考虑多间隙的齿轮柔性转子耦合系统非线性动力学分析

考虑齿侧间隙、轴承径向间隙,推导时变啮合刚度和时变轴承刚度,使用有限元法建立质量、刚度、阻尼矩阵并使用整体法组装,建立能够适用于复杂载荷的齿轮滚动轴承柔性转子系统非线性动力学模型。使用FPA修正法确定求解周期,采用Runge-Kutta法、Newton-Raphson法对非线性动力学方程组求解,求解最大Lyapunov指数判断系统的动力学行为。对动力学方程进行数值仿真,研究转速、齿侧间隙、转轴刚度、轴承径向间隙等参数对非线性动力学行为的影响。研究结果表明,随着齿侧间隙增大,齿轮系统会出现脱齿和挤齿现象,临界转速附近由拟周期运动进入混沌运动。随着转轴刚度降低,弯扭耦合振动临界转速减小,脱齿、挤齿和冲击现象逐渐减轻。随着径向间隙增大,轴承的非线性振动对系统的影响逐渐增大,轴承变刚度激励的幅值增大。     

滚珠丝杠副刚度的影响因素及其试验研究

为了提高滚珠丝杠副静态和动态分析的精度,利用滚珠丝杠副中丝杠滚道的力和力矩平衡方程,并考虑变化的接触角和接触变形的影响,建立了联合载荷作用下精确的滚珠丝杠副刚度的数学模型,利用模型分析了滚珠丝杠副刚度的影响因素和规律,结果发现：滚珠丝杠副的刚度随轴向和径向载荷的增大,随之变大,而随倾覆力矩的增加,随之减小;增大导程和减小滚道曲率比可提高滚珠丝杠副的刚度;轴向刚度随轴向载荷、导程和滚道曲率比的改变所受影响最大,角刚度主要受径向载荷和倾覆力矩的影响,径向刚度受载荷和结构参数的影响都较小。通过与滚珠丝杠副轴向静刚度测试平台上测量的结果比较表明,建立的模型是合理和可靠的。     

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。     

角接触球轴承动态特性参数测试方法

基于共振法原理,提出了采用轴承组件的方法识别和测试轴承动态刚度和阻尼参数。建立了轴承组件等效参数识别模型,搭建了简易试验装置,测试了7602050TVP型轴承的刚度和阻尼,并进行了轴承组件模态仿真及分析。试验结果和模态仿真结果对比表明,采用轴承组件等效参数识别模型,轴承动态刚度和阻尼识别误差小,精度高。     

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。     

高速乏油全陶瓷角接触球轴承振动与噪声实验研究

设计高速乏油运转实验，研究高速乏油全陶瓷球轴承在不同高转速、轴向载荷及径向载荷作用下服役时的振动与辐射噪声特性。利用改进的轴承振动测试机测试全陶瓷角接触球轴承在乏油运转状态下的振动速度与辐射噪声声压级，探究高转速、轴向载荷与径向载荷对其振动和辐射噪声的影响规律。提出以声场指向方位角与指向水平参量来表征声场指向性。实验结果表明，转速的提升、轴向载荷的增加以及径向载荷的变大，均使高速乏油全陶瓷角接触球轴承的振动速度与噪声声压级增大，且噪声在圆周方向呈非均匀分布。随转速或径向载荷增加，辐射噪声在圆周方向非线性、不均匀增加，使声压级变化量逐渐增大，导致声场指向性变得更加明显。随轴向载荷增加，圆周方向声压级变化量先增大后减小，使声场指向水平发生相应变化。研究表明振动速度与辐射噪声呈正相关关系，明确了声场随转速、轴向载荷、径向载荷的变化规律，可为高速乏油运转条件下全陶瓷球轴承设计、噪声控制提供相关依据。     

