基于声发射监测的静载荷滑动轴承接触摩擦故障诊断的实验研究

在利用振动信号诊断静载荷滑动轴承接触摩擦故障的基础上，利用声发射监测方法对静载荷滑动轴承接触摩擦故障进行诊断．研究表明，与振动信号相比，声发射信号的频率响应范围更宽，所包含的信息量更大，能较好地反映轴承的摩擦规律，故障特征明显，易于识别，参数稳定性较好，因而可以更有效地诊断静载荷滑动轴承接触摩擦故障．     

微织构尺寸对轴承摩擦磨损性能的影响

为了研究微织构尺寸对滑动轴承摩擦磨损性能的影响,基于滑动轴承摩擦磨损理论模型及摩擦磨损试验,通过设计不同的微织构尺寸,研究了滑动轴承的摩擦磨损性能随微织构尺寸的变化规律.结果表明:在摩擦磨损理论模型中,随着微织构尺寸的增加,滑动轴承润滑性能呈先提高后降低趋势,在无量纲微织构半径是■时轴承具有最优的润滑性能;微织构的磨损性能随着微织构深度的增加大致呈先降低后升高趋势,在无量纲深度为0.03时,滑动轴承磨损性能最优;微织构尺寸半径是■和■时,磨损量相对较小.在摩擦试验中,微织构半径是0.17 mm时润滑性能最优,平均摩擦系数相比微织构半径为0.1 mm时降低了7.1%,同时表面形貌磨损明显小于其他尺寸时的试件.理论和试验均表明,合适的微织构尺寸可以有效提高滑动轴承的润滑性能、降低摩擦系数及减小磨损.     

计及轴颈倾斜的径向滑动轴承湍流润滑分析

分析了轴颈倾斜状态下，径向滑动轴承的湍流润滑性能. 基于轴颈倾斜的统一Reynolds方程和能量方程，应用有限差分法求解了不同轴颈倾斜方位角、轴颈倾斜度、偏心率和平均雷诺数下的径向滑动轴承湍流润滑性能. 结果表明:轴颈倾斜方位角α=0°时，随着轴颈倾斜度的增大，轴承油膜的压力峰向轴承一端移动，轴承一端的轴向油膜温度梯度增大；α=90°时，随着轴颈倾斜度的增大，轴承油膜压力逐渐出现双峰分布，且向轴承两端移动，轴承两端的轴向温度梯度也不断增大. 在相同轴颈倾斜度增量下，轴承最大油膜压力、最高油膜温度、承载力和稳定工作力矩的增量随轴承中央截面偏心率的增大而增大. 相同轴颈倾斜度增量下，轴承最大油膜压力增量、最高油膜温度增量、承载力增量、摩擦系数减量和稳定工作力矩增量随平均雷诺数的增大而增大. 可见，径向滑动轴承湍流润滑分析中有必要考虑轴颈倾斜因素的影响.      

基于稀薄效应的微气体径向轴承稳态性能

针对微气体轴承给出参考努森数的定义,根据空气不同温度时的黏度,得到参考努森数的分布范围;考虑气体稀薄效应,给出基于Burgdorfer一阶滑移速度边界的微气体径向轴承润滑Reynolds方程的修正形式; 采用有限差分法求解修正的Reynolds方程,得到不同参考努森数$Kn_0$, 轴承数以及轴颈偏心率情况下轴承的压力分布、无量纲承载能力及偏位角. 数值分析表明:随气体稀薄程度的增强,气体径向轴承的压力明显降低,无量纲承载力降低,而轴承偏位角增大. 当偏心率小于0.6时,轴承偏位角变化平缓,受$Kn_0$数的影响不明显. 当轴承数较小时,气体稀薄程度对轴承的无量纲承载力、偏位角影响较小.      

