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.     

角接触陶瓷球轴承弹流润滑状态分析

基于点接触弹流润滑理论,建立角接触陶瓷球轴承弹流润滑的数学模型,采用多重网格法分析油气润滑条件下内部接触区的润滑状态,得到角接触陶瓷球轴承的点接触弹流润滑完全数值解.分析结果表明:由于颈缩的存在,在相应的位置上将出现二次压力峰;在二次压力峰处,油膜开始收缩,形成出口区的颈缩现象;随着转速的增大,外圈油膜最大压力连续增大,内圈油膜最大压力变化不明显,内、外圈最小油膜厚度随转速增大而增大;轴承载荷影响主要表现在压力分布上,随着载荷逐渐增大,内圈接触区油膜最大压力变大.     

角接触球轴承热特性分析及试验

为了预测并控制轴承运转过程中热态特性对进给系统精度的影响,基于球轴承拟静力学和摩擦生热理论,计算了包括自旋摩擦力矩在内的摩擦生热,分析了热传递方式,并建立了热传递模型和一种考虑接触热阻的球轴承组件有限元热结构模型。采用有限元法仿真轴承组件稳态温度场,搭建试验台测试了不同转速和载荷下轴承的稳态温度分布及轴向热位移。结果表明:转速和轴向载荷对轴承温升及轴向热位移影响较大,其中温升在10℃以内时,轴向热位移与温度线性关系明显;在温度场中,滚珠温度最高,内圈温度次之,外圈温度最低;仿真结果与测试结果相对误差在7%以内,可有效预测轴承在不同工况下的稳态温度场及轴向热位移。     

倾斜轴颈滑动轴承混合热弹流研究

为了研究重载工况下滑动轴承混合润滑行为,综合考虑轴-润滑介质-轴承-环境之间的耦合热传导效应,建立考虑轴颈受载倾斜的滑动轴承混合热弹流(mixed-TEHD)数值计算模型。模型预测出轴颈受载倾斜及对中状态下的润滑界面油膜压力、油膜厚度、接触压力、摩擦因数、热(弹性)变形以及轴承温度场。研究结果表明:轴颈在受载倾斜状态下,油膜压力、弹性变形、油膜厚度沿轴向呈非对称分布,接触压力集中于轴承末端;轴颈在受载倾斜状态下,轴承圆周方向与轴向温度分布的不均匀性比对中状态的严重,温度比对中状态时的大,同时,沿油膜最高温度处的圆周方向截面与轴向截面内热变形分布具有非对称性,其热变形也明显大于对中状态时的大;在混合流润滑阶段,轴颈受载倾斜对接触载荷、摩擦因数、轴承最高温度以及最大热变形的影响较大。     

采用热弹流润滑理论数值计算的风电齿轮微点蚀承载能力分析

在线接触热弹流润滑的基础上,对风电主齿轮的热弹流模型进行计算,对比了热弹流润滑和ISO/TR 15144—1计算出的最小油膜厚度及微点蚀安全系数。给出不同啮合点的无量纲压力、膜厚、温度分布图。结果表明:使用热弹流润滑理论直接计算风电齿轮箱微点蚀安全系数是可行的;直接使用热弹流润滑理论计算的油膜厚度小于使用ISO/TR 15144—1计算的油膜厚度;风电主齿轮箱齿面受载分析确定修形量时可以不用考虑热弹流润滑引起的压力分布变化及接触形式变化。     

大型重载滑动轴承润滑特性的理论与试验研究

以单机容量1 750MW级核电半速发电机试验用椭圆轴承为对象,在现场全尺寸动平衡机上进行了轴承性能试验,由此给出了椭圆轴承温度、压力和膜厚等润滑性能实测数据;采用基于经典润滑理论的基本方程,运用流体润滑软件和ANSYS软件,在计入瓦体变形的基础上联合进行了轴承静态性能求解。结果表明:大型重载轴承瓦面热弹变形与油膜厚度为同一数量级,轴承设计中必须予以考虑;额定转速为1 500r/min时,轴承测点最高瓦温为82.8℃,测点最大油膜压力为6.65MPa,瓦温和油膜压力仿真值与测试值偏差均小于5%;在额定转速附近,最小油膜厚度测试值约为254μm,仿真值与涡流法测试值的偏差为15.21%;转速在1 000~1 600r/min范围内,最小油膜厚度的仿真值与涡流法测试值的最大偏差为21.36%。理论和试验验证了考虑瓦体变形的润滑计算方法在大型重载轴承应用上是可行的。     

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.     

