高速滚动轴承滑蹭试验系统研制

为研究高速、超高速条件下精密滚动轴承打滑蹭伤机理,自行设计并研制高速滚动轴承滑蹭试验系统.该系统可以通过调节影响高速滚动轴承打滑蹭伤的各种滑差组合因素,用以模拟滚动体与内外圈的动态接触情况,进而分析高速滚动轴承的滑蹭机理.详细介绍了系统的工作原理、系统构成及其主要功能.以圆柱滚子轴承滑蹭试验为例,初步研究了滑差率、内圈转速、径向载荷、润滑状况等滑差组合因素作用下高速滚动轴承的滑蹭规律,验证了该系统的可行性与有效性.本文所开发的试验系统简单便捷,易于扩展,可为未来超高速、超精密滚动轴承设计提供一定的参考与支持.     

基于轴承边界元法的轧机圆锥滚子轴承的载荷研究

采用边界元法对高度非线性的滚动轴承接触问题进行了研究。利用轴承边界单元模拟轴承接触单元,采用赫兹接触理论对滚动体与轴承内外圈的接触宽度进行修正;根据轧机圆锥滚子轴承安装配合时轴承内圈与轧辊、轴承外圈与轴承座均采用松配合的特点,在多物体有摩擦弹性接触的边界元法基础上,编制了四物体有摩擦弹性接触的专用轴承边界元法计算程序;并对轧机四列圆锥滚子轴承进行了数值分析,验证了算法的可行性和有效性。结果表明:四列滚动体上圆锥滚子小端受较大的压力,且滚动体端部压力远大于中部压力;滚动体承受的轴向压力与四列圆锥轴承的锥度分布一致,最大应力出现在第一列滚动体靠近辊身侧的位置;各个滚动体的接触宽度与滚动体上承受的径向载荷分布规律一致,非轴承接触面所受载荷的分布与承受载荷的滚动体的位置相对应。     

空心圆柱滚子轴承及其磨损问题

空心圆柱滚子轴承是一种新型滚动轴承,其结构特点是滚动体的空心度大于50％,无保持架,满装滚子和滚动体始终受有预负荷。它具有高刚度、高回转精度和高极限转速等特性,特别适用于机床主轴轴承。空心圆柱滚子轴承的主要失效形式是磨损和滚动体的弯曲疲劳断裂。     

微载荷含油轴承摩擦性能研究Ⅰ.摩擦试验机设计

研制了1种针对径向轴承的微载荷摩擦试验机,介绍了其工作原理及结构,即利用外加载荷抵消浮动测试架重量以施加微小载荷,并利用激光位置传感器(PSD传感器)实现无接触位移测量;同时测量了摩擦副的转动角度并计算出摩擦系数;采用摩擦转角测量法和外加力矩平衡摩擦法测量微载荷下的摩擦性能,以测量时间末端位置作为位置基准,通过极限偏载平衡进行载荷标定.结果表明:微载荷摩擦试验机可应用于径向轴承在微小载荷下的摩擦力测量;可以通过在较大范围内设置结构参数来研究径向轴承的摩擦特性;并可利用数据采集技术研究速度和载荷连续变化条件下的摩擦性能.     

滚动体几何相似条件在轴承边界元法中的应用

滚动轴承作为多物体接触系统,具有高度的非线性。为了求解滚动轴承的三维载荷分布,考虑所有滚动体的形状和边界条件相同,利用几何相似条件通过初始位置滚动体的离散模型,得到其他滚动体的离散数据。将所有滚动体看作是一个物体,轴承系统可以用3个物体无摩擦接触边界元法进行模拟计算。考虑全部滚动体作为一个整体的特殊性,叙述了边界积分方程和耦合的矩阵方程的建立,编制了基于滚动体几何相似条件的轴承边界元法Fortran源程序。利用该程序对轧机四列圆锥滚子轴承进行数值模拟,得到轴承的接触压力和载荷,滚动体接触宽度和接触滚动体个数,并说明了方法的有效性。     

高速列车轴箱轴承载荷分布测试研究Ⅱ:实验装置及实验研究

为准确测试高速列车轴箱轴承内部滚子和滚道间接触载荷及其分布,本文选择轴承座箱体环向开槽的测试方案对轴箱轴承座进行改造,并搭建了高速列车轴箱轴承载荷分布测试实验装置.采用基于应变检测的轴承载荷分布测试方法,实测得到了宏观外部载荷在双列圆锥滚子轴承中的载荷分配,确定了单列轴承承受的外加载荷由3个滚动体分配并传递.动态测试结...     