变转速工况下高速列车轴承转子系统特性分析

高速列车的发展使得其关键零部件——轴承的安全问题日益突出. 现有的轴承模型均是建立在匀速工况下, 不能描述系统在变转速工况下运动状态. 为了解决这个问题, 建立了一个变转速工况下高速列车轴箱轴承转子系统动力学模型, 模型通过角度迭代计算得到了滚动体在不均匀时间内转过的总角度, 进而确定了滚动体在任意时刻的空间位置. 在匀速工况和变转速工况下, 对具有外圈故障的轴承模型进行了实验对比, 验证了模型的有效性. 利用轴心轨迹定性分析了外圈故障、内圈故障和滚动体故障对系统稳定性的影响, 并通过实验验证了分析结果的可靠性. 利用二维不变矩作为特征指标定量分析了三类故障对系统稳定性的影响. 分析结果表明: 当轴承角加速度较小时, 外圈故障对系统稳定性影响最大; 当轴承角加速度较大时, 滚动体故障对系统稳定性影响最大, 但是影响程度随着故障尺寸的变大而逐渐减小. 同样地, 利用二维不变矩作为特征指标进行了系统的稳定性临界状态分析, 确定了在不同转速工况下和不同故障类型下临界状态对应的最大故障尺寸. 研究结果表明: 随着轴承内圈转速的上升, 不同故障类型对应的最大尺寸都会减小, 其中滚动体故障尺寸大都是最小的, 说明滚动体故障对系统稳定性影响最大.      

混合澄清槽搅拌装置滑动轴承设计及磨损性能研究

针对混合澄清槽搅拌装置运行工况的特殊要求,以改善其滑动轴承使用性能及寿命为目标,选用和研制WC-VC-Ni-Cr-Mo金属陶瓷复合材料(WN20)和铁-镍-铬-石墨-二硫化钼自润滑复合材料(FC13). 考察了复合材料的微观组织、力学和摩擦学性能,结果表明WN20金属陶瓷复合材料具有优异的力学性能,FC13金属基自润滑复合材料在干摩擦状态下具有良好的自润滑和抗磨损性能,是滑动轴承组件摩擦副轴瓦的合适材料. 根据固体润滑滑动轴承的设计原则,设计滑动轴承组件结构及相应的润滑方式. 采用C13金属基自润滑复合材料制造轴瓦,并通过嵌入特种润滑剂的方式进行辅助润滑,与WN20金属陶瓷轴组成摩擦副时,滑动轴承组件表现出优异的摩擦磨损性能,经过250 h摩擦试验,摩擦系数和轴瓦温度无显著变化,摩擦系数为0.08,轴瓦径向磨损量为3.8 μm,均满足混合澄清槽搅拌装置的使用要求.      

灰色理论在旋转机械故障诊断与预报中的应用

利用灰色理论的关联度分析实现了旋转机械故障的精密诊断 ,利用灰色模型( GM)实现了旋转机械的状态预测及故障预报 ,并用 C语言编制了一套完整的旋转机械灰色故障诊断、状态预测与故障预报软件。同时本文对某厂透平机进行了全面的计算机诊断与预报 ,通过现场对该透平机检查发现故障与本软件诊断结果一致 ,进而揭示了利用灰色理论开发旋转机械故障诊断和预报系统的可行性。本软件为旋转机械故障诊断专家系统的开发提供了新的借鉴     

推力轴承瞬态启动油膜热不稳定性的线性分析

以简化推力轴承为对象 ,理论上证明了推力轴承运行时存在热不稳定性 ,采用小扰动分析法得到了油膜温度的扰动方程 ,应用简正模态分析法推导了无量纲热不稳定性准则数以及推力轴承运行的热不稳定性准则 .     

环面节流静压气体球轴承的相似准则

从静压气体润滑基本控制方程组的无量纲化着手,在详细分析静压气体轴承的耦合边界条件及非定常雷诺气体润滑方程特性的基础上,对Constantinescu给出的动压气体轴承相似准则进行补充,得到环面节流静压气体球轴承定常气体润滑膜及非定常气体润滑膜的相似准则.数值实验的结果表明:数值计算结果与相似理论分析结论完全一致;当其它参数不变时,不同球半径的2个球轴承的气膜流场相似;球半径改变对轴承动静态性能的影响可以利用相似理论进行分析.     

