基于有限元分析和Archard模型的风电机组轴承磨损特性研究

磨损是影响风电轴承寿命性能的因素之一,已有的磨损研究不仅模型计算量大,且很少涉及磨损及其影响因素在轴承接触和磨损演变方面的分析。因此,本文基于Archard磨损模型,利用有限元开展了风电轴承在风机实际运行工况下接触与磨损行为的仿真模拟;在0.515～0.550沟曲率半径系数范围内,研究了轴承接触和磨损特性的演变过程。结果表明：轴承接触特性模拟与赫兹理论计算结果有较高的吻合度,局部有限元模型具有良好的准确度;沟曲率半径系数增大时,轴承吻合度降低,滚道与滚动体接触轮廓变小,从而导致总体接触面积变小和接触压力增大,接触面积变小会使接触面的滑移速度和滑移距离减小,进一步使接触面产生较低的磨损。因此,在轴承设计中,较小的轴承吻合度能够有效降低轴承磨损,延长轴承磨损寿命,从而提高风力发电机组的整体运行寿命。研究结果可为风电轴承的设计与应用提供参考。     

风力发电机主轴轴承零游隙位置概率分析

预紧量对轴承的运行状态和使用寿命有着重要的影响.为了保证主轴轴承的合理装配，需要确定轴承的零游隙位置.首先，采用厚壁圆筒理论计算了轴承游隙的变化量，从而确定轴承的零游隙位置.而后，建立了轴承零游隙的有限元位移模型，提出了一种更加准确的零游隙位置计算方法.考虑到随机因素的影响，提出了Kriging代理模型的方法，分析了风电主轴轴承零游隙下内外圈位置的概率分布特性.最后，数值算例表明，Kriging模型预测的最大误差在0.1%以内，表明所提出的方法具有较高的精度和适用性.     

涡轮增压器轴承体耦合传热的数值仿真

基于涡轮增压器轴承体冷却机理,采用专业CFD软件和FEM软件分别建立了轴承体流体区域和固体区域网格仿真模型.运用流固耦合的仿真计算方法对涡轮增压器轴承体进行耦合传热分析,得到轴承体流体区域的流场、换热系数及温度场,并分析轴承体固体区域的温度场.仿真结果表明:机油和水同时冷却方式下,轴承体温度分布较均匀,其冷却性能较好.与实验对比,仿真模型的温度符合实际轴承体温度分布,证明了此方法的可行性,为轴承体冷却性能的设计优化提供依据.     

双金属复合内圈滚动轴承接触特性分析

为解决圆柱滚子轴承在大载荷条件下易磨损的问题,设计了一种双层金属复合材料内圈圆柱滚子轴承.以复合内圈与滚子的接触为例,基于赫兹接触理论和波西涅斯克理论,给出了单个滚子与轴承内圈的最大接触应力.结合层复合材料力学模型,计算双层金属复合材料内圈等效弹性模量.建立内圈与单个滚子间接触模型,采用有限元仿真方法,探究不同材料厚度下的接触应力和弹性变形.通过接触摩擦试验,验证复合材料内圈在不同材料厚度下的接触宽度.结果表明:双层金属复合材料内圈轴承滚子与内圈接触变形增大,接触应力减小,可以有助于减少圆柱滚子轴承的磨损.     

基于小波包神经网络分析的滚动轴承故障诊断

针对轴承故障识别率低、故障信号不平稳的问题,提出了改进小波包能量特征提取和神经网络的故障诊断方法.首先利用改进小波包算法将轴承内圈、外圈、滚动体三个部位的采集信号进行三层分解与重构;然后通过小波包能量谱提取不同节点能量,形成故障特征集;最后依次建立BP和Elman神经网络故障分类模型,将所得的小波包节点能量作为特征向量输入到故障模型,进行轴承不同故障状态的分类识别.实验结果表明,本文算法可准确分类并预测轴承运行状况,提高了诊断准确率.     

