异类滚动轴承组配支承特点研究

角接触球轴承组配时,由于对制造安装精度的要求很高,仅仅通过增加角接触球轴承数量来提高支承的径向承载能力有很大局限性。因此,用异类滚动轴承组配方式来提高轴承组配的径向承载能力具有明显的优势。首先分析和对比了现有角接触球轴承组配方式的结构特点和力学特征,并阐述了它们的适用范围。针对上述组配存在的精度要求高、径向承载能力差的缺点,提出了一种异类滚动轴承组配方式。其特点是采用深沟球轴承或圆柱滚子轴承等径向类轴承承受纯径向载荷,角接触球轴承承受纯轴向载荷。然后,推导了异类滚动轴承组配方式的寿命计算公式。同时推导了"QBC"角接触球轴承组配的寿命计算公式。将两者对比发现:异类滚动轴承组配方式径向承载能力明显提高、寿命明显延长,并且对轴承的制造和安装精度要求较低。再将此成果应用于某石化厂进口甲胺泵的改造,经过计算,异类滚动轴承组配方式将泵轴承组的使用寿命提高了52.5%。     

边界条件对薄壁加筋板压缩稳定性能的影响

应用非线性有限元方法对加筋板的压缩稳定性进行建模数值计算,通过定义加筋板有限元模型中四边节点的约束条件模拟压缩稳定性试验中承载端简支、固支边界条件以及常用的刀口支持、螺栓顶压、夹板夹持等侧边支持夹具,根据有限元计算结果分析承载端和侧边边界条件对加筋板压缩稳定性能的影响。计算结果表明,当承载端边界约束条件为固支时,结构的屈曲载荷与承载能力均比承载端简支时有一定的增加;当承载端简支时,结构的屈曲形式与破坏失效形式随侧边边界约束条件的不同而不同,相比于侧边自由的情况,侧边施加约束可以增加结构的屈曲载荷与承载能力;当承载端固支时,不同侧边边界约束条件下结构的屈曲形式与屈曲载荷基本相同,相比于侧边自由的情况,侧边施加约束可以增加结构的承载能力。     

金属带式无级变速器钢环组的配合与张应力分布关系的研究

钢环组是金属带的关键组件之一，它的载荷分布关系到金属带的承载能力和使用寿命。本文分析了钢环组配方式与其张应力分布的关系，提出了采用过盈配合组配钢环能使各层钢环均匀承载的方法，并得到了过盈量的求解算式。     

航空结构宽板铆接搭接件承载性能数值研究

为研究飞机蒙皮铆接搭接结构的力学特性,基于ANSYS软件建立宽板三排铆钉搭接件的三维有限元分析模型。考虑物面间的非线性接触、铆钉与板孔间的干涉配合、铆钉预紧力的影响,应用非线性有限元法对宽板铆接搭接件在恒定远端拉伸载荷作用下的承载性能进行计算。通过读取沿预设路径的位移分布数据,获得宽板搭接件产生的次弯曲和第三弯曲的变形趋势。从搭接板等效应力云图可以看出,靠近宽搭接板侧缘的沉头铆钉孔周围应力集中比较严重。计算每个铆钉的钉传载荷,获得宽板搭接件铆钉承载的分布规律。在调整铆钉预紧力和钉孔干涉配合量的情况下,给出三排铆钉载荷传递比的变化情况。针对宽板铆接搭接件的力学特性计算分析,可以为后续的搭接件结构多处损伤裂纹扩展和疲劳寿命研究奠定基础。     

均匀化理论在开孔转鼓结构优化中的应用研究

多尺度均匀化理论被认为是确定复合材料当量性能的一种不可替代的方法。首先根据开孔转鼓中小孔的分布规律建立了宏观均匀化模型，得到了小孔在不同分布不同孔径和不同孔间距状态下当量板的有效弹性常数分布规律；然后根据转鼓的结构和承载方式建立基于有限元分析的优化模型，结合所得的材料当量性能参数，利用ANSYS的二次开发功能，编写了APDL程序，完成了转鼓模型的结构优化。所得结果已被工程应用所接受，从而为开孔转鼓的结构设计提供了一种新思路。     

强度组配对焊接宽板拉伸试验影响的研究

利用有限元模拟试验的方法对中心裂纹焊接宽板试件进行了研究，可以看出焊缝金属与母材的不同强度组配显著影响了其焊缝裂纹扩展驱动力。并对两种不同类型的ＣＴＯＤ设计曲线的适用情况进行了分析。     