一种基于领域自适应的跨工况滚动轴承故障诊断新方法

机械设备在运转时,不同状态下滚动轴承监测数据存在较大分布差异且难以获取带标签的数据,导致现有模型在变工况条件下故障诊断准确率低。针对滚动轴承跨工况诊断难题,本文提出一种基于领域自适应的跨工况滚动轴承故障诊断方法,该方法首先提取振动信号故障敏感特征,并将其嵌入Grassmann流形空间,避免直接进行特征变换导致特征失真;其次利用动态分布对齐自适应调整源域和目标域分布差异,并通过增加类内散度正则化项最小化类内距离,增加类的可分性;最后,根据结构风险最小化原则建立域不变分类模型。在不同工况下的滚动轴承数据集上与现有方法进行了比较实验,结果表明本文提出的方法能有效提高分类准确率。     

温度变化对端部激励斜拉索共振响应影响

基于增量热场理论,利用Hamilton变分原理,通过引入与张拉力和垂度相关的无量纲参数,建立了考虑温度变化影响下斜拉索非线性动力学模型,并推导其面内/外非线性运动微分方程。考虑斜拉索受端部激励,利用Galerkin法得到离散后的无穷维常微分方程组。面内和面外运动各取前两阶模态,向前和向后扫频,利用龙格-库塔法数值积分求解常微分方程组,得到共振区域的幅频响应曲线。算例分析表明,温度变化和斜拉索固有频率呈反比例关系;温度变化会导致斜拉索共振特性发生定性和定量的改变,如共振区间发生漂移、跳跃点位置发生移动、共振响应幅值发生改变;端部位移激励下,温度变化有可能导致斜拉索更多模态受到激发,从而影响各阶模态的能量以及模态间的能量传递。     

基于表面织构技术改善摩擦学性能的研究进展

利用表面织构技术改善材料表面摩擦学性能已被大量应用于许多工程领域. 然而,通过表面织构技术提高材料表面的减摩耐磨性能的确切机理仍不清楚,因此,研究人员进行了大量表面织构几何特征和工况条件的优化来研究表面织构技术的机理及应用范围. 本文作者回顾了近年来表面织构技术在控制摩擦方面的主要研究成果,从不同润滑条件下的减摩机制与理论模型展开讨论,重点从表面织构的几何特征和实际工况条件两个方面来评述改善材料表面摩擦学性能的最新进展,其中,几何特征包括表面织构的纹理形状、直径、深度、面密度和排列方式;实际工况条件取决于摩擦形式及操作条件,根据摩擦系数、磨损量、承载能力、阻力系数及升力系数等体现摩擦学性能的参数,对改善表面摩擦学性能的参数和条件进行分析和总结. 深入研究精确的理论模型和普适性的模拟方法并开发改善摩擦学性能的参数优化方法是未来的研究重点和方向.      

基于荧光法的滚动轴承内部润滑油层分布研究

润滑油在轴承内的分布及其变化规律对轴承的润滑性能有显著影响. 在本文中搭建了滚动轴承模拟试验台,基于激光诱导荧光方法实现了滚动轴承内钢球-外圈接触区附近润滑油分布的观察与测量,获得了润滑油供给油层分布的三维形貌图,研究了不同供油量和转速对轴承内部供给油层分布的影响规律. 试验结果表明充分润滑条件下相邻钢球-外圈接触区供给油池之间会形成相互连接的油带;在高速情况下,钢球-外圈接触区供给油层厚度受前一个接触区尾部空穴影响而减小;供油量的增加会增大表观油池,但并不意味着入口有效供油层的增加.      

牙轮钻头变曲率滑动轴承的结构分析与摩擦学性能研究

基于摩擦学原理和接触力学理论,提出了可在牙轮钻头滑动轴承中采用变曲率结构。在不考虑摩擦的情况下,就结构设计和配合关系统等问题进行了分析讨论,划分了准变曲率、吻合变曲率以及间隙变曲等３种结构形式;针对考虑摩擦时的变曲率结构,提出了接触形状优化和预磨合的实施方案。钻头轴承试验结果表明,无论是预设计变曲率还是预磨合变曲率,都能改善轴承摩擦副的摩擦学特性,因而值得进一步研究和推广。     

A Frictional Heat Model of Planetary Roller Screw Mechanism Considering Load Distribution

