深沟球轴承动态有限元数字仿真

基于动态接触力学和显式动力学有限元算法,采用三维实体单元建立参数化的深沟球轴承三维有限元模型.利用有限元软件LS-DYNA和自适应网格技术对深沟球轴承的工作运动过程进行了数值模拟,得出了轴承内外圈、滚珠、保持架之间的接触应力、应变的变化情况及接触过程中的压力分布情况.并将计算结果与赫兹理论计算结果进行比较,验证了动态有限元仿真的合理性.在此基础上,综合考虑了轴承原始制造误差、转速、载荷等不同工况对轴承动态性能的影响,为轴承的疲劳强度计算和动态优化设计提供了可靠的理论依据.     

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。     

轮轨激励条件下轴箱轴承内圈故障振动特性分析

高速列车运行过程中，轮轨复杂激励会对轴箱轴承的动力学行为产生不可忽视的影响.首先利用UM(universal mechanism)软件建立车辆-轨道动力学模型，在对车辆模型进行稳定性、平稳性和安全性验证的基础上，获取了复杂激励下轴箱轴承所受的垂向、纵向和横向载荷；然后，通过Solidworks软件和ADAMS软件建立了轴箱轴承内圈剥离故障动力学模型，通过与滚振实验台轴箱轴承实验对比，验证了所提模型的准确性.通过动力学仿真分析可知，轴箱轴承故障侧的滚子与内圈接触载荷大于非故障侧与正常轴承，故障侧保持架的振动大于非故障侧与正常轴承，内圈故障冲击加剧了轴承保持架与外圈的质心波动.最后，进一步对比考虑轮轨激励下与定载荷下故障轴承仿真结果发现，受轮轨激励的影响轴承内部各个元件间的接触载荷显著增大，轴承保持架与外圈质心运动轨迹盒维数显著增大.研究成果对揭示实际工况下高速动车组轴箱轴承内部元件振动特性规律具有重要意义.     

大型双排四点接触球轴承载荷分布影响因素研究

为充分研究大型双排四点接触球轴承的载荷分布,采用超单元法模拟滚珠滚道接触,用等效梁法模拟螺栓,得到大型双排四点接触球轴承有限元简化模型,并通过与理论模型及经验公式结果对比,验证了该模型的正确性。在此基础上,利用此模型分析螺栓预紧力、安装表面平面度及变桨同步度对轴承载荷分布的影响。结果表明:随着均布螺栓预紧力的增加,轴承最大接触载荷先降低后小幅增加;非均布螺栓预紧力使轴承接触载荷波动加剧;平面度误差会造成轴承接触载荷分布不规则突变;当变桨同步度为负时,轴承的接触载荷增大。     

深沟球轴承内、外沟曲率系数对接触应力和变形的影响

讨论轴承接触问题的性质,分析深沟球轴承的接触应力与变形的计算方法.利用ANSYS参数化语言APDL建立深沟球轴承的三维有限元模型.通过接触边界条件的处理,得到深沟球轴承内、外沟曲率系数对接触应力和变形的影响.结果表明:轴承的径向变形随内、外沟曲率系数的增大而增大,当内、外沟曲率系数fi≤0.51,fe≤0.515时,内、外圈接触应力呈减小趋势;当fi0.51,fe0.515时,内、外圈接触应力呈增大趋势.为合理选择内、外沟曲率系数提供科学依据.     

球轴承窗式保持架兜孔与滚珠间润滑性能

以球轴承窗式保持架与滚珠间的流体动压润滑问题为研究对象,建立了滚珠-兜孔运动关系和力学分析的计算模型,建立了滚动轴承启动阶段和稳定运转阶段滚珠-兜孔油膜压力分布和油膜厚度的数值计算方法。以SKF61928MA轴承为研究对象,计算出轴承内圈转速、保持架角加速度,并研究了保持架兜孔尺寸对滚珠-兜孔润滑油膜的性能影响规律。结果表明,在稳定运转阶段,滚珠-兜孔间最小油膜厚度基本保持不变;在启动加速阶段,保持架加速度越大,油膜厚度越小。     