基于COMSOL&MATLAB平台静压气体轴承性能的分析

静压气体轴承主要为自由活塞式斯特林发电机的活塞提供径向支撑,是其亟待突破的关键技术。在介绍了自由活塞式斯特林发电机用静压气体轴承原理和基本结构的基础上,结合COMOSL Multiphysics与MATLAB软件,分析了相对进气压力、轴承几何参数以及活塞轴向运动等因素对轴承性能的影响。结果表明,相对进气压力、节流孔个数与轴承的承载力正相关;随着密封间隙与节流孔直径的增大,耗气量增加,承载力呈现出先增大后减小的趋势;此外,活塞轴向运动对静压气体轴承性能也存在一定的影响。     

冷孔板直径对涡流管内部压力场的影响

以理想的CO_2气体为工作流体,使用标准Standard k-ε湍流模型来模拟涡流管的能量分离效应。当涡流管冷端出口压力是2. 5 MPa、喷嘴进口压力是6. 5 MPa和喷嘴进口温度是298. 15 K、喷嘴进口压力为6. 5 MPa时,进行了涡流管内轴向、径向压力分布的模拟研究。模拟结果表明:冷流率μ为0. 1,冷孔板直径在1. 5～3. 5 mm之间变化时,轴心线上的总压分布呈现先减小后逐渐增大的趋势,各冷孔板直径在轴向距离为0 mm处的径向总压随着径向距离的增大呈逐渐增大的趋势;当径向距离在0. 5～1. 0 mm之间变化时,轴线上总压随着涡流管轴向距离的增大而增大;当径向距离为1. 5 mm时,总压随着涡流管轴向距离的增大呈先增大后减小的趋势;当径向距离在2. 0～2. 5 mm之间变化时,总压随着涡流管轴向距离的增大呈逐渐减小的趋势;当轴向距离在0～100 mm之间变化时,各轴向位置上随着径向距离增大的总压分布均呈现逐渐增大后趋于稳定的趋势。     

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。     

气体动压径向轴承超薄气膜润滑动特性分析

在微纳米尺度下工作的气体薄膜润滑轴承,气膜厚度与气体分子平均自由程较为接近,气体稀薄效应是影响轴承动态特性的关键因素。通过MATLAB的偏微分方程工具箱求解超薄气膜润滑动态Reynolds方程得到动态刚度和阻尼系数,探讨了不同半径间隙,稀薄效应修正模型以及轴承参数对动特性系数的影响。结果表明,随轴承间隙减小,气体稀薄程度增加,气体径向轴承的动态刚度系数显著降低,动态阻尼系数有所增加。当半径间隙降低到纳米尺度时,动态性能受轴承参数的影响较小。     

搭接-叠片式箔片气体动压轴承转子动力学特性实验研究

本文研制了由搭接式径向轴承和叠片式推力轴承组成的一套搭接-叠片式箔片气体动压轴承,同时设计并搭建了相应的箔片气体动压轴承转子实验台,通过多组转子降速对比实验研究了所提出箔片气体动压轴承的起飞特性,分析了转子不平衡量和外部载荷对该轴承-转子系统的转子动力学影响。起飞实验结果表明,本文所研制的搭接式径向箔片气体动压轴承的起飞转速约为7500 r/min,最大起飞转矩约为220 N·mm。转子降速实验研究结果表明,随着转子不平衡量的增加,转子系统1X频振动幅值逐渐增大、二阶临界转速逐渐降低、次频振动发生频率逐渐提前;随着转子转速的增加,转子系统1X频振动呈现先增大后减小的趋势、次频振动幅值整体逐渐增大;在减小顶箔结构的圆心距后,转子系统稳定性增加。不平衡量与外部载荷加载耦合实验结果表明,不平衡量与外部载荷都会激起系统的次频振动,次频振动幅值随转速升高而增大;并且在激起次频振动方面,不平衡量与外部载荷之间存在着相互放大作用。     