大型起重机械薄板结构加筋及承载能力分析

起重机械的快速发展放大了其结构本身缺陷,为弥补可能发生的损伤问题,通常采用添加筋板的方式增加大型起重机械薄板结构的刚度,其主要承载了大部分的垂向载荷并能够提供足够的稳定性。但是,当承受载荷超过临界载荷时,筋板会发生屈曲变形,本文首先论述了大型起重机械薄板结构加筋的研究现状,进而研究了起重机械薄板加筋的稳定性,计算不同工况下的临界应力。为最大化利用筋板的承载能力,考虑了加筋板结构的后屈曲,对其承载能力进行了分析和优化方法设计,为大型起重机械薄板结构加筋的研究提供理论支撑,具有重要的工程意义。     

焦炉导烟板结构对高温烟尘扩散过程的影响研究

在焦炉生产过程中会产生大量高温含尘烟气,其中推焦过程中出焦侧上方的污染排放最为严重.为研究不同结构导烟板对高温烟尘扩散规律的影响,解决焦炉出焦侧导烟板两侧烟尘逸出现象,对原有的直型导烟板进行优化,参考Aaberg排风罩的理论分析与实验研究,设计了弧型和折型导烟板,运用计算流体动力学软件对三种结构导烟板的导流作用进行数值...     

Lamb波在搭接板中传播规律的数值仿真研究

对储罐底板的搭接结构进行建模仿真,利用加载波结构的原理在板中激励出单一的Lamb 波模态,得到了各模态在搭接板中的传播规律与信号特征;利用能量系数对不同频率激励情况下的各模态信号进行了分析,得到了A0模态和S0模态能量分布和损失的规律,对比了各自穿透焊缝的特性,同时,研究了搭接长度对信号的影响。研究表明,低频Lamb波...     

多结构形式小通道液冷板散热性能对比研究

小通道冷板作为一种有效的热控装置,已被广泛应用于高热流密度电子器件的热管理领域。文中以通道特征尺寸为2 mm 的串行、并行以及射流冲击/小通道混合液冷板为研究对象,旨在获取这3种结构形式冷板的极限散热能力和流动阻力损失的差异。研究结果表明：在相同冷却工质流量条件下,3种冷板的散热功率由大到小依次为串行通道、并行通道、射流冲击/小通道混合液冷板;串行通道冷板的板内阻力损失明显大于其余两者;在综合考虑压力损失和散热性能的基础上,根据不同热源热流密度条件选择合适的冷板结构,有望满足特定应用的需求。该研究可供小通道液冷板的设计和优化参考。     

Multi-body contact modeling and statistical experimental validation for hub-bearing unit

A multi-body contact FEM model is initially established to simulate an internal stress distribution of the flexible hub-bearing system. It reveals that several peak load/stress values appear on the bearing raceway along its circumference, which is different from the conventional cosine curve distribution. Based on the simulation, hub-bearing unit performance was analyzed and its failure modes were predicted. Asymmetry of stress distribution demonstrates strong coupling effect with rigidity distribution of the flexible surrounding structure. Consequently, this will result in several typical failure modes for given load conditions. In this paper, the failure characteristics of the same type of 600 sets of failed hub-bearing units were statistically analyzed and compared with the simulation result. This comparison confirms that the FEM modeling is a potential approach to optimize the main geometrical parameters of the hub-bearing system, taking specific external load, friction, and heating into account.     

The Role of Radial Clearance on the Performance of Foil Air Bearings

Load capacity tests were conducted to determine how radial clearance variations affect the load capacity coefficient of foil air bearings. Two Generation III foil air bearings with the same design but possessing different initial radial clearances were tested at room temperature against an as-ground PS304 coated journal operating at 30000 rpm. Increases in radial clearance were accomplished by reducing the journal's outside diameter via an in-place grinding system. From each load capacity test the bearing load capacity coefficient was calculated from the rule-of-thumb (ROT) model developed for foil air bearings.

The test results indicate that, in terms of the load capacity coefficient, radial clearance has a direct impact on the performance of the foil air bearing. Each test bearing exhibited an optimum radial clearance that resulted in a maximum load capacity coefficient. Relative to this optimum value are two separate operating regimes that are governed by different modes of failure. Bearings operating with radial clearances less than the optimum exhibit load capacity coefficients that are a strong function of radial clearance and are prone to a thermal runaway failure mechanism and bearing seizure. Conversely, a bearing operating with a radial clearance twice the optimum suffered only a 20% decline in its maximum load capacity coefficient and did not experience any thermal management problems. However, it is unknown to what degree these changes in radial clearance had on other performance parameters, such as the stiffness and damping properties of the bearings.     

