温度影响的轴承动态预紧耦合降维方法

机床主轴承预紧状态随运行工况动态变化,但预紧力与轴承动力学特性非线性相关,根据轴承动态特性变化对预紧力实施动态优化是提高球轴承综合性能的关键.为提高主轴轴承综合性能,提出一种新的预紧力优化准则.构建了温度影响的球轴承动力学模型,分析变转速、变预紧力和变温升综合影响的球轴承动力学特性变化规律,采用主成分分析法对预紧力与轴承动态指标间的耦合关系实施动态降维优化.MATLAB仿真结果表明,在恒速和温升状态下轴承动态预紧状态与滚动体-内滚道接触载荷关系密切,其贡献率高达95.8％,该方法为球轴承动态预紧优化提供重要理论依据.     

双排四点接触球转盘轴承滚道接触压力分布

双排四点接触转盘轴承通常用于可靠性要求较高的大型机械中,其主要功能是连接2个需要相对回转的大型零部件。静/动承载能力是选择或者设计转盘轴承的基础,滚道接触压力分布规律则是研究转盘轴承静/动承载能力的前提。讨论了一种求解双排四点接触球转盘轴承在任意方向和大小外载条件下滚道载荷分布情况的方法,这种方法综合考虑了转盘轴承的截面间隙、滚珠直径、初始接触角、滚道/滚珠曲率半径比等各种几何参数,适用于优化设计双排四点接触球转盘轴承,以某型号风电变桨转盘轴承为例,运用该方法求解了转盘轴承滚道的接触压力分布。     

内燃机微动疲劳损伤的试验与仿真研究

本文针对内燃机机体隔板与主轴承盖螺栓紧固连接处的微动疲劳问题展开研究工作。通过对主轴承盖所受载荷模式的分析,设计了内燃机微动疲劳实验系统及相关实验方法,进行了内燃机典型紧固结构微动疲劳等效模型实验。结合对螺栓连接紧固面接触应力场分布的有限元分析结果,研究了主轴承盖与机体隔板紧固面微动疲劳失效机理。研究表明,螺栓预紧力和主轴承盖所承受的附加扭转力矩是影响机体隔板与主轴承盖紧固连接微动疲劳的主要因素,附加翻转力矩的波动使接触区的接触状态不断变化,导致接触区表面的损伤;通过增加螺栓预紧力有助于减缓机体隔板与主轴承盖紧固连接的微动疲劳损伤。     

内燃机微动疲劳损伤的试验与仿真

针对内燃机机体隔板与主轴承盖螺栓紧固连接处的微动疲劳问题展开研究工作。通过对主轴承盖所受载荷模式的分析,设计了内燃机微动疲劳实验系统及相关实验方法,进行了内燃机典型紧固结构微动疲劳等效模型实验。结合对螺栓连接紧固面接触应力场分布的有限元分析结果,研究了主轴承盖与机体隔板紧固面微动疲劳失效机理。研究表明,螺栓预紧力和主轴承盖所承受的附加扭转力矩是影响机体隔板与主轴承盖紧固连接微动疲劳的主要因素,附加翻转力矩的波动使接触区的接触状态不断变化,导致接触区表面的损伤;通过增加螺栓预紧力有助于减缓机体隔板与主轴承盖紧固连接的微动疲劳损伤。     

预紧对高速角接触球轴承疲劳寿命的影响

基于Hertz弹性接触理论、滚动轴承动力学和L-P寿命理论,建立角接触球轴承的动力学方程,采用Newton-Raphson迭代法进行求解.分析预紧力对角接触球轴承疲劳寿命的影响,结果表明:当外界条件一定时,定压预紧轴承疲劳寿命明显比定位预紧轴承疲劳寿命长,轴承内圈疲劳寿命比外圈疲劳寿命长;轴承疲劳寿命随着预紧力、转速的提高而减小,在定压预紧下轴承的疲劳寿命受预紧力的影响较大.     

四点接触球轴承的接触问题研究

该文基于有限元方法,利用ANSYS Workbench软件建立球轴承的非线性接触模型,求解了四点接触球轴承的受力和变形情况.计算结果表明:用ANSYS Workbench计算分析轴承接触问题在一定程度上是可行的,较符合轴承受力后变形的实际情况.求解得到的球轴承滚珠等效应力分布和最大接触压力分布为轴承设计和轴承失效形式分析提供了理论依据,具有工程参考价值.     

基于轴承动刚度的电主轴动态特性影响因素分析

目的研究不同条件下角接触轴承动刚度对电主轴动态特性的影响,为优化主轴动态特性提供理论支持.方法基于拟动力学研究方法求解角接触轴承动态性能,建立电主轴转子系统有限元模型分析不同轴承滚珠材料和预紧力对轴承动刚度及电主轴动态特性的影响.结果钢球轴承刚度小于陶瓷球轴承,且随着转速提高,钢球轴承刚度下降较快;装配陶瓷球轴承电主轴一阶固有频率较高,工作端位移较小;随着预紧力提高,角接触轴承刚度软化效应减弱,主轴固有频率增大,轴端位移减小.结论改用陶瓷滚珠或者适当提高预紧力都能有效改善轴承动力学特性,提高电主轴固有频率,使得主轴动态特性得到优化.     