基于耦合分析法的涡轮增压器浮环轴承数值仿真

基于以往对涡轮增压器的耦合分析中大都忽略涡轮增压器轴承体的导热,或者将导热过程简化,得到的结果误差较大的实际情况,将涡轮增压器轴承体、浮环轴承、涡轮轴、润滑油、冷却水作为一个耦合体,考虑各部件及相应物理场间的耦合关系,采用耦合分析法建立涡轮增压器轴承体的三维非稳态耦合数值仿真模型.该模型以三维瞬态热传导模型、动压润滑模型和润滑油膜传热模型为基础,对某型涡轮增压器浮环轴承的热、润滑、摩擦耦合进行分析,得到浮环轴承的温度场和应力场,并用试验证实耦合仿真模型的正确性,为涡轮增压器的优化设计提供参考依据.     

智能磁力轴承实现中的静态设计方法

电磁轴承是磁悬浮原理在机械领域中的一个应用实例,因其具有运动阻力小、无接触摩擦和磨损、功耗低以及寿命长等优点,而受到科学家和企业家的普遍关注,又由于其设计问题涉及多个学科领域的专业知识而增加了难度,使得其推广和应用受到一定的限制.利用机器人的理论和技术可赋予电磁轴承以专业设计人员的“智慧”,使它能够“独立”地“鉴别”将要“面对”的任何转子(或悬浮体),再根据“已有的专业知识”,包括“设计经验”,对转子(悬浮体)系统进行静动特性分析的综合分析,“在线设计”出系统合适的控制参数,实现稳定的悬浮支承.这就是智能磁力轴承的主要思想.     

增压器总体传热研究下的轴承体热应力分析

基于耦合传热理论,建立了废气旁通阀式的涡轮箱模型,并将涡轮箱、隔热罩、轴承体作为一个装配体进行了传热分析,得到了轴承体的温度场和热应力分布.结果表明:温度从涡轮箱至轴承体逐渐降低,呈现明显的温度梯度,涡轮箱的最高温度比初始废气温度低71.5℃左右;由于隔热罩的隔热作用和冷却水、机油的双重冷却作用,轴承体的温度较低;由于轴承体内部和表面区域温差较大,其热应力较高.与实验对比,轴承体温度的仿真值与实验值误差最大为7.2%,说明该仿真方法具有较高的精度,能为增压器的设计和优化提供一定的理论依据.     

二体磨损与三体磨损之间的关系

通过对二体磨损和三体磨损的概念的讨论以及二体磨损和三体磨损关系的分析,提出了二体磨损是三体磨损的特例,三体磨损更具有普遍性这一观点.这对在二体磨料磨损的模型基础上建立三体磨料磨损的模型有理论上的指导意义.     

基于GA-BP算法的旋转控制头轴承温度预测

旋转控制头轴承组件要承受很大的动载荷,由于摩擦力的作用,使轴承发热和磨损非常严重,极易发生轴承温度过高而导致轴承失效。针对旋转控制头轴承温度影响因素多、精确计算困难、不易测量等特点,提出了一种基于遗传算法优化的神经网络(the optimized algorithm of BP neural network based on genetic algorithm,GA-BP)进行旋转控制头轴承温度预测的方法,利用某无外挂冷却润滑泵站式旋转控制头台架实验数据进行训练和测试,并与传统神经网络模型(BP)进行对比。结果表明,GA-BP预测模型实现了控制头轴承温度预测过程的自适应控制,预测得到的轴承温度与期望值之间的线性相关度达到0.991 48;通过95%置信区间以及平均、最大、最小绝对百分比误差的对比得到,GA-BP模型在逼近能力、收敛和泛化能力上都要优于BP预测模型。GA-BP预测模型预测精度高、稳定性好,对掌握轴承运行状态,优化旋转控制头冷却润滑方式和结构。提高旋转控制头的整体性能有重要指导意义.     