不同轴向载荷下氮化硅全陶瓷轴承润滑特性

全陶瓷球轴承广泛应用在航天航空领域、燃气发动机和极端工况下,然而针对全陶瓷轴承油润滑特性的研究比较少见。以氮化硅6206全陶瓷深沟球轴承作为研究对象,在轴承测振仪上开展陶瓷轴承润滑特性实验研究,采用拟静力学和最小油膜厚度理论通过MatLab的牛顿迭代法得到比较精确的数值解,分析陶瓷轴承的接触载荷、轴向载荷、离心力、最小油膜厚度之间的关系,并通过改变供油量和轴向载荷得到陶瓷轴承在不同工况下的振动规律。实验结果表明：在轴向载荷相同条件下球与外圈之间的接触载荷比球与内圈之间的接触载荷大,轴向位移随着轴向载荷增加呈递增趋势;在轴向载荷一定时,存在一个最佳供油量使轴承振动最小,在干摩擦条件下轴承振动随着轴向载荷增加呈先减少后增大的趋势。     

GMA止推油膜轴承瓦块均载调整试验研究

介绍了一种基于超磁致伸缩驱动器(GMA)的止推油膜轴承的结构和工作原理,搭建了GMA止推油膜轴承试验台,进行了止推油膜轴承的跑合试验、单瓦载荷调节试验以及手动和自动均载调节试验。该轴承以瓦块的温度作为反馈信号,改变GMA的伸长量可控制止推瓦块的油膜间隙,使同一止推轴承的不同瓦块承受载荷尽量均匀,能够防止止推轴承偏载现象发生,避免止推油膜轴承由于偏载引起的局部高温。试验结果表明,利用GMA调节止推轴承的油膜间隙、实现止推瓦块的均载方案是可行的。     

考虑油膜润滑的轮毂轴承弯曲疲劳寿命预测与分析*

为精确分析预测某型轿车轮毂轴承的弯曲疲劳寿命,考虑轴承工作状态下游隙与油膜厚度的关系,以及温度对游隙和油膜厚度的影响,结合点接触弹流油膜厚度计算方法,精确计算其最小油膜厚度值;根据ISO提供的对Lundberg-Palmgren寿命模型修正方法,计算油膜参数和润滑剂黏度比,从而确定修正系数,建立改进的寿命模型。为了验证改进模型的正确性,使用旋转弯曲疲劳寿命试验机进行疲劳试验,试验结果在误差合理区间内,证明研究模型的可靠性。建立轮毂轴承载荷分布分析模型,讨论中心距对最大滚动体载荷的影响,研究轮毂轴承的疲劳寿命在不同纯弯矩载荷和不同车速下随中心距的变化规律。结果表明：弯矩载荷是影响疲劳寿命的主要因素,增加中心距可以延长轴承寿命;轴承润滑条件与轴承转速有关,在一定范围内,转速越高,其内部润滑越充分,使用寿命越长。     

橡塑双层复合材料水润滑轴承流固耦合分析

橡塑双层复合材料水润滑轴承综合了橡胶阻尼性好和塑料摩擦性能好的特点，是一种极具发展潜力的新型水润滑轴承，然而其润滑承载机制尚不明确。采用流固耦合仿真方法研究该种轴承在不同载荷、轴瓦厚度和弹性模量下的轴瓦变形分布特点和规律。结果表明：轴瓦变形主要发生在橡胶层，橡胶层轴瓦变形影响塑料层轴瓦的形状，并使其整体发生移动；随载荷增大，轴瓦变形量增大，轴瓦刚度系数减小；随塑料层轴瓦厚度增大，轴瓦总变形量近似线性减小，轴瓦刚度系数增大；而塑料层轴瓦弹性模量的变化对轴瓦总变形和刚度系数影响相对较小。     

