺数效应随之减弱;不同粗糙度的斜拉索,最大风荷载对应的风速不同,计算方法也不同,实桥设计时应根据斜拉索的具体表面粗糙状态确定其最大风荷载的数值。     

滚动轴承稳定工况下的滚动体打滑动力学分析

打滑是造成滚动轴承表面擦伤甚至失效的重要原因,目前滚动轴承打滑的研究主要集中在恶劣工况,而对正常稳定工况下滚动体的打滑问题关注甚少。针对正常稳定工况下滚动体的打滑问题,考虑径向游隙、保持架兜孔间隙等非线性因素,基于线性压缩弹簧建立滚动体-保持架作用模型,采用分段线性函数描述摩擦因数与滑移速度的关系,建立滚动体打滑非线性动力学模型,分析滚动体在轴承运转过程中的打滑机理及工况参数对滚动体打滑的影响机理。研究结果表明:滚动体在承载区的前段存在急加速现象,存在相对较严重的打滑;滚动体与外圈的滑动相比内圈更严重;轴承转速的增加会增大承载区前段滚动体的打滑速度;载荷增加会降低滚动体打滑程度,缩小滚动体打滑范围。     

考虑滚动体滑移的全陶瓷角接触球轴承非线性动态特性分析

为了探究陶瓷滚动体发生滑移运动时全陶瓷角接触球轴承的动态特性,建立了滚动体与轴承外圈的接触模型,计算了滑移情况下的接触参数。在此基础上建立了考虑滚动体滑移行为的全陶瓷角接触球轴承动力学模型,通过模型的计算结果分析了轴承系统的振动特性和周期规律。由模型计算结果可知,滚动体发生滑移运动时接触变形和接触面积随载荷的增大而增大,然而接触变形远小于正常接触时的情况,接触面积大于正常接触时的情况。搭建了轴承转子试验台进行振动试验,在试验工况条件下得到的全陶瓷轴承振动幅值与模型计算的结果平均误差仅为0.68%,证明了模型的准确性。该研究为全陶瓷角接触球轴承的接触机理研究和动态特性分析提供了一定的理论依据。     

基于滚动体打滑特征的滚动轴承振动特性研究

滚动体进入承载区打滑是滚动轴承工作过程中客观存在的一种现象,是诱发滚动轴承振动的一个重要激励源,影响滚动轴承的振动特性。针对滚动体进入承载区的打滑问题,综合考虑滚动轴承时变刚度、游隙、载荷及打滑激励等因素,建立了滚动轴承打滑振动分析模型,研究滚动体打滑状态下滚动轴承的振动特征,分析轴承转速、径向载荷、摩擦因数和打滑范围角等因素对滚动轴承打滑振动特性的影响规律,为滚动轴承的设计、减振降噪与故障诊断提供理论依据。