固体润滑滚动轴承动态特性有限元分析

参照卫星驱动机构使用的C36018固体润滑角接触球轴承,建立了三维模型,借助ABAQUS有限元软件,对固体润滑滚动轴承进行显式动力学仿真分析,得到了不同转速和轴向力下轴承各部件的动态接触应力及滚珠和内圈的运动状态,并与无涂层润滑条件下的结果进行了对比分析.结果表明:轴向载荷增加,轴承各个部件的应力幅值都有所增大,滚珠和保持架开始转动所需的时间缩短;转速增加,接触区域应力峰值变化频率增大,但对应力幅值的影响很小;具有固体润滑涂层的滚道接触面,在与滚珠发生接触时,涂层发生弹性变形,接触面积增大,接触应力减小,可以有效地保护轴承.     

深沟球轴承内圈及滚动体运动噪声的计算方法

以深沟球轴承为研究对象,建立了一种对内圈轴心轨迹以及每个滚动体中心运动轨迹计算的轴承数学模型,结合声学理论,将轴承内圈看作圆柱声源,将滚动体看作球声源,建立了能够对深沟球轴承内圈和滚动体振动噪声进行定量计算的计算模型。通过一个具体的算例,研究了转速和径向载荷对固定点上噪声大小的影响,以及噪声沿滚动轴承轴线方向的变化规律,绘制了这些影响的变化曲线。发现随着轴承转速的增大,轴承声压值会随之增大;随着轴承所受径向载荷的增大,轴承声压值会随之增大,其变化趋势由快到慢;轴承内圈和滚动体运动所产生的声压在轴承轴线方向上逐渐减小,呈非线性关系变化。     

脂润滑高速角接触球轴承外圈热特性分析及试验

角接触球轴承在工作中由于内部各零部件及润滑脂的相互摩擦,导致温度上升,严重影响轴承的使用寿命和性能.针对此问题,以H7008C角接触球轴承为研究对象,考虑滚珠自旋的影响,建立一种适用于高转速脂润滑条件的生热模型及传热模型,得到不同转速下轴承外圈的温升情况;试验测试了不同转速下轴承的外圈温度.研究结果表明:高转速下滚珠自旋摩擦生热量不可忽略,采用此模型比整体法模型计算得到的外圈温度更接近试验温度,且与试验测试温度的误差在9％以内,从而验证了该理论模型预测轴承外圈温升的可行性.     

一般速度条件下球轴承工作特性分析

速度通过惯性力作用于轴承,对其内部工作特性影响很大.高速时滚动体与内外圈接触角不再相等,内圈接触角大于外圈接触角.接触载荷的变化情况与接触角变化不同,在一定的转速条件下,外圈接触载荷大于内圈接触载荷.由于内圈接触角随转速的增加而减小,导致轴承径向刚度随转速的增加而降低.转速越高,轴承的工作情况变化越大.     

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。     

一种用于滚动轴承的可靠性虚拟试验方法

常规的试验和理论计算不能有效地分析轴承的各类随机误差对其动态特性的影响,因此提出一种滚动轴承可靠性虚拟试验方法.首先基于动态接触力学和显式动力学有限元算法,建立三维参数化深沟球轴承有限元模型,得到轴承内外圈、滚珠、保持架之间的接触应力、应变的变化情况及接触过程中的压力分布情况.在此基础上,运用APDL语言实现乘同余数法产生伪随机数的计算程序,综合考虑轴承原始制造误差以及转速、载荷等不同工况对轴承动态性能的影响,对轴承进行多次随机虚拟试验,运用K-S检验法确定所获得的实验数据分布,求取轴承疲劳失效的可靠度.运用蒙特卡罗法对轴承进行1 000次模拟计算,得出了轴承对各参数变量的可靠性灵敏度,为轴承...     

