高铁圆锥滚子轴承滚子与滚道间的接触分析

基于Hertz接触理论与滚子切片理论,对高铁圆锥滚子轴承中不同凸形的滚子与滚道间的接触问题进行了数值分析.建立了滚子-滚道接触应力与接触载荷计算模型,对CRH3型高铁用轴承进行实例分析,求解其在滚子母线方向上的应力与载荷分布,并计算对数曲线型滚子在满载情况下的最佳凸度量.结果表明:滚子的应力集中程度与所受载荷大小相关;滚子的对数曲线型只能减小并不能消除滚子的应力集中现象;滚子的最佳凸度量略小于理论凸度值.     

圆锥滚子凸度量设计的随机有限元方法

考虑轴承实际载荷的随机性,将轴承实际载荷视为一个随机变量,利用随机有限元法对圆锥滚子不同凸度量对应的法向接触应力分别进行计算.通过对比分析,确定最小法向接触应力所对应的凸度量为最优凸度量,形成一种圆锥滚子凸度量设计方法.以31313轴承为实例,利用该方法对该圆锥滚子凸度量进行设计.结果表明:与传统设计方法相比,设计得到的凸度量在减小法向接触应力方面要优于传统的轴承凸度量设计方法.     

基于滚刀系统耦合动力学的轴承修形设计

为了防止滚刀轴承接触应力分布出现"边缘效应"现象,在滚子修形过程中确定合适的修形参数尤为重要.以突变冲击的滚刀动态载荷为基础,通过对滚刀系统的弯-轴-摆耦合动力学模型进行求解得到了滚刀轴承的载荷谱.然后基于滚刀轴承的滚子最大载荷,使用Ansys软件对滚刀轴承滚子进行修形设计以获取最佳的修形参数.分析结果表明,边滚刀轴承滚子最大载荷较中心滚刀和正滚刀增大了87%和20%.采用修形凸度量为0.029 mm和接触比为0.6的最佳修形参数修形的滚子消除了滚子滚道接触边缘的应力集中,改善滚子的接触应力分布,平均接触应力下降了17.26%,提高了滚刀轴承的寿命.     

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。     

滚针凸度修型对滚动轴承应力分析的影响

针对滚针凸度修型及修型半径对滚动轴承应力分布的影响，课题组以KIRD234021型滚动轴承为研究对象，分别建立滚子无凸度和相切圆弧修型两种模型，当修型R弧半径在300～1000mm范围内时，分别计算其轴承内圈滚道应力。研究结果表明：当滚子为无凸度修型时，内圈滚道最大接触应力为6404MPa，此区域亦为形变及磨损最严重处，其数值超过材料热处理后的许用接触应力4000MPa，极易导致轴承滚子及滚道产生点蚀及剥落进而失效；当滚子为相切圆弧修型、直母线L为5mm及R弧为300～800mm时，滚道最大接触应力普遍较低，此时对应滚针凸度范围为0.002～0.006mm。     

圆锥滚子轴承振动的灰色模糊聚类分析

以３０２０４ 型圆锥滚子轴承试验数据为基础,利用灰色模糊聚类分析方法对影响圆锥滚子轴承振动的 因素进行了综合分析,将圆锥滚子轴承各项参数按其对振动的影响分为三类：第一类对振动的影响最大,其 中包括滚子凸度、滚子直径偏差Dw 等参数;第二类对振动的影响较大,其中包括内滚道圆度,内滚道直线性 Li 等参数;第三类对振动的影响最小,其中包括内滚道波纹度,内滚道的角度偏差Δ２β 等参数。根据分类可 知,试验中圆锥滚子轴承的大部分参数都会对振动产生较大的影响。     

圆锥滚子轴承接触分析

使用切片方法对单个滚子/滚道接触对进行数值计算,并以此为基础对圆锥滚子轴承进行总体接触受力和变形分析.根据变形协调和力平衡条件,建立了对轴承总体进行接触分析的数学模型,该模型是一个方程组,通过数值方法求解该方程组,完成对轴承总体的分析与计算.以文中方法为基础,编写了对圆锥滚子轴承进行受力分析的软件,并以实例进行了验证.     

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.     

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。     

深穴空心推力圆锥滚子轴承的设计及接触分析

为了克服推力圆锥滚子轴承中直母线滚子的端部应力集中问题,设计了一种深穴空心圆锥滚子轴承,它兼备了空心结构和深穴结构的优点.通过有限元方法分析了实心滚子、空心滚子、深穴滚子和深穴空心滚子的应力分布,并研究了空心度、深穴深度和深穴直径对深穴空心滚子接触应力的影响规律.结果表明:深穴空心圆锥滚子的应力分布优于其他三种结构,深穴结构可以明显改善滚子端部的应力集中现象;圆锥滚子的空心度为55%时较为合理;随着深穴深度和深穴直径的增大,滚子端部的应力变小,而中段的应力却变大.最后,通过对圆柱型、圆锥型和球面型深穴结构的比较,发现圆锥型深穴结构更为合理,且加工方便.     

