基于润滑可靠性的RV减速器曲柄轴承优化

RV减速器作为机器人结构的核心零件,其寿命可靠性问题受到曲柄轴承失效的制约.本文在考虑了曲柄轴承润滑可靠性的情况下,建立了RV减速器曲柄轴承的优化设计模型,采用遗传算法对曲柄轴承额定动载荷和润滑油膜厚度进行了多目标优化.首先根据几何结构和强度要求确定设计变量的取值范围,同时基于润滑数值模型求解的最小油膜厚度作为约束条件来保证润滑可靠性.最后采用遗传算法对模型进行优化得到Pareto最优解.优化后的RV减速器曲柄轴承的额定动载荷得到了较大的提升,同时其润滑的最小油膜厚度提高了26％以上.研究结果表明:该方法对于RV减速器曲柄轴承可靠性优化设计具有指导意义.     

内燃机主轴承弹性流体动力润滑计算分析

建立了内燃机主轴承弹性流体动力润滑计算的数学模型和有限元模型.依此模型,对某四缸柴油机的5个主轴承进行了计算,分别算出其在一个工作周期内的油膜压力、油膜厚度、摩擦功耗和轴心轨迹.通过对计算结果的分析表明,第3号主轴承所受到的载荷最小,平均油膜厚度最小,平均油膜压力和摩擦功耗最大.第3号主轴承的润滑状况不佳.应对其进行摩擦学优化设计.     

运用灵敏度分析的角接触球轴承多目标优化设计

为了提高角接触球轴承的性能,以双列角接触球轴承为研究对象,提出一种基于Isight多学科优化技术的双列角接触球轴承优化设计方法.然后,以双列角接触球轴承的额定动载荷和额定静载荷为性能指标,采用最优拉丁超立方设计方法,对双列对角接触轴承结构设计参数进行灵敏度分析.搭建Isight和MATLAB联合仿真平台,采用NSGA-Ⅱ 优化算法对3210角接触球轴承结构设计参数进行优化设计.结果表明,优化后的3210角接触球轴承的额定动载荷和额定静载荷相对于轴承手册标准值分别提高了63.93%和75.98%.同时,与基于免疫算法的3210角接触球轴承优化设计进行比较.研究结果表明:采用多学科优化设计方法优化后的3210角接触球轴承的额定动载荷和额定静载荷相对于免疫算法的优化结果,分别提高了4.997%和1.370%.     

特种圆锥滚子轴承的可靠性优化设计

本文以滚动轴承疲劳寿命预测的强度模型为基础,提出了特种圆锥滚子轴承的可靠性优化设计方法.此方法能够合理确定在特定工况下使用的圆锥滚子轴承的主要几何尺寸,使得轴承的额定寿命延长.     

弹流润滑悬挂式转子支承轴承轴向刚度的计算

以悬挂式转子的圆锥滚子支承轴承为研究对象,根据Hertz接触理论得出了沿圆锥滚子母线方向的弹性变形量表达式;根据弹性流体动力润滑的Dowson-Higginson油膜厚度公式得出了沿圆锥滚子母线的油膜厚度表达式;推导出考虑油膜厚度时计算圆锥滚子轴承轴向刚度的数学公式.并用一个实际算例说明,当轴向载荷不高的情况下,油膜的存在对轴承刚度影响较大,实际计算中不应忽略.     

阶跃载荷作用下滑动轴承的瞬态特性

滑动轴承在动载荷作用下的瞬态特性是制约其精度和速度的重要因素,建立动载荷作用下滑动轴承的计算模型,计算在单、双向阶跃载荷作用下轴心轨迹的运动状态,分析阶跃载荷对轴心轨迹、最大油膜压力及最小油膜厚度等轴承主要工作参数的影响。结果表明:轴承在突变阶跃载荷作用下,轴心位置、最大油膜压力及最小油膜厚度等均呈现振荡过程,收敛于新的平衡位置;当突变载荷过大时,将造成轴承碰撞或失稳。     

轴系倾斜下可倾瓦推力轴承静动特性分析

针对船舶可倾瓦推力轴承在实际运行过程中存在的轴系倾斜问题,建立倾斜状态下可倾瓦推力轴承热弹流体动压润滑计算模型,研究倾斜状态对可倾瓦推力轴承静动特性的影响。提出了以倾斜角和轴线投影角两个参数来表征倾斜状态的数学模型;联合热弹流体动压润滑模型和轴向油膜刚度、阻尼系数求解模型,全过程求解可倾瓦推力轴承静动特性。静态性能参数包括载荷、最小油膜厚度、最大油膜压力、最高油膜温度;动态性能参数包括轴向油膜刚度和阻尼系数。结果表明:轴线倾斜使每块瓦承受载荷严重不均,造成各块瓦巨大的性能差异;倾斜角增大使瓦所承受载荷、油膜压力和油膜温度增加,油膜厚度减小,且外载荷越大变化越显著;轴线投影角所在轴瓦承受载荷最大,当轴线投影角在支点附近时,静态性能参数皆有极值存在;轴线投影角在距瓦进油边31°的位置时推力轴承轴向油膜刚度和阻尼系数有最大值。研究结果可为倾斜状态下可倾瓦推力轴承可靠性的提高提供参考。     