高速角接触球轴承腔内气相流动与传热特性研究

针对高速运转滚动轴承腔内空气在接触区周围形成的高压区阻碍润滑介质进入,从而导致供油效率降低的问题,以B7008C角接触球轴承为研究对象,考虑轴承几何结构细节,建立了角接触球轴承腔内气相流动模型,采用旋转坐标系描述轴承各组件运动,分析滚动轴承在不同转速与保持架结构参数下的气相流动。用该模型分析了轴承腔内气相流场,揭示了轴承公转、钢球自旋、保持架结构等因素对轴承腔内气相流型与传热效率的影响规律。结果表明:随着公转转速升高,气流速度升高,轴承腔内压差增大;高速下钢球的自旋效应使轴承腔内气压升高,分布不均匀性加剧;保持架兜孔形状、兜孔结构等参数影响换热效率与压力场分布,随兜孔间隙增大,保持架对流换热系数升高。轴端贴近轴承内圈处是配置供油单元出口的理想位置。     

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.     

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。     

基于显式动力学的发动机转子中介轴承的仿真分析

为研究复杂工况下中介轴承的动力学特性，针对外圈支承于低压转子轴颈，内圈支承于高压转子轴颈支承形式的中介轴承的工作特点，应用LS-DYNA建立了中介圆柱滚子轴承动力学模型，开展动力学仿真。该模型以显式算法为基础，在充分考虑中介轴承转速、旋转方向、负载、接触及摩擦的条件下，基于动力学仿真模型，分析了中介轴承应力水平随内外圈旋转方向、内外圈转速及径向外载荷变化的规律。分析结果表明：在内外圈反向旋转以及外圈转速增加的情况下中介轴承的振动更为平稳，而在径向外载荷增大的情况下，中介轴承的振动更加剧烈。仿真结果验证了模型的正确性，为中介轴承故障诊断提供了有益参考。     

变姿态下摆台多支承轴系轴承刚度的计算方法

针对现有多轴承支承轴系的刚度计算只限于主轴等对称回转结构,不能分析转动部分结构复杂并且受重力、切削力作用的数控摆台支承轴系的问题.提出一种数控摆台多支承轴系的轴承静刚度计算方法.首先,利用子结构方法对转动部分的有限元模型进行静力凝聚,并通过刚性耦合约束连接缩聚后的有限元模型与支承轴的梁单元模型;其次,结合角接触球轴承的刚度模型建立整个轴系的静力平衡方程,通过迭代求解得到各轴承的实际载荷和刚度.计算了四轴承支承轴系各轴承的载荷和刚度,与商业软件结果的误差小于1%,验证了上述方法的准确性.研究发现:重力作用下摆台支承轴承静刚度随摆角的改变发生显著变化.     

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.     

高速角接触轴承油气润滑两相流动特性数值研究

针对油气润滑高速角接触球轴承腔内润滑冷却问题,提出了角接触球轴承油气两相润滑高精度数值计算模型。采用两相流模型和多重坐标系方法模拟轴承腔内两相流动特性;研究轴承运行工况及保持架几何参数对轴承腔内流场分布与换热效率的影响。结果表明:球形兜孔保持架轴承腔内的平均温度低于柱形兜孔保持架轴承,与实验结果相符。同时,过大或过小的兜孔间隙均会造成轴承腔内平均温度升高,因此合适的保持架兜孔结构与几何参数对于提高滚动轴承润滑性能至关重要。单个油气入口时,轴承腔内的润滑油分布并不均匀,在油气入口附近油相体积分数达到最大值;随着与入口位置距离的增加,油相体积分数逐渐降低。     

定压预紧主轴轴向动态刚度特性研究

针对目前主轴动态刚度研究中存在的建模过程复杂、计算量大、忽略轴承受力分析的问题,结合理论建模及实验测试,系统研究了定压预紧主轴轴向动态刚度随轴向载荷的变化规律。基于球轴承轴向载荷与轴向变形的经验公式,建立了定压预紧主轴轴向动态刚度分析模型,理论推导出定压预紧主轴轴向动态刚度随轴向载荷的变化关系;设计了定压预紧主轴动态刚度测试实验,实现了对工作状态下主轴轴承位移量及相应轴向载荷的精确测试;求解了主轴的轴向动态刚度,并与仿真数据进行了对比。实验结果表明:在前轴承内外圈压紧方向,随着轴向力的增大,主轴的轴向刚度呈现增大趋势;在前轴承内外圈脱离方向,随着轴向力的增大,其主轴的轴向刚度先减小后趋于定值。实验结果验证了模型仿真的有效性和正确性。