过盈配合量和预紧力对高速角接触球轴承刚度的影响

以滚动轴承拟静力学分析和滚道控制理论为基础,给出了计及轴承安装时的过盈配合量、预紧力等因素的影响,以及计算高速角接触球轴承中钢球与内、外圈的接触刚度和轴承整体的径向刚度、轴向刚度和角刚度的完整方法和相应的程序.对B7004轴承的分析表明:配合过盈量增加,钢球与内、外圈的接触刚度以及轴承的径向刚度增大,而轴承的轴向刚度和角刚度减小;预紧力增加,钢球接触刚度、轴承刚度随之增加;预紧力较小,特别当旋转速度较高时,应仔细选择合适的预紧力,否则轴承刚度会出现不稳定的波动.     

地脚螺栓蠕变松弛对大型数控机床几何精度衰退的影响

针对大型数控机床地脚螺栓蠕变松弛的问题,建立了分布式螺栓预紧力和蠕变力的计算模型及螺栓顺序预紧和室温蠕变的模拟模型。计算模型中考虑了螺栓常温蠕变特征和螺栓孔单元间的弹性交互作用,量化分析时利用了模拟模型,以揭示蠕变松弛对机床几何精度衰退的影响规律。结合20℃环境温度下拉拔实验获得了8.8级T型地脚螺栓的3个蠕变系数,再经9 000h蠕变模拟得到的地脚螺栓预紧力松弛比约为14.8%,床身导轨安装面直线度和平行度的相对衰退量分别为4.3μm和2.8μm。该结果表明,所建模型对大型数控机床基础件的螺栓预紧优化和几何精度保持能力的提升具有指导意义。     

装配对角接触球轴承接触特性影响分析

为了探索角接触球轴承装配过盈和轴向预紧对接触特性的影响及规律,基于赫兹接触理论及假设条件建立球轴承接触角、接触尺寸和接触应力的理论计算模型,以7206C型角接触球为对象构建有限元装配接触模型,确定配合过盈量和预紧量的加载及约束方案。通过有限元解析和理论计算获得装配体中角接触球轴承的接触区域形状、接触应力和接触角数值。结果表明:配合过盈使接触区域成圆形分布,且接触应力低、接触角略小于初值;轴向预紧使接触区扩大成扁长椭圆状且接触应力较高、接触角明显大于初值;综合装配预紧使接触形状、接触应力和接触角趋于稳定,轴承支承刚度提高。     

咬合式高强螺栓连接抗剪承载力试验和数值模拟

在传统高强螺栓连接的基础上,研发了新型咬合式高强螺栓连接.进行了4个传统高强螺栓连接和14个咬合式高强螺栓连接的抗剪承载力试验,详细介绍了试验过程,描述了试验现象.试验结果表明,咬合式高强螺栓连接的破坏模式主要为板件错动破坏;连接板表面刨槽处理可大幅提高连接承载力;螺栓预紧力越大,连接承载力越高;连接板的刨槽深度越大,连接承载力越高.建立了有限元模型,将数值分析获得的破坏模式、荷载-位移曲线与试验结果进行比较,验证了二者的一致性,表明数值模型可用于后续大规模数值分析.     

利用ANSYS模拟螺栓预紧力的研究

在螺栓联接的有限元分析中准确模拟螺栓的预紧力是一项复杂而困难的工作。论述了利用有限元技术在ANSYS中模拟螺栓预紧力的预紧力单元法、降温法和渗透接触法等方法。通过对比发现预紧力单元法能较好的模拟实际预紧力，从而为有限元分析中施加预紧力栽荷提供了可靠的理论和应用依据。     

螺栓联接的有限元建模方法研究

对螺栓联接的有限元建模方法进行研究和评估.以螺栓-法兰联接为例,基于有限元分析软件ANSYS,建立了3种螺栓联接的有限元模型,即实体螺栓联接模型、梁单元联接模型和刚性单元联接模型.模态试验和应力分析表明,实体螺栓联接模型和梁单元联接模型具有广泛的适用性,可准确分析螺栓联接结构的静态特性和动态特性.相比实体螺栓联接模型,梁单元联接模型在保留了关键细节的同时提高了建模和计算效率.刚性单元联接模型不能模拟螺栓预紧和接触,只适用于模态分析.试验和仿真均表明,螺栓预紧力的大小对结构模态影响很小.仿真表明,螺栓联接表现出复杂的非线性特性,如应力的非线性变化、法兰之间接触状态的变化、螺栓总拉力的非线性变化等.      

