利用改进牛顿-拉夫逊法的高速圆柱滚子轴承打滑分析

在考虑油气阻力和保持架与滚子之间的摩擦力的基础上,推导了圆柱滚子轴承拟动力学分析模型。提出采用改进的牛顿拉夫逊法求解大规模非线性方程组,可以克服传统算法对初值要求较高、方程组规模较大时迭代很难收敛的问题,在分析高速滚子轴承打滑时具有较好的效果。通过与已有的分析和实验结果进行对比后发现:滚动轴承保持架打滑与轴承所受径向载荷有关,在一定范围内增大径向载荷,可明显抑制打滑现象;在高速滚动轴承非承载区,滚子转速与保持架转速相关,且随保持架转速的增加而增加,而当保持架转速接近理论转速时,滚子打滑程度与径向载荷无关。     

高速列车轴箱轴承典型故障特征的数值仿真分析

基于Adams建立考虑摩擦打滑和保持架效应的高速列车轴箱轴承完全动力学模型,分析高速列车轴箱轴承4种典型缺陷下滚子与保持架的故障动力学响应;通过EMD-包络谱抓取4种典型缺陷下的微弱故障信号特征频率,分析现有故障理论特征频率评估方法的局限性,并将EMD-包络谱方法抓取的特征频率与理论计算故障特征频率结果进行对比。研究结果表明：无论轴承是否存在缺陷,滚子的打滑率均在非承载区有所增大;外圈缺陷会导致保持架角速度比率呈正弦半波周期性变化;内圈缺陷会导致滚子角速度波动较大,保持架角速度偏高于理论角速度,保持架角速度比率呈非周期性激励波动变化,且波动频率较高;滚子缺陷仅对该缺陷的滚子的动力学特性影响较大;保持架缺陷对滚子与保持架的动力学特性的影响较小;理论特征频率计算公式需要充分考虑滚子-滚道摩擦打滑与滚子-保持架兜孔碰撞效应的影响。     

润滑剂的黏弹性与动压力对圆柱滚子轴承打滑的影响

为了建立准确的圆柱滚子轴承动力学模型,研究润滑剂的不同流变模型以及流体动压力对轴承的动态特性的影响,并将模型的数值结果与已有的实验结果进行比较。研究结果表明:当相对滑动速度较大时,基于牛顿流体的摩擦力计算结果较实际值大,基于非线性流变模型的数值结果与实验结果更吻合;不同的流变模型和流体动压力计算方法对滚子与滚道的相对滑动速度影响较大,采用B-W模型和HOUPERT流体动压力更能真实反映轴承的动态特性。     

局部剥落故障对滚动轴承接触与振动特性的影响

为了研究局部剥落故障对滚子与故障周边区域之间的接触特性以及轴承振动响应特征的影响规律,基于圆柱滚子与轴承滚道局部剥落故障之间接触关系,建立滚子与滚道接触等效有限元模型和考虑故障过渡区的圆柱滚子轴承动力学模型,研究故障宽度对滚子与滚道之间接触变形、应力、宽度和刚度以及轴承振动响应的影响规律。研究结果表明:随着局部剥落故障宽度的增大,接触宽度减小,接触应力与接触变形量增大;考虑局部剥落故障过渡区的轴承振动加速度大于不考虑局部剥落故障过渡区的轴承振动加速度。     

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。     

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。     

高速滚动轴承运动特性的表面粗糙效应

在高速滚动轴承运动特性分析中,考虑了表面粗糙效应。对高速滚动轴承保持架和滚子运动性能进行了测定。分析了轴承元件表面粗糙度对转速及其滑差率的影响,揭示了表面粗糙效应对轴承运转的动力学影响。寻找轴承元件打滑的原因,探索提高轴承寿命的新途径。     

转盘轴承对数修形滚子的特性分析

基于ABAQUS建立转盘轴承对数修形滚子与滚道接触的局部有限元模型,分析对数修形滚子在滚动和滑动工况下转盘轴承的应力分布。结果表明:随滚动和滑动的速度增加,应力分布趋势相同,但应力值变化不大,可以忽略速度对应力分布的影响。载荷较小时,滚道上应力分布均匀。载荷较大时,滚子端部与滚道接触位置应力明显增加。随载荷增加,模型整体应力值变大。摩擦因数增加,滚道上应力分布均匀,等效应力和接触应力变化不大,交变应力变大,且最大交变应力向滚道表面移动。     

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.     