基于弹流润滑效应的风机主轴轴承优化设计

风机主轴轴承是风电机组的核心零件,其润滑性能关系到风机的正常运行.本文考虑了主轴轴承弹性流体动力润滑状态下最小油膜厚度对轴承可靠性的影响,建立了双列调心滚子主轴轴承的优化设计模型,以主轴轴承额定动载荷为优化目标,每列滚子数、滚子直径、滚子有效长度和壁厚设为设计变量,基于MATLAB对优化设计模型采用全局搜索方法进行优化分析.优化后的1.5MW主轴轴承的额定动载荷得到了较大的提升,同时其滚动体与内圈之间的最小油膜厚度提高了近5%.研究结果表明该方法对于风机主轴轴承可靠性优化设计具有指导意义.     

润滑剂黏塑性引起的弹流润滑偏离经典理论——Ⅱ.润滑机制的边界

将等温纯滚动线接触弹流润滑,分别视润滑剂流变行为为黏弹性的、黏塑性的和非连续介质流体的3种润滑机制.给出了这3种润滑机制所在工况范围的边界的数学表达式,将其工况范围示于U-W润滑状态图.这种对润滑机制工况范围的区分对于研究弹流膜厚具有重要意义,更具体地表明弹流润滑膜失效的演变过程.     

润滑剂黏塑性引起的弹流润滑偏离经典理论--Ⅰ.膜厚公式

考虑润滑剂剪切强度,计算等温纯滚动弹流膜厚.回归出的中心膜厚公式表示不同工况下弹流润滑偏离经典理论的程度.这种偏离实际代表在严重发热的弹流润滑中,入口区润滑剂剪切强度或润滑剂/接触表面界面处最大可承受剪应力下降时,弹流润滑失效前润滑膜的厚度.     

润滑剂黏塑性引起的弹流润滑偏离经典理论—I．膜厚公式

考虑润滑剂剪切强度,计算等温纯滚动弹流膜厚,回归出的中心膜厚公式表示不同工况下弹流润滑偏离经典理论的程序,这种偏离实际代表在严重发热的弹流润滑中,入口区润滑剂切强度或润滑剂／接触表面处最大可承受剪应力下降时,弹流润滑失效润滑膜的厚度。     

考虑润滑碰撞的精密轴承保持架动态特性

保持架作为轴承中的浮动组件,在套圈引导和滚动体撞击作用下随机运动,其动态特性直接影响精密轴承的服役性能。为了准确分析保持架的动态特性,考虑轴承保持架和滚动体之间真实润滑状态和碰撞过程建立了滚动体和保持架润滑碰撞模型及精确的保持架动力学模型,分析了轴承预紧力、径向载荷、内圈转速及引导-兜孔间隙比对精密轴承保持架动态特性的影响规律。实验结果表明,相比于传统的保持架兜孔-滚动体干摩擦模型,考虑润滑的保持架动态特性分析与实验现象更吻合。相同转速下,增大预紧力或径向载荷可以降低保持架打滑率,相比径向载荷,预紧力对保持架打滑的影响更大。保持架在低速和高速下呈现不同的打滑形式,低速下外载荷对保持架打滑影响不大;高速下外载荷对保持架打滑影响较大。相同预紧时保持架打滑率随轴承内圈转速增加而增加,中预紧时转速对保持架打滑影响最小。随着引导间隙-兜孔间隙比的增加,保持架打滑率降低。研究工作可为精密轴承保持架的设计提供一定的依据。     

圆锥滚子轴承工作状态探讨

为说明弹流理论在工程应用中的重要意义,特以３２３０６型圆锥滚子轴承为例,将其在各种不同载荷和不同转速下,内外座圈与滚动体之间的线接触弹流膜,圆锥滚子大端和内圈接边之间的点接触弹流膜的厚度进行了定量分析,从而得到了该型号最适宜的工作条件,为提高机械产品质量、机械产品效率和其工作寿命等提供了理论依据,也可为其他型号轴承产品或齿轮凸轮等机构设计最佳工作境界提供参考。     

