对转圆柱滚子轴承动态特性分析

针对内外圈对转圆柱滚子轴承内部复杂的运动特性及相互作用力,通过分析轴承径向游隙的影响因素以及考虑滚子与滚道的接触变形和热效应对油膜厚度的影响,利用拟静力学法建立了轴承的分析模型,并采用NewtonRaphson法进行求解;同时,利用该模型对滚子打滑率进行计算,以验证所采用分析方法的正确性和可靠性。然后,进一步探讨了不同工况下对转圆柱滚子轴承内部组件的转速变化规律与接触特性。结果表明：滚子的自转转速、滚子与滚道的接触载荷均随径向载荷的增大而增大;内、外圈转速变化会使受载区滚子与滚道的接触载荷以一定的规律重新分配,且转速对最小油膜厚度的影响较径向载荷更为明显。研究结果可为对转圆柱滚子轴承的结构优化和生热机理分析提供理论依据。     

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。     

外滚道剥落的高速轴承转子非线性系统及其振动响应分析

为了建立符合工程实际的外滚道剥落高速轴承转子系统动力学模型,将滚道剥落引起的时变位移和时变冲击激励、油膜时变刚度和时变阻尼、钢球与滚道时变接触刚度和时变接触角、时变接触力等非线性因素综合考虑,结合JONES的高速球轴承动力学模型建立了外滚道剥落的高速轴承转子系统非线性动力学模型.基于该模型研究了剥落尺寸和转速变化时轴承...     

考虑弹性变形的推力轴承抗冲击特性分析

针对滚动轴承试验机的陪试轴承——推力滑动轴承承受瞬时冲击载荷这一问题,建立了推力轴承-转子系统的动力学模型和简化的轴承座结构变形模型,运用有限元法求解雷诺方程,欧拉积分法求解转轴的轴向动力学方程,ANSYS仿真获得轴承座的结构变形量,通过联合求解,得到了冲击过程中推力轴承油膜合力、最小油膜厚度和流量随时间的变化情况,对比了考虑和不考虑轴承座结构变形时推力轴承的冲击响应。结果发现:轴承座弹性变形对油膜合力和最小油膜厚度的影响不可忽略。不考虑结构变形时,油膜合力和最小油膜厚度的响应速度快得多,响应时间大约快了22%。弹性变形延缓了响应过程,起到了缓冲作用,并且缩短了达到稳态时所需的时间。考虑和不考虑弹性变形时,油膜合力的最大值和最小油膜厚度的最小值基本相同。分析表明,合适的轴承座结构刚度可以提高推力轴承的抗冲击能力。结构刚度不能小于某个临界值,太小可能造成某一瓦块的最小油膜厚度非常小,难以承受大的瞬时冲击载荷;同时也不能太大,不仅结构复杂,而且起不到缓冲的效果,可能会造成某些连接件过早失效。     

基于多参数耦合的滚动轴承油膜刚度分析

针对传统经验公式难以准确反映滚动轴承正常工作时油膜刚度动态变化的问题,根据滚动轴承运行时油膜状态分布,基于非Newton流体弹流润滑理论,考虑表面粗糙形貌、热效应、时变效应等因素,建立滚动轴承油膜刚度计算模型。通过数值计算,得到一个完整工作周期内油膜压力、膜厚、温度和刚度变化规律。结果表明:油膜刚度在一个周期内呈非线性变化,并随载荷、黏度、表面粗糙度幅值的增大而增大,随卷吸速度的增大而有所减小;油膜刚度的振荡频率随表面粗糙度波长和粗糙表面纹理走向与轴承滚动方向夹角增大而增大;滚动轴承正常工作时,油膜的温升最大,内圈次之,滚动体最小且不可忽略。     