履带车辆干片式制动器圆锥滚子加压机构研究

为了提高履带车辆干片式制动器服役性能,提出了一种新型圆锥滚子加压机构,并对其结构性能进行研究. 将滚子母线延长线与加压机构轴线相交保证圆锥滚子与制动器的纯滚动条件. 提出圆弧全凸型和圆弧修正型等结构改善圆锥滚子力学特性. 采用显式有限元方法建立圆锥滚子的数值仿真模型,基于罚函数接触算法对典型制动条件下的球形弹子、圆锥滚子及其改进型进行了结构分析. 结果表明新型圆锥滚子将球形弹子的点接触转换为线接触,圆弧全凸型和圆弧修正型能够消除直线型圆锥滚子的边缘效应问题,圆弧全凸型圆锥滚子不仅能显著降低最大有效应力,并且应力沿着轴线方向分布非常均匀,显著改善了转动盘和弹子的受力状态.     

偏歪斜滚子摩擦副的接触应力分析及凸度设计

根据静弹性接触理论,建立滚子与滚道同时存在偏斜和歪斜工况下的力学模型,并利用快速傅里叶变换(FFT)求解其弹性变形,用共轭梯度法求解接触应力.通过分析各种工况参数对接触应力分布的影响发现:歪斜角一定时,随着偏斜角的增大,"偏斜效应"和"边缘效应"均变得更加明显;偏斜角一定时,"歪斜效应"随着歪斜角的增大而逐渐明显,且偏斜角能减弱滚子与内滚道接触产生的"边缘效应",滚子则与外滚道接触产生更加严重的"偏斜效应"和"歪斜效应";随着滚子长径比的增加,滚子与滚道接触副产生的"偏斜效应"和"歪斜效应"逐渐明显.最后通过改变滚子凸度提出了一种综合考虑滚子偏、歪斜工况的凸度设计方法,以提高滚子轴承的抗偏、歪斜能力.     

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.     

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。     

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.     

加速工况下圆柱滚子轴承运动特性

为了准确分析加速过程中圆柱滚子轴承的运动特性,建立圆柱滚子轴承动力学模型,模型中考虑加速度、运行工况、结构参数以及润滑剂流变特性等参数,对轴承运动特性进行瞬态以及时变分析。研究结果表明:考虑润滑剂的黏弹性可以提高动力学模型的预测精度。加速度对轴承打滑影响较大,尤其对非承载区滚子的转速影响较大;加速度越大,轴承滚子和保持架打滑越严重;轴承在加速过程中,滚子转速随时间呈阶梯上升,而保持架转速呈线性增大;滚子由承载区进入非承载区时,滚子转速先略微减小,由非承载区进入承载区时,滚子转速骤然增大;滚子与内滚道间相对滑动速度vij大于滚子与外滚道间的相对滑动速度voj,由于加速度的影响,相对滑动速度voj的方向在最大承载区附近发生变化;在非承载区,滚子与内滚道相对滑动速度较大,大载荷以及小轴承游隙可以有效减小相对滑动速度。     

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.     

摇臂轴承外圈凸度分析

针对某型号发动机配气机构中摇臂轴承工作过程中外圈存在的应力分布不均等问题,分析摇臂轴承受到某一恒定载荷时,找到最大接触应力出现的位置.对摇臂轴承外圈母线进行修形处理,通过对比分析不同母线下的应力情况,得到最优的母线线型.在最优线型的基础上,结合实际工况,确定合理的凸度范围,从而减小轴承工作过程中外圈所受的接触应力提高发...     

双列球面滚子轴承力学分析及滚子受载计算方法

以球面滚子轴承为研究对象,运用切片法,综合考虑了滚子-滚道凸度以及轴承内圈倾斜角的影响,建立了滚子并排和滚子错排的球面滚子轴承滚子载荷的计算模型。数值计算了内圈倾斜角、径向游隙、滚子错排角、以及外载荷等参数对球面滚子轴承滚子载荷和轴承内圈径向位移量的影响。计算结果表明,在一定的外载荷作用下,轴承内圈倾斜角度与滚子最大载荷呈线性变化规律;错排滚子的球面滚子轴承最大滚子载荷比并排略小,内圈径向位移量也略小。     

一种新的直齿轮复合修形设计方法

以直齿轮齿廓修形量、齿廓修形高度、齿廓修形幂指数、齿向修形量这4个基本参数为变量,取动态传递误差峰峰值、最大接触应力加权最小为优化目标,使用有限元方法计算接触应力;考虑轴承、轴、陀螺力等因素的影响,使用有限元节点法计算动态传递误差,以Kriging方法为优化方法,构建一种新的直齿轮复合修形设计方法,并通过一对实际齿轮传动来验证计算模型。研究结果表明:用所提出的方法优化后得到齿轮动态传递误差峰峰值相对于优化前降低75.98%,最大接触应力降低21.48%,这表明所提出的复合修形优化方法对齿轮修形设计具有参考与应用价值。