流体动压轴承主轴系统的动态特性实验研究

选用螺旋槽轴承代替球轴承 ,建立了螺旋槽轴承主轴系统模拟试验台 ,研究了螺旋槽轴承主轴系统的动态特性 ,并考察了载荷、速度、轴承间隙以及润滑剂等对其动态特性的影响 .结果表明 :随着转速提高 ,螺旋槽轴承主轴系统的径向和轴向不可重复误差 ( N RRO)均减小 ;载荷对主轴的径向动态特性影响很小 ,但对其轴向动态特性影响较大 ,随着载荷增大 ,轴向 N RRO逐渐减小 ;主轴的径向和轴向 N RRO均随轴向间隙减小而减小 ;随着润滑剂粘度增大 ,主轴径向 NRRO逐渐减小 ,而轴向 NRRO受润滑剂的影响不明显 ;润滑剂粘度越大 ,主轴所消耗的功率越大     

内圈离心位移对高速角接触球轴承刚度的影响

以弹性力学理论、滚动轴承动力学和沟道控制理论为基础,计算了角接触球轴承内圈在离心力作用下的径向位移,给出了计及内圈离心位移影响时,高速角接触球轴承滚动体与内、外圈的接触刚度与轴承整体的径向刚度、轴向刚度、角刚度的计算方法和相应程序。对7012/CD轴承的计算结果表明,轴承内圈外径的离心位移随转速增加而增大,在高速条件下其值较大,不容忽视;轴承内圈离心位移对内圈接触刚度和轴承径向刚度影响较大,导致内圈接触刚度和轴承径向刚度相对增大;对外圈的接触刚度、轴承轴向刚度和角刚度的影响很小;随着转速的增加与内圈离心位移的增大,对轴承内圈接触刚度与轴承径向刚度的影响会更加明显。因此,为使高速角接触球轴承的刚度分析更加精确、更加接近实际,必须考虑内圈离心位移的影响。     

1种双配副摩擦试验机及其在多孔聚酰亚胺摩擦磨损测试方面的应用

在轴承中存在2类摩擦副,滚动体与内外沟道以及滚动体与保持架,尤其在采用聚合物保持架的轴承中,这2类摩擦副的性质完全不同,2类配副之间的相互影响不可忽略.目前,市面上的标准摩擦试验机均采用单配副,并不能很好地模拟轴承内部的摩擦.针对此问题,本文中研制了双配副摩擦试验机,并对该试验机进行了标定和校准.采用该试验机研究了多孔含油聚酰亚胺(iPPI)轴承保持架材料的发黑过程,对比了单配副和双配副下iPPI材料的摩擦磨损特性.结果表明,研制的双配副摩擦试验机能够较为真实地模拟保持架材料表面的磨损发黑现象,而单配副摩擦试验难以重现这种发黑现象.采用能谱分析(EDS)和拉曼(Raman)光谱分析单配副和双配副下iPPI的磨损表面,发现iPPI表面的发黑物质为α-Fe₂O₃和Fe₃O₄.研制的双配副摩擦试验机测试精度高、重复性好,是1种模拟轴承内部摩擦的有效工具.     

混合式陶瓷轴承的研制及其台架试验研究：I.制备陶瓷球最佳工艺？…

为了加速航空发动机技术的发展，研制混合式陶瓷轴承是一个值得重视的研究方向，研究这种轴承的关键在于陶瓷球的高效高精度加工，在这方面，常规的磨削加工方法很难满足实用要求，因此，利用一种新的磁流体研磨法加工Ｓｉ３Ｎ４陶瓷球，首先对这种方法的基本原理与装置和研磨实验条件与方法作了简要阐述，进而通过一系列的试验研究，考察了将Ｓｉ３Ｎ４陶瓷球毛坯研磨成成品球的研磨效率分别随驱动轴转动速度，加工载荷和磨粒粒径等     

NONLINEAR THERMAL ANALYSIS FOR THE INTER-SHAFT BEARING UNDER THE DYNAMIC LOAD 1)

中介轴承作为双转子系统高低压转子重要的支承部件,其内圈和外圈均随着低压转子和高压转子高速旋转, 其传热问题更加突出.本文研究中介轴承在非线性动载荷作用下的非线性热行为.基于双转子系统动力学响应定义中介轴承动载荷,考虑中介轴承的径向游隙、分数指数非线性和参数激励等非线性因素,中介轴承动载荷会出现跳跃和双稳态等非线性行为. 考虑润滑剂的黏温关系,根据Palmgren经验公式建立动载荷作用下中介轴承的热传递模型,通过数值求解得到中介轴承稳态温度,发现动载荷的非线性行为导致中介轴承温度出现跳跃和双稳态等非线性热行为.分析转速比、偏心距、中介轴承径向游隙、Hertz接触刚度和滚子数目对中介轴承温度及非线性热行为的影响,表明偏心距、径向游隙和刚度只影响非线性热行为,而转速比和滚子数目对两者都有重要影响. 本文研究表明,动载荷相较于静载荷更适合描述中介轴承的实际载荷,由于双转子系统具有非线性振动特性, 中介轴承的热行为也表现出复杂的非线性行为.     