外圈滚道损伤位置对高速列车轴箱轴承动力学行为的影响分析

为了探究轴承产生故障时其内部元件间的运动规律,以高速列车轴箱轴承为研究对象,采用多体动力学分析软件ADAMS建立了外圈滚道剥离故障的轴承动力学模型。模型综合考虑了材料属性、约束、载荷和接触关系等因素,通过铁路轴承综合实验台对试验轴承进行动力学实验并对比部件转速,验证了模型的有效性。通过对外圈滚道不同损伤位置处的轴承进行动力学仿真分析发现：轴承有故障时,滚子与滚道间相邻两接触点的时间间隔变大;轴承故障的存在会加大滚子与滚道间的接触力,进而加剧轴承滚道的损坏;损伤位置位于6点钟时,对滚子打滑起到了抑制作用,滚子打滑率的增大会加剧滚道表面的不均匀擦伤;轴承转速越大,保持架运行越平稳,损伤位置位于12点钟时,对保持架的平稳运行影响不大。研究结果对推动轴承设计和故障诊断技术发展具有一定的理论和实际意义。     

轴电流损伤球轴承的载荷分布和刚度变化分析EI北大核心CSCD

基于轴电流损伤凹坑的表面形貌,提出故障表征模型,对损伤后角接触球轴承的载荷分布和刚度变化进行研究。首先,建立了考虑弹性接触和滚动体与滚道间相互作用力的角接触球轴承分析模型,并验证模型的准确性;其次,提出了具有不同长度、宽度、深度的轴电流外滚道损伤凹坑的故障模型及分段函数表达式;最后,利用该故障模型研究了具有不同大小和形状的轴电流损伤凹坑对轴承载荷分布和刚度变化的影响。结果表明:滚动体从滚入到滚出轴电流损伤凹坑过程中,将释放一定量变形,导致损伤区域轴承承载力部分或全部丧失;随着轴电流损伤凹坑变大,轴承刚度变化更大、更迅速。     

双列圆锥滚子轴承滚道表面波纹度对轴承振动特性的影响研究EI北大核心CSCD

考虑弹流润滑和时变接触刚度特性,提出一种利用位置函数代替时变刚度系数的计算方法,建立具有滚道波纹度的双列圆锥滚子轴承动力学计算模型,分析了波纹度波数、幅值对轴承振动特性的影响。结果表明:当滚道表面存在波纹度时,轴承径向振动位移频谱图均出现Zf及其倍频成分;当滚道波纹度波数与滚子个数相等或是其整数倍时,振动位移频谱取得峰值,轴承发生强烈振动。当内圈滚道表面存在波纹度时,振动位移频谱出现多种单个滚子通过内圈滚道频率和轴转频的组合频率成分;轴承径向振动位移频谱图峰值点所对应的频率与波数有明确的数学关系;相比于内圈,外圈波纹度幅值对轴承径向振动影响较大,且振动位移的峰峰均值随滚道波纹度幅值的增大而增大。     

大型水轮机组推力轴承油膜厚度在线监测研究

油膜厚度是反映推力轴承运行状态的重要参数,对油膜厚度进行实时在线监测有助于实现推力轴承的稳定运行。以某大型水轮机组推力轴承为例,结合其润滑流体的雷诺方程和油膜厚度方程,利用有限差分法分析了不同载荷和不同转速下推力轴承油膜厚度和压力分布的变化规律,并设计了一种油膜厚度实时在线监测方法。理论分析结果表明,当转速一定时,推力轴承油膜厚度先随着载荷的增大而增大,达到峰值后,随着载荷的增大而减小;当载荷一定时,油膜厚度随着转速的增大而增大。理论分析结果与该水轮机组推力轴承油膜厚度的在线监测数据完全吻合,验证了提出的油膜厚度在线监测方法的可靠性,为推力轴承运行状态的诊断提供了科学依据。     