含局部故障的滚动轴承动力学建模及振动分析

基于ANSYS/LS-DYNA软件建立了健康圆柱滚子轴承的二维显式有限元模型,并从轴承运动学的角度验证了本文所建有限元模型的有效性.在健康圆柱滚子轴承模型中引入利用圆周矩形模拟的内、外滚道局部剥落故障,建立含局部剥落故障的圆柱滚子轴承有限元模型,分析了故障区边缘单元的等效应力和滚子滚过内外圈局部缺陷的过程.将仿真结果与实验测试结果对比分析,证明了本文所建立的含局部剥落故障的圆柱滚子轴承有限元模型的正确性.在此基础上,研究了局部故障区域平滑程度对滚动轴承振动特性的影响,故障区域越平滑,振动响应越小.研究结果可为滚动轴承故障诊断提供一定参考.     

沟槽型织构化圆锥滚子轴承保持架的动力学分析

为揭示织构化圆锥滚子轴承保持架的动力学行为，首先利用三维建模软件对轴承外滚道进行了径向沟槽织构化处理，沟槽的深度为50μm,宽度分别为54.59μm, 233.27μm, 466.52μm,对应周向角度分别为0.117°,0.5°,0.9°。沟槽条数为30,再利用Adams平台对织构化滚动轴承保持架质心运动轨迹进行了动力学仿真分析。结果表明：随着轴承内圈转速的提高，保持架质心的运动轨迹呈椭圆的趋势越明显，保持架稳定性也越高，在相同转速条件下，适当的织构参数可以降低保持架质心运动轨迹的波动性，织构宽度为233.27μm,对应周向角度0.5°的保持架质心轨迹波动最小，运行更为稳定。     

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.     

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.     

凸度偏移的对数母线圆柱滚子接触应力分析

以N1015型圆柱滚子轴承为研究对象,采用ANSYS探讨凸度偏移对滚子与滚道之间接触应力的影响问题,以合理确定对数母线滚子的凸度偏移量。研究结果表明:在给定的载荷下,凸度偏移量应控制在合适的范围内,否则,滚子与滚道之间的接触应力明显增大,而且接触应力分布会呈现出复杂的非对称性与非均匀性。     

双列圆锥滚子轴承动力学分析

基于滚动轴承动力学理论,建立了双列圆锥滚子轴承动力学分析模型。采用精细积分法和预估-校正Adams-Bashforth-Moulton多步法相结合的方法,对轴承非线性动力学微分方程进行求解。研究了双列圆锥滚子轴承的最大接触压力、滚子打滑率、滚子歪斜角以及轴承疲劳寿命等动态性能。分析结果表明:轴承的最大接触压力随轴向预紧量的增加呈先减小后增大的趋势,最佳预紧量随外载荷的增加而变大;滚子歪斜角随径向载荷的增加而变大,"压紧"侧的滚子歪斜角略微大于"放松"侧;轴承疲劳寿命随轴向预紧量的增加而增大直至最大值,随后迅速下降。     

偏载工况下深穴空心圆柱滚子轴承力学分析

"偏载效应"和"端部效应"是引起圆柱滚子轴承发生过早失效的主要因素之一。深穴空心结构可有效降低滚子"端部效应",降低其失效概率。为研究偏载工况下深穴空心圆柱滚子轴承的服役特性,本文建立了实心、空心和深穴空心圆柱滚子轴承数值仿真模型,探讨了不同偏载工况下圆柱滚子的接触力学性能。结果发现,深穴空心圆柱滚子比实心圆柱滚子、空心圆柱滚子更适应于偏载工况;当偏载系数大于1.6时滚子出现局部承载;滚子空心度越小,其端部应力集中现象越明显。研究结果可为滚子轴承的安装设计、失效分析、安全评价、维修等提供理论依据。     

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.     

非线性摩擦力对碰摩转子-轴承系统混沌运动的影响

在考虑轴承油膜力和非线性摩擦力的基础上,构造了具有碰摩故障转子-轴承系统的动力学模型,对碰摩故障转子在运行过程中的非线性行为进行了研究,并分析了转静件间相对速度影响因数对转子分岔与混沌运动的影响·发现随着速度影响因数的增加,在亚临界转速区,拟周期和混沌运动区域增大;在超临界转速区,混沌运动区域减小,碰摩力的作用效果增大,拟周期运动逐渐演变为周期3运动·该结果为转子-轴承系统的故障诊断提供了依据和参考·     

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。     

预紧及尺寸误差对角接触球轴承-转子振动性能的影响

通过对角接触球轴承受力分析,建立了单个滚子受力变形、滚动轴承整体受力变形、轴承承载区范围与预紧量关系的数学表达式,并在此基础上给出了考虑滚子、滚道尺寸误差,保证轴承滚子与内、外滚道全接触时的最小轴向预紧量的计算公式,建立了刚度和阻尼的计算模型。以7012C型角接触球轴承支承的Jeffcott转子为算例,计算研究了预紧量和尺寸误差对转子的振动性能的影响,计算了在不同预紧量下、有误差和无误差时的轴承振动频谱图,计算了预紧量变化对最大振幅和临界转速的影响规律曲线,并对计算结果进行了理论分析。