多自由度球轴承与轴的刚度耦合分析与计算

单一条件下球轴承的载荷-变形分析结果在理论和实际上存在偏差,同时分析球轴承时未考虑轴的受载变形影响,为此,将球轴承与轴的变形分析相结合,在考虑轴受载变形的轴承-轴刚度模型的基础上,提出了一种球轴承-轴的刚度计算方法。首先,基于赫兹接触理论以及变形协调与力平衡原则,构建了轴承刚度计算模型;基于欧拉梁模型,构建了轴刚度计算模型;基于材料力学与结构力学理论,构建了轴承-轴刚度耦合模型;然后,根据材料力学理论,通过刚度矩阵的耦合,实现了对轴与轴承的耦合分析;最后,将软件计算结果与文献对照数据进行了对比,以验证所提出的计算方法能够对球轴承-轴的刚度进行计算。研究结果表明：采用球轴承-轴的刚度计算方法得出的最终数据与文献数据的对比结果误差在7%左右,在可接受的误差范围内,验证了所提出的计算方法能够精确、快速地对球轴承-轴模型的刚度进行计算;该研究工作可为传动系统的力学分析提供一些理论和计算方面的参考。     

主轴的静刚度计算与检测

对主轴单元的径向刚度进行了理论分析,基于赫兹理论计算了支撑主轴的角接触球轴承和精密双列圆柱滚子轴承的刚度,建立主轴轴承-转子系统的有限元模型,进行了有限元分析。同时,对主轴的静刚度进行检测,对检测数据进行处理与分析,得到主轴的静刚度值。试验结果表明：主轴的理论刚度计算与有限元分析方法具有可行性,与检测的结果基本一致,为研究主轴的静刚度提供了理论支撑。     

角接触球轴承刚度矩阵的理论推导与计算

根据滚动轴承几何学、运动学基本原理和Hertz弹性体接触理论,同时考虑径向载荷、轴向载荷、球离心力和陀螺力矩的影响,建立了角接触球轴承刚度矩阵的计算模型。计算了某型发动机角接触球轴承在实际工况中的刚度矩阵,为该型发动机轴承-转子系统的动态分析提供了较为准确的边界条件。     

折返式弹支一体化球轴承刚度研究

基于赫兹接触理论、弹性流体动压润滑理论和滚动轴承动力学理论，建立了折返式弹支一体化球轴承的刚度计算模型，并使用SARB轴承动力学仿真软件进行求解。研究了径向载荷、轴向载荷、内圈转速等轴承工况参数以及鼠笼笼条宽度、厚度等结构参数对轴承及折返式弹支一体化球轴承刚度的影响，并与有限元法得到的刚度结果进行了比较，2种方法的偏差范围为5%～16%。研究结果为折返式弹支一体化球轴承的刚度计算和结构优化提供了理论依据。     

一种双列调心球面球轴承刚度的计算及应用

鉴于双列调心球面球轴承在大型精密仪器中的广泛使用,运用弹性接触理论推导出适合计算该类型轴承的刚度计算公式,用以仪器系统形变和位移的定量分析。并以一大型天文望远镜中所用的该轴承为例,计算了轴承的径向和轴向刚度,讨论了采用有限无法进行数值计算时,该双列调心球面球轴承的简化和有限元模型的建立。     

角接触球轴承动特性的数值与试验研究

角接触球轴承的动特性对机床主轴的回转精度、可靠性及寿命等有重要影响。以弹性力学理论、滚动轴承动力学和沟道控制理论为基础,研究角接触球轴承的动特性。推导了计及过盈配合量和预紧力影响的高速角接触球轴承动刚度计算方法,并对轴承动刚度的影响因素进行了理论分析和试验验证。结果表明:随着过盈量的增大,轴向刚度逐渐减小,径向刚度则逐渐增大,外圈过盈量影响更显著;预紧力过小时,刚度会出现明显的波动现象,适当的预紧力对角接触球轴承刚度的稳定至关重要。     

预紧及转速对角接触球轴承动态接触特性的影响

基于拟动力学、套圈控制理论建立了角接触球轴承的刚度、旋滚比数学模型。以此为基础利用Matlab编程,计算了轴承钢球与套圈的接触角、陀螺力矩、旋滚比和轴承刚度,分析了高速工况下预紧载荷、转速对轴承各接触参数的影响规律。     

角接触球轴承静态刚度试验

角接触球轴承在径向、轴向以及力矩方向联合载荷作用下,内外圈将产生径向、轴向相对位移及相对倾角。这种弹性相对位移量的大小关系到轴承的使用性能。为了得到角接触球轴承静刚度,提出了角接触球轴承静刚度的测试方法。设计了测量装置,获取施加不同载荷作用下角接触球轴承的静刚度。分析结果表明:随着轴向载荷或径向载荷的增大,轴向变形或径向变形基本上呈现线性增长,轴向刚度和径向刚度呈现非线性增长;随着轴承尺寸的增大,轴承的静态刚度也增大。     