基于无线温度监测的内燃机连杆轴瓦故障诊断技术研究

针对内燃机连杆轴瓦故障频发且监测手段有限的技术难点,提出了基于无线温度监测的连杆轴瓦磨损类故障诊断方法。通过分析连杆轴瓦与轴径相对运动时的摩擦力学关系,在考虑润滑的前提下推导出轴瓦温升计算方程,作为基于温度监测的轴瓦故障诊断方法的理论依据;以TBD234V12型柴油机为对象,搭建连杆轴瓦故障模拟实验台模拟轴瓦磨损故障,并配置无线测温系统捕捉异常温度信号,对比正常情况下的温度信号可知,磨损的连杆轴瓦表面温度相比正常轴瓦温度有明显上升。理论和模拟实验结果表明,基于无线温度监测的内燃机连杆轴瓦故障诊断方法具有较高实用价值。     

基于时频分析的内燃机曲轴轴承磨损故障的诊断研究

内燃机曲轴轴承所受到的冲击信号是非平稳、时变信号，用传统的诊断方法难以进行故障的早期发现和诊断．论文运用振动测试技术，测取不同间隙下主轴承座及机体上的振动信号，然后充分利用了小波包无冗余、无疏漏、正交地分解信号到独立的频带内的能力及时频分布对时变信号良好的描述能力，发展了一种基于小渡包的重分配平滑伪魏格纳维尔分布的时频分析方法．通过对振动信号进行了分析比较，其干扰项少而分辨率高，既能定性揭示曲轴轴承磨损故障的变化规律，又能定量地诊断该故障．     

基于析因试验的连杆衬套磨损分析

柴油机连杆衬套-活塞销摩擦副的耐磨性能直接影响柴油机的使用寿命。基于完全析因试验,以主轴转速、配合间隙、加载载荷作为试验因素,磨损量作为评价指标,获得试验因素主效应及交互效应的主次顺序。结果表明:试验因素之间的交互效应是存在的,且超过某些单个因素的主效应。另外在单个因素中,主轴转速的主效应最强。利用RBF神经网络对高转速下的连杆衬套磨损量进行的预测,将预测值与实测值进行对比,发现网络具有较强的预报性能,可以有效提高参数的设计效率及降低实际实验所需的成本。     

内摆线柴油机行星齿轮传动机构的仿真

根据内摆线形成原理,利用Solidworks和ADAMS软件建立了内摆线单缸柴油机行星齿轮传动机构实体模型和动力学模型,机构动态特性仿真数据能为内摆线行星齿轮机构的结构设计与优化设计提供依据.并将所建立的模型进一步与传统195单缸柴油机进行仿真对比研究.仿真结果表明:内摆线柴油机活塞实现了完全简谐运动,克服了传统195型柴油机活塞存在复杂往复周期运动的许多缺点,大大降低了汽缸动侧压力,减小了活塞零部件承受的惯性力.文中结果为取代传统内燃机曲柄-连杆动力传动机构提供了参考.     

地铁车辆安全检测系统研究

地铁是城市公共交通的重要组成部分,确保地铁运行的高效与安全是地铁车辆安全监测系统的重要使命,地铁车辆安全监测系统可以对地铁运行中轴承温度、车轮磨损程度进行全程监控,一般来说地铁运行对地铁轴承温度控制有一定要求,要确保其温度在可控范围之内,轴承温度过高处理不当会引发事故。地铁车辆安全检测系统可以通过红外线实现对地铁车辆轴承实时监控,对局部温度突然升高等异常现象会通过报警系统第一时间传达给地铁车辆安全控制人员,与此同时该检测系统还可以对地铁车辆关键部位如车轮的擦伤、磨损等利用系统设置的震动传感器进行检测,检测结果可以为地铁车轮检修人员提供依据,系统配有车号自动识别功能,为检测结果进行精确定位,为车辆的安全运行提供保障。因此加强对地铁车辆安全检测系统的研究对促进我过地铁安全高效的运行具有重要意义。     