计入粗糙度的深沟球轴承弹塑性接触性能分析

为揭示表面粗糙度对深沟球轴承弹塑性接触性能的影响,根据该轴承的载荷分布,把滚动体与内滚道接触转变为二次型函数极值问题,并建立考虑表面粗糙度的该轴承弹塑性接触模型,运用半解析法对该模型进行求解,获得了计入表面粗糙度影响的深沟球轴承弹塑性接触性能。数值结果表明:表面粗糙度会使内滚道宽度方向两端处的局部压力减小,同时使内滚道接触压力、von Mises应力、残余应力和残余变形的幅值较光滑情况时增大;同时表面粗糙度导致深沟球轴承中内滚道接触压力和残余变形分布发生波动,易使内滚道次表面产生应力集中,进而影响轴承整体使用寿命。     

弹性流体动力润滑状态下滚动轴承摩擦的分析

基于非牛顿弹性流体动力润滑(弹流润滑)点接触问题的数值求解方法,对深沟球轴承滚动体与滚道椭圆接触的稳态与瞬态润滑问题进行了分析.依据油膜压力与油膜厚度的数值计算结果,讨论了接触表面粗糙度、表面几何形态(粗糙表面峰谷高度)、滑滚比、接触力以及滚动速度等参数的改变对润滑深沟球轴承摩擦系数的影响.结果表明:表面粗糙度的改变对摩擦系数的影响较小;粗糙度一定时,表面几何形态的差别对摩擦系数影响较小;摩擦系数随着滑滚比的提高而增大;接触力与滚动速度的提高导致摩擦系数增大.     

预紧对高速角接触球轴承动态刚度的影响

以滚动轴承动力学和沟道控制理论为基础,建立考虑预紧的高速角接触球轴承动力学模型.依据赫兹接触理论,给出考虑预紧的轴承径向刚度、轴向刚度和角刚度计算表达式.以7012/CD轴承为例,分析预紧对高速角接触球轴承动态刚度的影响.分析结果表明,定位预紧下轴承的径向刚度随转速的增大而增大,而轴向刚度和角刚度随转速的增大,先增大后减小;定压预紧下,轴承径向刚度受转速影响较小,而轴向刚度和角刚度随转速增大急剧下降.当轴承转速较高时,采用定位预紧较定压预紧可获得更高的刚度.     

栓接装配式钢-混凝土组合梁及其抗剪键的力学性能研究

为了探究摩擦型高强度螺栓在装配式钢-混凝土组合梁中的适用性,采用ABAQUS有限元软件建立了推出试件和简支梁试件的有限元模型。在试验结果验证模拟可靠性的基础上,研究了螺栓预拉力、螺栓孔径、混凝土强度和螺栓强度等因素对单个抗剪键及整体组合梁的影响。分析结果表明：抗剪键的受力过程分为摩擦、滑移、承压和破坏四个阶段;螺栓预拉力、混凝土强度的增大有利于提高摩擦型高强度螺栓的极限承载力和承压抗剪刚度,较大的混凝土孔隙显著降低了螺栓抗剪刚度;提高螺栓预紧力或提高混凝土强度均可增强钢与混凝土部件的组合作用,相反,在抗剪连接程度不变的情况下,提高螺栓等级导致界面刚度分布不均,不利于滑移控制。     

含填充孔复合材料层压板极限压缩强度分析与预测

基于复合材料层压板与填充螺栓之间的载荷分配情况,提出一种估算含填充孔复合材料层压板压缩极限强度的方法。利用MSC.Patran/Nastran有限元分析软件,建立考虑界面接触的有限元模型。分析了层压板刚度和螺栓刚度对载荷分配系数的影响规律,界面单元应力表明层压板与螺栓之间接触力分布为余弦函数形式。同时,开展了三种铺层T700/LT—03A碳纤维复合材料层压板开孔和填充孔极限压缩强度试验。试验结果表明,含填充孔层压板压缩强度较开孔压缩极限强度提高约30%左右。与试验结果相比,方法的预测值较为保守,且预测误差小于5%。此外,对文献中的T800/3900—2层压板试验数据进行分析,预测误差小于5%,说明该方法能较好地预测含填充孔复合材料层压板压缩极限强度,具有一定的工程应用意义。     

双列深沟球轴承刚柔耦合多体接触建模与振动特性研究

在研究双列深沟球轴承各组件之间动力学关系的基础上,基于弹性流体动力润滑理论和赫兹接触理论,利用多体动力学分析软件ADAMS,结合有限元分析软件ANSYS柔性化处理,建立了双列深沟球轴承刚柔耦合多体接触动力学仿真模型.综合赫兹接触刚度和润滑接触刚度的影响得到双列深沟球轴承等效刚度.分析了不同荷载、转速、油膜厚度对双列深沟球轴承振动特性的影响,结果表明,合适的荷载可抑制双列深沟球轴承振动;转速的增加可加剧振动;随着油膜厚度的增大,振动先减小后增大.研究结果为双列深沟球轴承结构优化设计、减振降噪和运行状态监测提供了参考依据.