高速圆柱滚子轴承保持架振动特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了高速圆柱滚子轴承的动力学非线性微分方程组。采用预估-校正的Gear stiff(GSTIFF)变步长积分算法进行求解,分析了轴承工况参数与结构参数对轴承保持架振动特性的影响。研究结果表明:保持架在径向平面内的振动随着径向载荷的增加而减小,振动频谱中f_c,2f_c,3f_c对应的幅值随径向载荷的增加而减小,其5f_c及更高倍频处的幅值显著降低,甚至消失,而径向载荷对4f_c处幅值的影响较为复杂;随着轴承转速的增加,保持架在径向平面内的振动随之增加;随着轴承径向游隙的增加,保持架径向平面内的振动先迅速增加后缓慢增加;过大或者过小的保持架引导间隙和兜孔周向间隙都会增加保持架的振动,存在一个最佳的保持架引导间隙和兜孔周向间隙范围能够有效的降低保持架的振动。     

结构参数对浮环轴承动态特性的影响研究

为了分析结构参数对浮环轴承动态特性的影响,以摩擦学和流体润滑理论为基础,采用浮环转速比为切入点推导出偏心率与结构参数的变化关系,并以此为基础应用有限元法对其进行分析,得出浮环轴承的动态特性系数随结构参数的变化规律.研究结果表明:总交叉刚度的绝对值和总主阻尼随浮环内外半径比或间隙比的增加而减小;总主刚度的绝对值和总交叉阻尼随浮环内外半径比的增大而减小,随间隙比的增加而增加.研究结果为浮环轴承设计提供了参考依据.     

线性压缩机圆柱臂盘簧的设计及性能研究

弹簧组是线性压缩机的关键部件。为了优化线性压缩机的弹簧组,减小弹簧组的体积和重量,提高线性压缩机的工作效率,设计了一种易于加工的、大刚度的多线型圆柱臂盘簧。采用ANSYS有限元分析软件对圆柱臂盘簧进行刚度计算和模态分析,研究了圆柱臂盘簧中心线的基圆半径、盘簧线径、盘簧轴向高度等主要结构参数对其刚度和应力的影响。结果表明：随着基圆半径的增大,圆柱臂盘簧的轴向刚度、最大应力逐渐减小,径向刚度变化曲线近似为开口向上的二次函数曲线;随着线径的增大,圆柱臂盘簧的轴向刚度和径向刚度加速增大,最大应力基本呈线性增大。在设计圆柱臂盘簧时,将基圆半径设定在15~19 mm,有利于提高盘簧的性能;若线径为4~6 mm,应优先选择0 mm的轴向高度;若线径为6~8 mm,则优先选择10 mm的轴向高度。研究结果对提升线性压缩机的弹簧支撑技术具有重要的参考价值。     

弹簧支撑多叶油润滑箔片轴承动态特性研究

以提高油润滑箔片轴承承载力为目的,提出了一种新型带有弹簧弹性支撑结构的多叶箔片轴承;基于卡式定理建立了弹簧支撑箔片结构弹性变形模型,给出了弹性支撑结构与悬臂弯曲梁的整体柔度矩阵;通过有限差分法求解了稳态不可压润滑雷诺方程,获得了给定转速、给定载荷下轴承的静平衡位置;基于扰动法获得了该轴承的动态雷诺方程,并通过数值仿真研究该新型箔片轴承的动力学特性,分析了弹簧支撑结构箔片轴承刚度和阻尼随Sommerfeld系数、载荷的变化规律。搭建了油润滑多叶箔片轴承动态特性的试验台,并开展了相应的实验验证研究。结果表明,随着载荷的增加,主刚度、主阻尼均减小;实验测得的动力特性系数普遍比理论计算值大,趋势相近。     

基于微分求积法的轴向运动板横向振动分析

研究受面内载荷轴向运动薄板横向振动的运动微分方程,采用微分求积法计算四边简支轴向运动薄板的固有频率和临界速度。分析轴向运动速度、板材料刚度及长宽比对板横向振动固有频率及临界速度的影响。结果发现,随着轴向速度增大,各阶固有频率减小;随着刚度的增大,各阶固有频率增大;当长宽比较小时,轴向运动板可以用梁模型分析。     