圆柱滚子轴承的刚度计算

针对基于Hertz接触理论的轴承刚度计算方法在实际应用中存在较大局限性的问题,通过实验方法建立基于超声波的油膜刚度测试模型,并运用现代微观理论建立了滚子轴承的接触刚度分形模型,推导出油膜刚度和接触刚度与径向载荷的关系。研究分析表明随着径向载荷的增加,油膜刚度和法向接触刚度不断增大。为证明该方法的有效性,运用所建立的模型对某型圆柱滚子轴承进行实例分析,计算得出该滚子轴承的径向刚度。结果表明:油膜刚度与径向载荷成线性关系,随着径向载荷的增大,法向接触刚度增长速率变缓。     

浮环轴承用作内燃机轴承的理论研究

本文对内燃机动载荷浮环主轴承进行了理论计算和分析.结合 S195柴油机的实际主轴承结构,运用 Holland-Butenschn 法进行轴心轨迹的计算,通过热平衡计算决定内外层油膜的粘度比,得到最小油膜厚度、功率损耗、浮环转速和流量的变化规律.计算表明,浮环轴承用作曲轴主轴承,无需改变现有最小油膜厚度的标准即可正常工作;内外层间隙不等时,单纯选取粘度比为1进行计算,与实际情况相差较大.     

电主轴角接触球轴承摩擦学和动力学耦合分析

基于弹性流体动力润滑理论和动力学理论,对角接触球轴承(主轴轴承)进行摩擦学特性和动力学特性耦合研究.在Ansys软件中建立考虑主轴轴承摩擦学特性的动力学仿真模型,利用有限差分法求解弹流润滑的Reyn-olds方程和弹性方程,求解轴承油膜反力,在Ansys中进行动力学仿真,输出轴承零件各种运动参数特性曲线.研究表明,速度是影响主轴轴承内部弹流油膜的重要因素,在相同的预载荷、接触角等工况条件下,陶瓷角接触球轴承的内圈油膜厚度随转速增大先增大后逐渐减小,外圈油膜厚度随转速增大开始变化不明显,随后明显减小.     

深浅腔动静压轴承油膜特性

以用于某高精度数控车床主轴部件的深浅腔液体动静压轴承为研究对象,在对其进行理论建模与分析的基础上,采用计算流体力学软件对深浅腔动静压轴承油膜特性进行分析.分析不同的转速、供油压力、偏心率、油膜厚度和深腔夹角等因素对油膜承载力、进油孔流量和油膜温升的影响.结果表明:进油孔流量随主轴转速的增加先增大后减小,随主轴偏心率的增加逐渐减小;油膜温度随外部供油压力的增加逐渐减小且趋于平缓;油膜厚度在0.03mm左右时承载力和温升最合适;在深腔夹角为10°时,油膜的动压效果最明显,油膜承载能力最强.     

基于有限元方法的液体动静压主轴系统数字化分析

轴承的支撑特性与主轴系统的动态特性直接影响着磨削加工质量,液体动静压主轴系统的动态特性主要体现在轴承的支撑刚度与阻尼.首先使用流体动力学分析技术对液体动静压轴承进行不同参数下的油膜承载能力、油膜温度场分析,进而使用动网格技术对油膜支撑刚度与阻尼进行分析.然后将所得到的支撑刚度与阻尼转化为等效模型应用到主轴系统动态特性有限元分析中,对主轴系统进行动态特性分析.最后采用实验方法测量主轴系统固有频率以验证分析方法的正确性.     

发动机主轴承EHD分析研究

建立了主轴承EHD(弹性流体动力润滑)的有限元仿真模型,基于有限元法与有限差分法对不同转速下主轴承润滑特性进行了仿真,研究了不同转速下内燃机主轴承EHD载荷、弯矩、油膜厚度、油膜压力、摩擦功耗以及机油流量的变化规律。研究结果表明：随着转速的升高,最大载荷下降,平均载荷上升,最小油膜厚度值增加,油膜压力减小,液动摩擦功耗逐升高,粗糙接触摩擦功耗减小,机油流量增加。     