三瓣式气体箔片径向轴承的静动态特性

针对一种新型三瓣式气体箔片轴承,考虑接触界面库仑摩擦后提出了相应的刚度计算模型,并通过求解动压气体润滑Reynolds方程,计算并分析了轴承的静态特性和动态特性。研究了转速、载荷、轴承预载和轴承安装角对该轴承静动态特性的影响。静态特性方面,轴承预载可以较大程度地提高承载能力,且高转速下承载能力更强;安装角度对承载能力的影响呈正/余弦规律变化,且随着转速增大,最大承载能力所对应的安装角不断减小,并最终稳定在70°。动态方面,轴承动态直接刚度随预载增大而显著增大,阻尼变化较小;轴承动态刚度和阻尼随安装角的变化也表现为正/余弦规律,且随安装角的增大,两直接刚度和两直接阻尼分别呈异步变化趋势。     

静压孔位置对油膜支承可倾瓦轴承承载性能的影响分析

为了提高汽轮机转子系统中支承轴承的油膜刚度,以三瓦油膜支承可倾瓦轴承为研究对象,研究静压孔相对位置对轴承承载性能的影响规律。建立了油膜支承可倾瓦轴承油膜润滑模型,并运用计算流体动力学方法数值求解三维N-S方程,揭示了不同静压孔相对位置下轴承压力分布、最小膜厚、偏心率、刚度等性能参数的变化规律。分析结果表明：在载荷为890 N的情况下,改变孔的位置可以提高轴承油膜刚度;当静压孔相对位置γ=5°左右时,孔位置接近油膜最大压力分布区,与γ=0°时相比,最小膜厚和偏心率分别减小9.8%和48%,主刚度kyy、kxx接近原结构的1.4倍和1.1倍,此时静压孔位置为相对最优位置区域。依据分析结果开发了新型油膜支承可倾瓦轴承（γ=5°）,通过试验对比分析了普通滑动轴承与新型油膜支承可倾瓦轴承的综合性能,结果表明,高转速时所开发的新型油膜支承可倾瓦轴承具有更好的承载性能与减振性能。研究结果对油膜支承可倾瓦轴承的性能分析具有一定的参考价值,设计轴承静压孔时可根据油膜压力分布规律对其优化以提高轴承性能。     

有限体积法与正交试验法相结合的动静压轴承结构优化设计

针对小孔节流深浅腔动静压轴承的性能优化问题,基于平行平板扩散流动计算模型及流量守恒原理,推导了微元控制体边界压力的插值函数,提出了分析小孔节流深浅腔动静压轴承的油腔压力、承载力、静刚度、进油流量及温升等承载特性的有限体积计算方法。使用该方法研究了供油压力、主轴转速、进油孔径、浅腔深度、初始油膜厚度等参数对小孔节流深浅腔动静压轴承承载特性的影响规律,从而得到了以上相关参数的优化区间。在此基础上,采用四因素三水平的正交试验法,在满足多目标性能最优的前提下,得到了小孔节流深浅腔动静压轴承结构参数与工作参数的最优组合。以该组参数试制了小孔节流深浅腔动静压轴承并建立了试验平台,测量了不同转速及供油压力下油腔的压力值。试验结果表明,轴承油腔压力试验数据及理论计算值随主轴转速的变化趋势一致;误差在11%以内。验证了有限体积法与正交试验法相结合的动静压轴承结构优化设计方法的正确性。     

The influence of the lubricant film on the stiffness and damping characteristics of a deep groove ball bearing

This paper experimentally investigates the formation of a lubricant film in a deep groove ball bearing and its effect on the bearing dynamics. A novel test rig is introduced, which allows testing different types and sizes of bearings in real-life conditions. The test rig dynamics are optimised such that the dynamic properties of the bearing are measured in a frequency range below the resonances of the flexible modes. Two properties of the bearing, both its stiffness and damping value in the direction of the static bearing load, are identified. The behaviour of the lubricant film between the rolling elements and raceways is measured based on the electrical resistance through the bearing. For this purpose, the bearing housing is electrically isolated from the surrounding structure. The electrical resistance, stiffness and damping of the test bearing are identified during a speed run-up. The influence of the bearing temperature is analysed as well. During a run-up at constant bearing temperature, the measurement of the electrical resistance describes the formation of the lubricant film. Due to the formation of the lubricant film, the bearing stiffness increases by 3.2% while the damping increases by 24%. During a warm-up of the bearing, the viscosity of the lubricant film decreases strongly. A resulting decrease in electrical resistance, stiffness and damping is measured. Finally, the electrical resistance, stiffness and damping are identified at different speeds, after the bearing has reached a stable temperature at each speed. A combined effect of both rotation and temperature is observed and discussed.