功能梯度形状记忆合金复合梁的力学行为

功能梯度形状记忆合金（Functionally graded shape memory alloy,FGSMA）兼具功能梯度材料和形状记忆合金材料的双重特性,广泛应用于微机电、航空航天等工程领域。为研究FGSMA复合梁的弯曲行为,本文对形状记忆合金（SMA）力学本构方程进行简化处理,并根据复合材料层合板理论建立了FGSMA复合梁的力学模型,据此研究了SMA体积分数沿厚度方向呈线性变化的FGSMA悬臂梁内SMA纤维铺设角度对悬臂梁横截面应变、中面轴向位移、中性面高度和相变层高度的影响以及悬臂梁中面应变、曲率、SMA马氏体相变临界层高度和中性面高度随弯矩载荷的变化规律。研究结果表明:在弯矩载荷作用下,悬臂梁中性面位置与中面位置不重合,且悬臂梁上下层SMA马氏体相变临界层位置不对称;截面轴向应变绝对值随铺设角度增大而增大,截面纵向应变绝对值随铺设角度增大先增大后减小,中面轴向位移随铺设角度增大先增大后减小;随着铺设角度增大,悬臂梁中性面高度逐渐增大,拉伸状态下相变结束临界层高度先减小后增大,压缩状态的趋势相反;随着弯矩载荷绝对值逐渐增大,中性面位置高度表现出先稳定后减小然后逐渐增大的趋势,相变临界层逐渐向中性面位置靠拢;中面正应变和挠曲率随着弯矩载荷绝对值逐渐增大而发生变化,且变化率先增大后减缓。      

斜撑式超越离合器二轴总成动态性能分析

为使斜撑式超越离合器二轴总成具有良好的动态性能,采用集中参数法建立了四自由度横-扭耦合动力学模型,并运用龙格-库塔法对此非线性系统进行了数值求解,分别研究了斜撑式超越离合器扭转刚度和扭转阻尼对齿轮动态传递误差和动载荷的影响,以及齿轮重合度对斜撑式超越离合器动态溜滑角、最大冲击力及稳态接触力的影响。研究结果表明:①系统在较低的激励频率范围内,齿轮动态传递误差和动载荷随离合器扭转刚度增大而减小,而在较高的激励频率范围内变化相反;②齿轮动态传递误差和动载荷随斜撑式超越离合器扭转阻尼增大而减小;③斜撑式超越离合器动态溜滑角、最大冲击力、稳态接触力随齿轮重合度增大而增大。     

一般边界条件下受轴向冲击圆柱壳的动力特性计算分析

在受轴向冲击圆柱壳的非冲击端引入轴向、周向、径向和径向旋转4个方向边界弹簧模拟一般边界条件。根据Love薄壳理论得到圆柱壳变形过程中的应力应变,并采用一种改进的Fourier级数方法表示圆柱壳沿坐标轴方向的位移。将应力应变以及位移代入圆柱壳的能量表达式,采用基于Hamilton方程的一阶变分法对能量表达式进行推导和变换,得到一般边界条件下受轴向冲击圆柱壳的自然频率以及动力屈曲临界载荷的判别式。计算分析了一般边界条件对受轴向冲击圆柱壳的自然频率和屈曲临界载荷的影响,以及不同边界条件圆柱壳屈曲模态的类型特点。结果表明：一般边界条件下自然频率随着冲击载荷增大而降低;随着轴向波数的增加圆柱壳自然频率及屈曲临界载荷增大,随着周向波数的增加屈曲临界载荷也增大;轴向、周向、径向和径向旋转各个方向边界刚度对圆柱壳自然频率和屈曲临界载荷的影响都是刚度系数越小,自然频率越低而临界载荷越大;圆柱壳受轴向冲击,边界条件的改变会影响屈曲模态。     

计及套圈变形的电主轴角接触球轴承动刚度分析

针对高速电主轴结构特点,应用弹性力学和滚动轴承动力学理论,建立考虑内圈弯曲变形影响的角接触球轴承动刚度分析模型,探讨不同工况下内圈的径向挠度及其对轴承动刚度的影响,最后在12MD60Y6型号电主轴上进行轴承动刚度测试。理论和实验结果表明,内圈径向挠度和轴承的轴向载荷成正比、与转速成反比,在重载条件下其值不容忽视。考虑内圈径向挠度的轴承动刚度计算结果更接近实验结果。