预紧高速角接触球轴承运行刚度研究

基于滚动轴承拟静力学分析理论,从微观的角度探讨定位预紧下轴承内外圈位移存在约束时其内部的动力学状态;以B7004轴承为例,分析预紧方式对角接触球轴承运行刚度的影响,并利用电涡流位移传感器、LMS数据采集分析仪等仪器,在12MD60Y6型号电主轴上进行轴承刚度测试,对理论关系进行验证。结果表明:理论值能准确描述轴承运行刚度变化规律;定位预紧相比定压预紧更能提高轴承的支承刚度。     

基于球-滚道非完全接触状态下的球轴承载荷分布计算及刚度特性研究

针对非完全接触状态下的球轴承建模及特性分析,提出新的初始位置假设,并结合球-滚道接触状态判定准则建立了不同载荷(轴向、径向及联合载荷)条件下高速球轴承的通用分析模型。在此基础上,运用球轴承刚度矩阵解析计算方法,构建嵌套式Newton-Raphson迭代算法,实现上述模型求解,并针对不同工况条件下的球轴承的内部载荷分布及刚度特性展开分析。计算结果表明,所得结果相比于Jones-Harris模型更具合理性和适用性,且轴承内部载荷分布及刚度特性受轴承外部载荷条件及内部接触状态共同作用,轴承内部接触区滚珠个数随轴承间隙、外部载荷及转速大小变化而改变,进而引起轴承刚度突变。此外,适当增加轴向载荷可有效改善轴承内部载荷分布及增加接触区滚珠个数。     

偏载工况下深沟球轴承力学性能和疲劳寿命分析

考虑偏载和过盈量建立深沟球轴承力学分析模型和有限元模型,以6012深沟球轴承为研究对象,通过2种模型计算的球与内圈的接触载荷和轴承径向位移对比,验证了有限元模型的正确性,并分析了径向载荷、偏载角和过盈量对球与内圈的接触载荷和接触应力、轴承径向刚度和疲劳寿命的影响,结果表明：随径向载荷增大,球与内圈的接触载荷、接触应力和轴承径向刚度均增大,轴承疲劳寿命减小;随偏载角增大,球与内圈的接触载荷变化较小,0°方位角附近的球与内圈接触应力明显增大,其余位置增大缓慢,轴承径向刚度减小,轴承疲劳寿命先增大后减小;随过盈量增大,0°方位角附近的球与内圈的接触载荷和接触应力减小,其余位置增大,轴承径向刚度先减小后增大,轴承疲劳寿命增大。     

高速角接触球轴承热特性和机械特性研究

基于动力学和摩擦生热理论,建立高速角接触球轴承热机完全耦合有限元模型,分析了滚动轴承的高速运动特性、温度分布、动刚度等,并与理论计算结果和试验结果对比.之后分析了轴承在不同转速下的温度和轴向变形,得到轴承在高速运行状态下的机械特性和热特性规律.分析结果表明:轴承内圈转速增大会导致各部件温度升高和轴承动刚度减小.另外,通...     

基于球轴承动刚度的轴系动态特性分析与优化

轴系动态特性受轴承刚度影响,而轴承刚度随轴系转速呈强非线性。因而研究轴系动态特性首先需要确定轴承刚度。首先使用球轴承受力分析的拟静力学模型,计算球轴承不同转速下的刚度,计算轴承刚度时,考虑了轴承内圈由于离心惯性力造成的变形的影响,使刚度计算值精确化;进而使用梁单元对轴系进行离散建立轴系的有限元模型,并求解了轴系的临界转速;并以临界转速为优化目标、对轴承跨距及轴内径进行了优化,提升了轴系的动态性能。文中研究内容以Matlab为基础进行编程实现。     

高速角接触球轴承承载及其支承刚度的分析与计算

基于Hertz弹性力学理论、滚动轴承动力学和滚道控制理论,考虑滚动体的离心力以及陀螺力矩影响,建立了高速角接触球轴承所承受的栽荷与径向位移（ux,uy）、轴向位移（uz）和角位移（θx、θy）的关系,从而分析了高速角接触球轴承的承栽能力,计算了高速角接触球轴承承受联合栽荷作用下的轴承位移。求解获得高速角接触球轴承的栽荷一位移关系,在此基础上,采用差分逼近的方法计算,得到高速角接触球轴承多个方向的支承刚度。     