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。     

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。     

虑车轮多边形演化的动车组轴箱轴承载荷及寿命分析

以某型250 km/h级动车组为研究对象,考虑轴箱轴承的时变刚度特性、轮对轴箱与轨道的柔性,建立了轴 承?车辆?轨道刚柔耦合动力学模型,研究了实测车轮多边形演化下轴承滚道载荷与疲劳寿命的发展规律,揭示了车 轮多边形对轴承载荷的影响机理。结果表明,随着运营里程的增加,车轮多边形磨耗幅值总体上不断增大,导致轴 箱轴承外滚道接触载荷最大值与8和9号滚道的接触载荷标准差均呈现增长趋势;轴承每千米的损伤值也会不断增 大,最高可达1.4×10?7,额定寿命则会不断减少;车轮经过镟修后,外滚道最大接触载荷降低了14%,9号滚道载荷 标准差降低了56%,轴承每千米的损伤值降低了39%,故及时镟轮可以明显改善滚道载荷环境,延长轴承寿命。此 外,当车轮多边形通过频率与钢轨局部弯曲模态产生耦合后,轴承载荷会更加恶劣。因此,针对该型动车组,在运行 1.5×105 km后,应适当增加车轮不平顺的检测频次,并重点关注14,15,25和26阶多边形磨耗幅值。     

点接触弹流润滑条件下的深沟球轴承表面局部缺陷动力学建模

传统轴承动力学模型多为无润滑干接触状态下建立的接触力学模型,没有考虑润滑对轴承振动的影响。由于球轴承内部钢球与滚道之间润滑油膜的存在,油膜影响轴承的接触刚度。基于非线性赫兹接触变形和弹性流体润滑,提出了一种深沟球轴承局部缺陷的两自由度动力学模型。首先将接触变形、径向间隙和缺陷的连续性变化关系对轴承的局部缺陷影响提出了模拟的方法,然后加入了弹流润滑对轴承接触刚度的影响这一因素,并建立深沟球轴承的两自由度动力学模型,能更加准确的模拟轴承实际运转时的真实状态。最后通过振动响应的仿真信号与轴承故障实验台的数据进行对比,验证这种模型的准确性,为轴承故障诊断提供了理论依据。     

角接触球轴承的动态参数建模与试验研究

针对角接触球轴承动态刚度和阻尼特性分析的问题,建立了考虑基础响应的单自由度动态参数测试力学模型;搭建了轴承动态参数识别试验装置,测试及分析了不同的载荷条件对轴承径向和轴向动态刚度及阻尼的影响。试验结果表明:随着轴向载荷增大,轴向刚度、径向刚度逐渐增大,轴向阻尼、径向阻尼先减小后增大;随着径向载荷增大,轴向刚度、径向刚度逐渐增大,轴向阻尼、径向阻尼先增大后减小再增大。     

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。     

外圈滚道剥离故障对滚动轴承动力学响应的影响分析

为了探究高速列车轴箱轴承在外圈滚道产生剥离故障后内部元件的动力学响应规律,采用三维建模软件Solidworks和多体动力学分析软件ADAMS建立了轴承动力学模型。模型考虑了材料属性、约束、载荷和接触关系等因素,模拟了外圈滚道多个位置处的剥离故障。采用高速列车轴承综合试验台对轴箱轴承进行动力学试验,并与仿真结果对比,验证了模型的有效性。通过分析不同故障位置的轴承动力学仿真结果,研究了滚子、保持架的动态响应变化规律。研究发现：当滚子质心的径向运动轨迹呈现“正弦”状时,不随外圈滚道损伤位置的不同而变化;当外圈滚道损伤位于3点钟和9点钟位置时,保持架质心的径向运动轨迹无规律可循;当外圈滚道损伤位于6点钟位置时,保持架质心的径向运动轨迹呈现近似“正弦”状,滚子和保持架质心的波动量最小,滚子和内圈、外圈滚道间的接触力最大;当外圈滚道损伤位于12点钟位置时,保持架质心的径向运动轨迹呈现近似“正弦”状,滚子和保持架质心的波动量最大,滚子和内圈、外圈滚道间的接触力最小。研究结果对认识轴承发生外圈故障时内部元件间的运动规律、轴承运行维护和振动数据的采集提供了一定的借鉴意义。     

