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.     

基于有限元分析和Archard模型的风电机组轴承磨损特性研究

磨损是影响风电轴承寿命性能的因素之一,已有的磨损研究不仅模型计算量大,且很少涉及磨损及其影响因素在轴承接触和磨损演变方面的分析。因此,本文基于Archard磨损模型,利用有限元开展了风电轴承在风机实际运行工况下接触与磨损行为的仿真模拟;在0.515～0.550沟曲率半径系数范围内,研究了轴承接触和磨损特性的演变过程。结果表明：轴承接触特性模拟与赫兹理论计算结果有较高的吻合度,局部有限元模型具有良好的准确度;沟曲率半径系数增大时,轴承吻合度降低,滚道与滚动体接触轮廓变小,从而导致总体接触面积变小和接触压力增大,接触面积变小会使接触面的滑移速度和滑移距离减小,进一步使接触面产生较低的磨损。因此,在轴承设计中,较小的轴承吻合度能够有效降低轴承磨损,延长轴承磨损寿命,从而提高风力发电机组的整体运行寿命。研究结果可为风电轴承的设计与应用提供参考。     

滚动轴承外圈局部缺陷的有限元动力学分析

以滚动轴承为研究对象,应用ABAQUS/Explicit建立外圈表面线剥落缺陷轴承和无缺陷轴承的有限元动力学分析模型.考虑载荷、转速、接触及摩擦等影响因素,研究了轴承外圈表面存在线剥落缺陷和无缺陷时的动力学响应;分析了滚动体与外圈间的接触力变化、滚动体进入和退出缺陷时的等效应力情况,根据滚道与滚动体间接触力的变化情况描述了滚动体滚过缺陷的多事件情景.结果表明:对于外圈表面存在局部缺陷的轴承和无缺陷轴承,滚动体与外圈的接触力幅值相等;缺陷轴承在缺陷进入点和退出点处,等效应力大小相等,约为无缺陷轴承等效应力值的两倍.通过分析径向载荷和转速共同作用下内圈耦合点在竖直方向上位移的变化趋势,验证了仿真模型的有效性.     

含不对中与滚珠分布误差的球轴承刚度波动特性

轴承不对中可能导致保持架断裂和滚珠分布误差.为了分析不对中及滚珠分布误差对轴承刚度波动的影响,考虑外载荷及内、外圈不对中耦合情况,提出了一种含滚珠分布误差的深沟球轴承拟静力学模型.基于所提模型,进一步分析了外载荷及内、外圈不对中状态下,滚珠分布误差对深沟球轴承径向、轴向及倾覆刚度波动特性的影响.结果表明：外载荷及外圈不对中情况下,轴承刚度以滚珠通过外圈周期,即变柔度(VC,variable compliance)振动为周期进行波动.此时,滚珠分布误差的存在,会使轴承刚度以保持架转动周期进行规律性大幅波动.随主轴旋转的内圈不对中会使轴承刚度以一半的内圈转动周期进行波动,且滚珠分布误差会使刚度波动幅值增加.     

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.     

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.     

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.     

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。     

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。     

基于实时监测的轴承寿命预测方法

从凯斯西储大学轴承数据中心提取了斯凯孚(SKF)轴承内圈、滚动体和外圈不同故障尺寸的原始振动信号,故障尺寸分别为0.007,0.014和0.021 in（1 in=2.54 cm),对其进行经验模态分解(EMD),发现共有17个本征模函数。进行主成分分析(PCA),发现内圈和外圈故障尺寸与第一主成分和第二主成分的关系可通过主成分拟合公式进行准确拟合,因此,通过实时监测轴承振动信号并进行信号分析,可获得内圈和外圈的故障尺寸,利用Pairs-Erdogan公式和有限元仿真方法对含故障轴承的剩余寿命进行了预测。该研究对预防由含裂纹轴承导致的机械事故具有重要的意义。     