耦合因素对混合润滑滑动轴承特性的影响

低速工况下处于混合润滑状态的滑动轴承易因变形或倾斜而发生磨损。为分析轴颈倾斜和磨损对滑动轴承混合润滑特性的影响,建立了计入轴颈倾斜和弹性变形的平均流量方程、G-T接触方程和Archard磨损方程耦合模型,采用有限差分法及超松弛迭代法计算混合润滑状态下轴承特性参数和时变磨损参数,对比了轴颈倾斜前后或磨损前后轴承的润滑性能,并分析粗糙度和边界摩擦系数等因素对各性能参数的影响。搭建摩擦磨损试验台测试了倾斜状态下轴承的润滑特性,验证了理论模型的正确性。理论分析与试验结果表明：重载大偏心时轴承转变为混合润滑状态,轴颈倾斜程度越大,轴承越容易发生混合润滑;轴承倾斜后,压力峰值和接触区域形状发生改变,磨损量因而发生变化,并且磨损深度分布沿轴向或周向倾斜;磨损降低了油膜的动压效应,并且使膜厚比降低,导致油膜压力峰值下降约20%,接触压力峰值降低约90%,承载力最高下降约19.71%;对比磨损前后的轴承形貌发现,轴颈倾斜使得磨损集中于间隙减小的一端。该研究可为实际工程中轴承的设计提供理论依据。     

内燃机轴承模拟分析和试验方法的研究进展

随着发动机性能、功率和耐久性的不断提高 ,对轴承的负荷和使用寿命提出了更高的要求 .为了适应这些新要求 ,各国研究人员进行了多方面的探索 .目前研究重点集中在轴承性能的模拟分析和试验方法、负荷等方面 ,本文对这些成果做了简要介绍 .     

面向实车使用的重载柴油机寿命损耗机理研究

针对重载柴油机实车使用过程中寿命影响因素众多、损耗机理不清的问题,从柴油机使用寿命定义出发,系统研究某型12150柴油机技术状况变化规律;引入FMECA方法、正态分布统计和Pearson相关分析法确定实车运用中影响柴油机使用寿命的主要损伤模式、关键部件和实体特征参数。基于SEM分析缸套-活塞环磨损失效机理。结果表明:缸套-活塞环磨损是决定重载柴油机使用寿命的关键,摩擦副上止点附近表面因发生严重粘着磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损的综合磨损失效,导致柴油机性能下降到极限,达到寿命终了,缸套上止点附近磨损深度是表征重载柴油机使用寿命的实体特征参数。     

基于参数自适应滑模观测器的发动机气缸压力估计

气缸压力是发动机燃烧分析与故障诊断的重要参数,为了提高发动机动力学模型中的气缸压力估计精度,提出参数自适应滑模观测器设计方法.建立了基于参数自适应滑模观测器的发动机动力学模型,通过对发动机摩擦偏移及散热损耗比例系数进行修正,并依据Lyapunov稳定性理论得出观测器收敛的充分条件,在保证全局系统误差尽可能小的基础上,使得气缸压力估计误差趋近于零.仿真结果表明,参数自适应滑模观测器方法较传统滑模观测器方法具有更高的估计精度,而且该方法只需利用曲轴位置传感器得到转速信号,其硬件成本低.     

对置活塞液压输出发动机同步驱动机构动力学分析

结合一种新型对置活塞液压输出发动机（OPHO）整体设计概念,根据其同步驱动机构的工作原理建立了数学理论模型,并运用多体动力学软件Adams搭建了该机构与传统曲柄连杆机构动力学仿真分析模型,得到了该同步驱动机构关键运动部件的受力情况.仿真分析结果表明,OPHO发动机的动力活塞在竖直方向的侧向力较小,缓解了气缸壁磨损的现象,延长了发动机及其零部件使用寿命.其同步驱动机构采用对称布置形式,发动机在水平方向的振动和受力可被抵消,因而发动机的整体平衡性较好.