热效应对径向浮环轴承最小油膜厚度及稳定性影响研究

以径向浮环动静压轴承为研究对象,采用有限元法和有限差分法联立求解Reynolds方程、能量方程和温黏关系式,得到内外层油膜的压力分布、温度分布和黏度分布,对油膜压力积分得到轴承的刚度系数和阻尼系数。针对轴颈、浮环建立统一的动力学方程,结合能量方程和Routh-Hurwitz准则推导出单质量刚性对称浮环轴承-转子系统的热失稳判据,分析了油膜热效应对内外膜最小油膜厚度与失稳转速的影响。结果表明:内外膜油腔呈现多个的温度峰值,两端面温度高于油腔中央温度;内外膜最小油膜厚度和系统失稳转速随着进油温度的升高而减小;高速工况下,油膜温升是导致浮环轴承发生油膜破裂和失稳现象的重要因素,计算时需计入油膜热效应对轴承性能的影响。     

考虑滑动和热膨胀的球轴承局部故障动力学建模EI北大核心CSCD

研究外圈局部剥落故障球轴承工作时的动力学特性,并建立考虑滑动和热膨胀的球轴承动力学模型。首先把轴承简化为只考虑径向接触力的弹簧-阻尼模型,研究滚动体在滚道中刚开始承受载荷时的滑动作用,得到考虑滑动作用的滚动体与滚道间的角度关系模型。对外圈局部剥落故障区域附近滚动体的接触刚度和位移变化进行研究,分析滚动体在进入和退出剥落区过程中不同状态下的接触刚度和径向位移的变化情况,修正剥落故障区域附近滚动体与滚道的接触刚度值,得到时变刚度模型和时变位移模型,使动力学模型仿真信号更接近真实情况。利用局部法计算球轴承内部各接触组件间摩擦产生的热量,结合热网络法和球轴承瞬态热平衡方程计算轴承各节点的温度。研究球轴承内部滚动体的径向热膨胀位移,修正轴承动力学模型中滚动体的时变位移模型。以牛顿第二定律和Hertz接触理论为基础,充分考虑滚动体的滑动作用、热膨胀位移和剥落区域时变刚度、时变位移,建立球轴承外圈局部故障二自由度动力学模型,使用四阶龙格库塔法对模型进行求解。利用试验与模拟结果对比,证明模型的可行性。     

惯性载荷对高速角接触球轴承最优预紧力的影响分析

高速角接触球轴承拟静力学模型是轴承内部载荷分布的有效分析手段,是动力学分析的基础.对受轴向载荷的高速角接触球轴承的具体算例进行了求解计算,得出了不同转速下钢球与沟道接触力随预紧力的变化规律.计算结果表明:在低转速范围内,钢球与外沟道接触力随着轴向预紧力的增大而线性增大;随着转速的升高,该接触力会呈现非线性变化,表现出先减小后增大的变化趋势.对这一变化规律进行了详细的分析,并从接触疲劳寿命和陀螺转动摩擦生热的角度,提出了确定高速角接触球轴承最佳预紧力的双重约束条件,为高速角接触球轴承的设计与使用提供参考依据.     

考虑轴承故障高速列车齿轮传动系统振动响应分析

齿轮传动系统在高速列车运行过程中起着连接和动力传递的关键作用,齿轮传动系统中的滚动轴承长期处于高速运行状况,易于出现故障。为研究轴承出现故障后高速列车齿轮传动系统的振动响应,基于Hertz接触理论,考虑齿轮传动系统输入轴上圆柱滚子轴承内圈滚道上的剥离故障,利用三维建模软件SolidWorks和动力学软件RecurDyn分别建立正常工况和故障工况下的齿轮传动系统动力学模型。通过仿真分析可以发现：故障工况下,输入轴上轴承滚子的角速度会出现周期性突变,输出轴上从动齿轮的角速度变化剧烈,而轴承滚子的角速度几乎不变;输入轴上包括主动齿轮在内的所有零件振动加速度明显增大,并且输出轴上零件的振动加速度也有所增大;主动齿轮和从动齿轮齿面接触力增大;输入轴上轴承滚子与内圈会瞬时脱离,影响轴承的稳定运行。研究结果可为高速列车齿轮传动系统中轴承故障的诊断、预防提供参考数据。