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。     

材料特性对风电轴承耐久性的影响

采用有限元分析方法,建立了风电偏航轴承的三维有限元仿真模型,并应用典型的联合载荷和边界条件,对使用多种工程材料的轴承模型进行耐久性分析,得出了轴承承载过程中耐久性的仿真数据。仿真结果表明,风电轴承采用混合陶瓷轴承的型式可以达到中型风机的使用要求,轴承在开始出现裂纹之前的最小疲劳工作周期数目是4.73×106次。     

二齿差摆盘式活齿传动的接触力学

针对二齿差摆盘式活齿传动系统在高速重载的工作条件下容易产生局部的挤压变形或疲劳磨损等问题,依据二齿差活齿传动的对称性,对二齿差摆盘式活齿传动系统的模型进行简化,并运用有限元分析方法计算各零件在接触点附近的等效应力。研究反映传动动态过程的活齿相位以及活齿振幅、活齿半径、沟曲率半径系数等参数对接触应力的影响。应用接触力学的经典理论,研究接触点次表面不同类型应力的分布状态,并且在静强度校核的基础上对系统进行疲劳分析,计算接触疲劳寿命,确定系统可能疲劳失效的危险区域。研究结果表明:各零件的应力均集中在接触点附近的微小区域内,分布状态符合预期,属于典型的接触问题,同时验证了差异化网格划分的合理性;振幅增大、活齿半径增大、沟曲率半径系数减小均会导致接触应力最大值的减小,反之亦然。     

基于小波包神经网络分析的滚动轴承故障诊断

针对轴承故障识别率低、故障信号不平稳的问题,提出了改进小波包能量特征提取和神经网络的故障诊断方法.首先利用改进小波包算法将轴承内圈、外圈、滚动体三个部位的采集信号进行三层分解与重构;然后通过小波包能量谱提取不同节点能量,形成故障特征集;最后依次建立BP和Elman神经网络故障分类模型,将所得的小波包节点能量作为特征向量输入到故障模型,进行轴承不同故障状态的分类识别.实验结果表明,本文算法可准确分类并预测轴承运行状况,提高了诊断准确率.     

四点接触球转盘轴承载荷分布的影响因素分析

四点接触球转盘轴承的载荷分布是其性能分析的重要内容。基于ABAQUS软件,首先建立单个钢球—滚道接触模型,分析了初始接触角及沟曲率半径因数对轴承轴向承载能力的影响;然后建立联合载荷作用下轴承的整体模型,分析了套圈壁厚、游隙及钢球数量对轴承载荷分布的影响。研究结果表明:在保证套圈壁厚的情况下,适当的负游隙及增大钢球数量可使轴承的载荷分布合理,并提高其承载能力。     

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.     

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.     

深沟球轴承外圈温度场仿真研究

在实际工况中,轴承各个组成部件间以及润滑剂的相互摩擦发热,导致轴承系统温度过高,严重降低了轴承的精度和寿命。针对该问题,选取轴承外圈这一特定轴承组件为分析对象,建立轴承温升模型;结合Workbench软件仿真和实验,探索轴承在不同工况下,轴承外圈的温度场分布情况。在Workbench的热稳态分析中,轴承外圈的温度分布不是一维的,而是与径向尺寸、周向角度相关的二维温度场。在实验中,改变轴承的转速和径向载荷力,当轴承系统温度稳定时,通过测试系统获取了轴承外圈温度数据。结果表明:外圈温度沿周向角度上有差异,靠近载荷区的温度略高,温差最大达到了1.6℃。最后仿真数据和实验数据误差控制在5%以内。     

考虑三维波纹度影响的深沟球轴承振动噪声计算方法研究

波纹度误差是影响滚动轴承振动和噪声性能的重要因素.以深沟球轴承为研究对象,通过自相关函数构建了轴承内外圈滚道三维波纹度模型,通过力学分析建立了内圈轴心及滚动体中心的运行轨迹的计算方法,并采用相应的声学模型,运用声源复合的方法对轴承的噪声进行定量计算.通过具体算例,研究了内圈和滚动体的声辐射特性,发现轴承的噪声辐射在空间...     

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.