Planetary roller screw (PRS), with higher thrust, higher load capacity, and higher speed, is the best choice of the transmission component of the servo system. However, spinning sliding of rollers and support bearings can cause frictional moments and frictional heat, which is an undesirable phenomenon. Besides, frictional heat will further result in high temperature that causes deterioration of lubrication and eventually lead to destruction of the mechanism. Therefore, it is important to predict frictional moments which result in frictional heat. In order to predict the magnitude of frictional heat of PRS mechanism and study the influence of structural parameters of thread and operating conditions on frictional heat, first, a frictional moment model of bearings is built, and frictional moments models of PRS considering the elastic hysteresis of material, the spinning sliding of the rollers, the viscosity of lubricating oil and the differential sliding of thread raceways are established in this paper, respectively. Second, heat generation models of bearing and PRS are presented, respectively. Finally, relationships between frictional heat in terms of operating conditions of PRS, contact angle, and helix angle of roller thread are investigated. The achievements of this project will provide theoretical basis for the design of PRS with lower frictional moments and higher transmission efficiency.     

考虑轮轨脱离的车桥耦合系统动力响应分析

针对密贴和弹簧连接两种轮轨关系模型,通过构造车轮与桥梁之间相对位移和相互作用力间的线性互补关系,建立了两种考虑轮轨脱离的车桥耦合系统动力学分析模型,从而将车桥耦合系统的轮轨连接问题转化为标准的线性互补问题。本文方法不需要在每一个时间步对接触状态进行判断,避免了传统算法的迭代求解过程,能够对轮轨脱离进行模拟。在数值算例中,讨论了无量纲化的车桥耦合系统质量、刚度等参数和行驶状态对系统响应动力放大系数的影响,以及速度因子和车桥质量因子对轮轨脱离的影响。数值算例证明了本文方法的正确性,且相对于传统轮轨接触模型具有更高的计算效率。     

Influences of wear on dynamic characteristics of angular contact ball bearings

Wear between balls and races has significant effects on the dynamic characteristics of bearing, which is the main reason to cause bearing failure. Some existing contact stiffness models were established to study the dynamic characteristics of bearing. However, the wear of bearing has been rarely investigated due to the complexities of contact load and wear mechanism. This paper presents a new dynamic wear simulation model of angular contact ball bearings mounted in pairs to solve this problem. A final contact stiffness model is established based on the wear model. The effects of running distance, horizontal load, preload, initial contact angle, number and diameter of balls on wear performances are analyzed. A generalized time-varying and piecewise-nonlinear dynamic model of angular contact ball bearings is established to perform an accurate investigation on its dynamic characteristics, especially considering the coupling effects of wear and rolling contact. The effects of wear on the contact stiffness and nonlinear dynamic characteristics are analyzed according to the dynamic model. Additionally, the variations of the contact stiffnesses and frequency responses with different preloads are discussed and the results indicate that parameter selection has significant effects on the wear and nonlinear response.

     

孔隙渗流对环面复层含油轴承润滑性能的影响

含油轴承基体中油液的渗流特性对轴承油膜润滑性能影响显著. 以不同孔隙率分布的环面复层含油轴承为研究对象，利用达西定律建立复层含油轴承基体中流体渗流的控制方程，在极坐标下建立环面复层含油轴承系统渗流润滑模型，研究复层环面副系统中油膜压力分布规律，分析轴承结构参数及孔隙渗流行为对油膜润滑性能的影响. 结果表明:复层含油轴承的流体动压力主要发生在环形摩擦面间，从摩擦界面到轴承底面，流体压力逐渐由外缘向圆心部位传导，流体动压力作用面积逐渐增大，压力峰值逐渐降低；随着倾角增大，摩擦界面间的油膜动压效应增强，油膜润滑性能变好；随着表层渗透率或厚度减小，摩擦界面间的油膜的渗流效应减弱，油膜润滑性能提高；与普通单层含油轴承相比，含致密表层的复层含油轴承能降低整体孔隙率，防止过多轴承间隙油液渗入多孔介质，提高轴承润滑性能. 研究工作为明晰环面复层含油轴承渗流行为及润滑机理提供一定理论依据.