动载轴承的非稳态热流体动力润滑分析

为了考察热效应对动载轴承润滑性能的影响,建立了动载轴承热流体动力润滑分析的数学模型,联立求解了广义雷诺方程、能量方程、固体热传导方程以及载荷平衡方程,得出了动载轴承的油膜压力分布、油膜温度场分布、轴心轨迹、流量和功耗。在求解过程中针对油膜和轴瓦温度场的时变性的不同,提出对它们分别进行非稳态和准稳态数值求解的方法。另外还采用了不同的温度边界条件进行计算。结果表明：在动载荷作用下,轴承的油膜压力、温度场、轴心轨迹、流量和功耗也随时间作相应的变化,不同的温度边界条件对计算结果有着显著的影响     

圆锥滚子轴承工作状态探讨

为说明弹流理论在工程应用中的重要意义,特以３２３０６型圆锥滚子轴承为例,将其在各种不同载荷和不同转速下,内外座圈与滚动体之间的线接触弹流膜,圆锥滚子大端和内圈挡边之间的点接触弹流膜的厚度进行了定量分析从而得到该型号最适宜的工作条件,为提高机械产品质量、机械产品效率和其工作寿命等提供了理论依据,也可为其他型号轴承产品或齿轮、凸轮等机构设计最佳工作境界提供参考     

推力轴承油膜刚度的二维热弹流动力润滑计算

介绍了推力轴承油膜刚度的近似计算公式：采用有限元法进行了推力轴承的二维 热弹流动力润滑计算．考虑了粘度－温度关系，并利用有限单元法计算了轴瓦的热变 形和机械变形；在轴承瓦块瓦厚方向近似采用线性分布温度场，并且考虑了水冷管网 的冷却作用．在求得了油膜的压力场之后，利用偏导数法计算了油膜的动力刚度系数。 最后以葛洲坝机组为实例进行了计算，计算结果与实测值吻合得较好。     

推力轴承油膜刚度的三维热弹流动力润滑计算

在推力轴承油膜刚度二维热弹流动力润滑计算有限单元法基础上，进一步考虑了油膜温度沿油膜厚度方向的变化，进行了轴瓦的热传导计算，首次采用有限单元法进行了推力轴承的三维热弹流动力润滑计算，并提出了计算模型。计算结果与实测值比较有很高的精度，比过去的计算结果更加准确。     

油膜轴承启/制动阶段的温度特性研究

为了揭示油膜轴承在启/制动阶段的温度特性,获得更好的运行性能,综合考虑粘压效应、弹性变形效应和挤压油膜效应,结合油膜轴承实际运行边界条件,建立了时变弹流润滑雷诺方程;通过润滑油工业测试试验,对不同轧制工况下的油膜轴承温度进行了测试。结合理论和试验数据,对比分析了在静-动压启动和动压启动下的温度曲线,并通过试验验证了理论分析计算的正确性,为启/制动阶段油膜的形成和破坏机理提供了参考。     

点接触摩擦副最大温升的数值分析

提出了点接触热弹流润滑的简化数值解。在等温弹流润滑完全数值解的计算结果基础上,通过联立求解能量方程和热界面方程等,计算出重载条件下点接触弹流润滑状况下的三维温度分布。研究了热弹流问题的温升规律,并提出了油膜和接触体表面的最大温升公式。该公式得到了弹流测温实验的初步验证。     

轴颈倾斜的水润滑橡胶艉轴承的静态特性

针对船舶艉轴承轴颈受载倾斜产生的摩擦磨损问题,建立了圆周式和沟槽式水润滑橡胶轴承中分面轴颈中心为基点的轴颈倾斜下的弹流润滑模型,采用有限差分法求解了在轴颈对中和轴颈倾斜状态下的压力及膜厚分布,分析了轴颈倾斜角变化对轴承油膜力、油膜力矩及压力中心等静态特性的影响。研究结果表明:轴颈倾斜前后,圆周式和沟槽式轴承静态特性变化明显,最大油膜压力在倾斜角增加超过某一阈值后迅速增长,最小油膜厚度随轴颈倾斜角增加而减小至可允许最小膜厚;由于轴颈倾斜后油膜压力沿轴向不再呈对称分布,压力中心向下沉端方向移动,继而产生油膜力矩且其值从0增大;轴颈可允许最大倾斜角随偏心率、允许最小膜厚等增大而减小。研究结果可为轴颈倾斜状态下水润滑橡胶轴承的润滑性能优化提供参考。