动载荷作用下中介轴承的非线性热行为研究

中介轴承作为双转子系统高低压转子重要的支承部件,其内圈和外圈均随着低压转子和高压转子高速旋转, 其传热问题更加突出.本文研究中介轴承在非线性动载荷作用下的非线性热行为.基于双转子系统动力学响应定义中介轴承动载荷,考虑中介轴承的径向游隙、分数指数非线性和参数激励等非线性因素,中介轴承动载荷会出现跳跃和双稳态等非线性行为. 考虑润滑剂的黏温关系,根据Palmgren经验公式建立动载荷作用下中介轴承的热传递模型,通过数值求解得到中介轴承稳态温度,发现动载荷的非线性行为导致中介轴承温度出现跳跃和双稳态等非线性热行为.分析转速比、偏心距、中介轴承径向游隙、Hertz接触刚度和滚子数目对中介轴承温度及非线性热行为的影响,表明偏心距、径向游隙和刚度只影响非线性热行为,而转速比和滚子数目对两者都有重要影响. 本文研究表明,动载荷相较于静载荷更适合描述中介轴承的实际载荷,由于双转子系统具有非线性振动特性, 中介轴承的热行为也表现出复杂的非线性行为.      

几何修形对低速圆柱滚子轴承混合润滑性能的影响研究

针对圆柱滚子轴承直母线滚子在接触出现的边缘应力集中现象,采用对滚子进行几何修形的方法,运用拟动力学分析方法开展轴承滚子受力和相对运动关系分析. 在此基础上,综合考虑轴承接触工况、滚子修形参数和真实表面粗糙度等因素,建立圆柱滚子轴承混合润滑数学模型,分析滚子修形参数和转速对轴承润滑性能的影响. 结果表明:从润滑角度判断,滚子母线凸度量δ和滚子端头圆角半径r均存在一个优化区间,使得最大受载滚子接触表面最大油膜压力和次表层最大von Mises应力σ显著减小,边缘效应弱化;δ和r对中心膜厚h_c和摩擦系数f的影响较小;转速的增大会使h_c变厚,f_c和σ减小,且混合润滑状态下转速对修形滚子的σ变化显著,修形后的滚子较未修形的滚子润滑性能要好.      

安装方向对角接触球轴承保持架动态特性的影响

利用二次开发后的有限元软件MSC Patran/Ls-dyna实现角接触球轴承的参数化建模与动态性能分析.通过与试验以及文献结果进行对比,验证了建立的有限元模型的正确性及仿真结果的可靠性.在此基础上研究了角接触球轴承不同安装方向对保持架动态特性的影响.结果表明：由于重力作用,保持架水平安装较竖直安装时更易形成圆形的质心轨迹.低速工况下,保持架竖直安装时最大应力发生在过梁位置,水平安装时最大应力发生在侧梁位置.高速工况下,保持架在两种安装方向的最大应力均发生在过梁位置.不同转速下保持架在轴承竖直安装时最大应力值均更大.     

圆锥滚子轴承润滑与动力学耦合研究

为准确分析圆锥滚子轴承润滑和动力学耦合性能,建立了基于油膜刚度与阻尼的圆锥滚子轴承动力学耦合方程,并对方程进行了验证和数值求解. 数值结果表明:与不考虑润滑相比,考虑润滑后轴承内圈轴向运动更加稳定,轴向位移变小;在不同的滚子端面球半径和挡边倾角下,润滑效应能够使内圈径向振动加速度级减小1.71到2.07 dB;同时滚子个数的增加会使轴承内圈滚道和内圈挡边的平均最小油膜厚度分别增加7.97%和4.43%.      

行星滚柱丝杠动态摩擦力矩和传动效率分析

针对行星滚柱丝杠摩擦力矩和传动效率随丝杆转速变化而变化,考虑润滑油黏滞、滚柱自旋滑动和螺纹接触点差动滑动产生的摩擦阻力,基于拉格朗日方法建立了行星滚柱丝杠机构动力学模型,计算了其摩擦力矩和传动效率,分析了负载和丝杆角加速度对机构动态摩擦力矩、瞬态传动效率和综合传动效率的影响. 研究结果表明:行星滚柱丝杠摩擦力矩随螺纹接触点相对滑动速度增大而增大;非稳态运行阶段润滑油黏滞和自旋滑动是产生摩擦力矩的主要因素;行星滚柱丝杠在大载荷运行时传动效率较高,丝杆加速时间越短其综合传动效率越高.      

混合式陶瓷球轴承在液氮中的摩擦学性能研究

研究了由ＳｉａｌｏｎＳｉ３Ｎ４陶瓷球,９Ｃｒ１８内外环以及由ＰＴＦＥ和玻璃纤维制成的保持架组合成的混合式陶瓷球轴承在液氮气氛和重负荷条件下的摩擦磨损性能,结果表明,通过９０ｍｉｎ的－１９６℃超低温台架试验后,混合式陶瓷球轴承仍可以正常工作,对试验后的陶瓷球进行显微镜观察未发现大面积的接触疲劳破坏,但在内外环滚道表面有轻微疲坑,混合式陶瓷球轴承的摩擦功耗明显低于钢制球轴承。     

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.