超声法测量圆柱滚子轴承润滑油膜厚度

针对实际工况下圆柱滚子轴承接触区润滑油膜薄而窄难以测量的问题,利用基于等效弹簧模型的超声测量原理进行研究,设计并搭建了专用圆柱滚子弹流润滑油膜厚度测量实验台,对超声测量圆柱滚子轴承润滑油膜厚度进行实验研究。通过该实验台来模拟圆柱滚子在实际工况下的运行状态,高频测量探头安装在5自由度微动平台上以便调整合适的测量位置;在轴承保持架上贴一个反光片作为每个工况下开始测量的触发信号,保证每次测量同一个滚子;使用温度传感器实时测量实验轴承温度,考虑温度对润滑油的影响。实验所能测量的最大转速取决于重复频率,重复频率不足会导致较大的测量误差;超声探头聚焦直径区域内的平均效应导致无法测量比聚焦区域更小的油膜分布信息。在最高转速600r/min、最大载荷16kN的范围内成功测量到了圆柱滚子轴承在实际工况下0.2~1.2μm的膜厚。实验结果表明:最小膜厚会随转速的升高而增大,随载荷的增大而减小,与理论计算结果拟合程度较高,证明了该方法在实际工况下测量圆柱滚子轴承油膜厚度的有效性和准确性。     

数控车床的液体动静压轴承油膜压力特性

以某高精度数控车床主轴部件为研究对象,研究建立动静压轴承油膜压力的理论模型和仿真分析模型的方法.首先将雷诺方程和油膜承载力方程转化为无量纲的形式,然后采用数值法求解得到轴承油膜的无量纲压力分布图和不同区域的压力值及分布规律.采用流体动力学软件求解轴承油膜仿真模型,获得轴承油膜压力分布,以及在不同供油压力和主轴转速情况下油膜压力变化规律,对进一步研究动静压轴承的承载能力和动静压轴承的设计提供重要的参考.将理论分析和仿真分析结果进行对比,验证了所采用的理论模型和仿真分析方法的正确性和可行性.     

双缸柴油机曲轴主轴承弹性流体动力润滑分析

运用AVL EXCITE PU软件建立双缸机柴油机曲轴主轴承弹性流体动力润滑计算模型,计算分析了发动机最大扭矩转速下主轴承受力、最小油膜厚度、最大油膜压力、轴心轨迹等。结果表明,该双缸柴油机主轴承润滑良好,最小油膜厚度、最大油膜压力均在限值以内,符合设计要求。     

基于正交设计法的柴油机主轴承润滑性能优化

为对主轴承结构参数和润滑油参数进行优化匹配,根据动载滑动轴承弹性流体动力润滑模型,结合AVL Excite软件对CA4D32柴油机主轴承进行多体动力学与弹性流体动力学耦合仿真.精确选取标定工况下影响各主轴承润滑性能的轴承宽度、供油压力、供油温度、润滑油类型、径向间隙、轴瓦油槽方向、轴颈油孔位置等关键因素,以最小油膜厚度为优化目标,基于正交设计法,确定各主轴承润滑性能最优参数组合,并对该参数组合进行仿真验证.结果表明:各主轴承最小油膜厚度增大9.1%～32.1%,一个循环内最小油膜厚度明显增大且其波动趋于平缓;各主轴承总摩擦功率损失显著降低.     

柴油机曲轴轴心运动特性的研究

为研究载重汽车柴油机的曲轴轴承最小油膜厚度与轴承可靠性的关系，在分析J H0lland轴心轨迹计算模型的基础上，结合我国车用柴油机曲轴运动的特点，建立柴油机曲轴运动的计算模型并编制计算程序．运用该模型对CA6110型柴油机各个主轴承与曲轴轴心运动规律的计算，得到各主轴承在不同转速下的油膜压力图、轴心轨迹图及最小油膜厚度图，并据此对轴承的工作状况进行分析．研究表明，曲轴中间和两端的主轴承较其他轴承运动可靠性差，曲轴运动特性的计算模拟可为轴承主要结构参数的选择及轴承的可靠性分析提供一种理论分析方法。     

锥孔双列短圆柱滚子轴承的动态特性分析

建立了锥孔双列短圆柱滚子轴承动态特性分析理论,用Matlab工具开发了具有自主知识产权的分析软件.以3182120型锥孔双列短圆柱滚子轴承为对象,在0～15 000 r/min的范围内分析了径向刚度与转速、径向预紧及外加径向载荷等因素之间的非线性关系.研究表明:由于离心力的存在,锥孔双列短圆柱滚子轴承的径向刚度随着转速的提高呈非线性软化现象;随着径向预紧量的增加,轴承的径向刚度有所增大;在确定的预紧量下,轴承达到某一转速时,滚子将脱离内圈而导致轴承无法正常工作;径向载荷的变化对轴承径向刚度的影响可以忽略.锥孔双列短圆柱滚子轴承动特性参数分析理论、方法与软件为高速机床主轴部件的动态设计提供了有力的工具.     

任意可靠性下滚动轴承的寿命和额定动载荷计算

将指数分布引入滚动轴承的寿命和额定动载荷计算,推导出用于各种可靠性指标下计算公式,给出了多列轴承和轴承系统的可靠性计算方法和公式,并按照工程的方法加以简化处理.