轴承刚度矩阵的解析推导与计算机求解

根据Hertz弹性体接触理论以及滚动轴承几何学和运动学的原理,推导出了角接触球轴承刚度的解析表达式,并开发了计算软件。该软件可以实现刚度计算,并试算满足轴承刚度要求的预紧力的取值。     

负游隙四点接触球轴承的刚度计算

分析了负游隙四点接触球轴承分别承受纯径向和纯轴向载荷时的载荷分布,根据Hertz理论的载荷与变形关系,推导出了负游隙四点接触球轴承径向和轴向刚度的计算公式,以QJ1830轴承为例进行了分析计算,并对正、负游隙时轴承的刚度进行了对比,结果显示负游隙时轴承的径向和轴向刚度均得到提高。     

定位预紧和定压预紧下角接触球轴承动态特性研究北大核心

为解决不同预紧方式下角接触球轴承动态特性求解精度不高的问题,以赫兹接触理论和滚道控制理论为基础,提出一种新的轴承刚度矩阵计算方法,实现了定位预紧和定压预紧下轴承刚度矩阵的全解析求解。基于该方法,针对不同预紧方式综合对比分析了预紧力、转速对轴承接触角、接触载荷和刚度的影响规律,分析结果表明:在初始预紧力相同时,定位预紧方式下轴向载荷随转速的升高而增加;在高速工况下,定位预紧状态时球与内、外圈的接触载荷比定压预紧的大;2种预紧方式下,轴承刚度均随转速增大而衰减但衰减程度不同,原因是定位预紧状态下的轴向载荷随转速增加而增大,抑制了轴承刚度的衰减。     

考虑弹流润滑效应的三点接触球轴承刚度特性分析

为获得润滑状态下三点接触球轴承更为准确的刚度特性,应考虑弹流润滑效应对轴承刚度的影响。文中基于拟静力学模型考虑高速离心力和陀螺力矩效应,根据给定轴承的结构参数和工况,计算滚动体与内外圈的法向接触载荷和各部件的运动速度。将拟静力学模型的计算结果和润滑介质参数代入弹流润滑模型,求解出滚动体与内外圈之间的压力分布和油膜厚度分布。进一步研究了转速、轴向载荷和润滑油的初始黏度对油膜压力和最小油膜厚度的影响。基于弹流润滑理论分析了转速和轴向载荷对轴承接触刚度、油膜刚度及综合刚度的影响。结果表明：转速的提高会大幅增加润滑油膜的整体厚度;润滑油初始黏度的增大会增加油膜厚度;随着轴承转速的提高,轴承的整体轴向刚度和轴向油膜刚度减小;随着轴向载荷的增大,轴承轴向刚度和轴向油膜刚度增大,且差值变化不大。     

高速角接触球轴承刚度计算及影响因素分析

在Jones-Harris刚度模型的基础上,建立了一个基于沟道控制理论的五自由度角接触球轴承刚度模型,该模型综合考虑了高转速下球的离心力、陀螺力矩等因素对轴承刚度的影响,应用准静态模型的增量法计算轴承刚度矩阵,并将轴承刚度的计算值与文献中试验值进行对比,验证了该模型的可靠性。在此基础上分析了轴向载荷、径向载荷、轴承转速和安装过盈量等因素对轴承刚度的影响,结果表明:随轴向载荷增大,径向刚度、轴向刚度和角刚度均增大;随径向载荷增大,轴向刚度和角刚度逐渐减小,径向刚度增大;随轴承转速增大,径向刚度减小,轴向刚度和角刚度先减小后趋于稳定;随安装过盈量增大,轴承径向刚度增大,轴向刚度和角刚度先减小后趋于稳定。     

联合载荷下角接触球轴承的动态特性分析

高速轴承是我国国民经济和国防工业急需的关键零部件,基于非线性弹性赫兹接触理论以及琼斯哈里斯模型,在原有三自由度动力学模型的基础上,提出一个五自由度拟静力学分析模型,考虑离心力,陀螺力矩,接触角等因素的影响。从角接触球轴承(Angular contact ball bearing,ACBB)内部几何关系入手,根据勾股定理列出几何平衡方程,分别对滚珠和轴承内圈进行受力分析,列出受力平衡方程,采用牛顿拉夫逊方法结合迭代步长调节因子对平衡方程组进行求解。通过求解特定工况下的轴承刚度和轴承动态参数与已有文献的结果进行对比,验证本文方法的准确性,稳定性和通用性。根据已建立的动力学模型,分别开展轴承外载荷和转速对轴承动态特性的研究。结果表明,在联合载荷作用下,轴向和径向载荷对轴承动态参数和轴承刚度有重要影响,且两者在一定程度上相互制约。力矩对轴承的动态特性影响较小。