基于RomaxCLOUD的主轴轴承优化设计及试验研究

以某型号机床主轴轴承7014C/P4为例,基于RomaxCLOUD建立轴-轴承系统模型,以轴承的刚度、疲劳寿命、最小油膜厚度和套圈次表层最大剪切应力、球最大旋滚比作为目标函数,对内外圈沟曲率半径系数、球径和球数进行优化设计,优化结果为:内圈沟曲率半径系数为0.54,外圈沟曲率半径系数为0.525,球径为12.7mm,球数为19。并对优化设计的7014 C/P4轴承进行了强化寿命试验,优化设计的7014 C/P4主轴轴承振动、温升平稳,未出现疲劳剥落,满足要求。     

角接触球轴承的应力场与相对疲劳寿命分析

基于弹性接触理论及Ioannides及Harris疲劳寿命计算模型,分析了球径变化、沟曲率半径系数和径向游隙对角接触球轴承的Hertz接触应力、零件表层的Mises应力场及轴承疲劳寿命的影响。研究结果表明,角接触球轴承零件的表层裂纹源在沿轴承零件的周向平面内;轴承疲劳寿命随球径的增大而增大,随沟曲率半径系数和径向游隙的增大而减小。     

无装配条件下角接触球轴承旋转精度测量方法研究

角接触球轴承旋转精度检测需在合套状态下进行，增加了检测工序，不满足设计要求的轴承还需重新进行套圈配对。通过分析套圈接触状态，根据几何关系，建立了套圈精度参数解析模型。以7006型号为例，检测了套圈9个周向均布点的精度参数，计算得出的成品轴承径向跳动与旋转精度测量仪检测结果一致。为了得到旋转精度变化规律，采用4种曲线拟合轮廓，分别计算径向跳动变化，线性拟合函数得到的轮廓与检测结果接近。研究了沟曲率半径、沟底直径和壁厚差与旋转精度的关系，沟底直径分布规律影响旋转精度最明显，沟曲率半径几乎没有影响。文中方法可以实现仅检测套圈精度参数条件下即可得到成品轴承旋转精度，不仅有助于套圈配对，还避免了反复拆套合套。     

特大型双排四点接触球轴承承载能力的研究

给出特大型双排四点接触球轴承承载曲线的精确计算方法。绘制其静承载曲面,并对精确静承载曲线及简化静承载曲线进行比较。分析轴承游隙、沟曲率半径系数及原始接触角对静承载曲线的影响。结果表明:随着轴承负游隙绝对值的增大,轴承所能承受的最大倾覆力矩增大,最大轴向力减小。游隙在–0.2~0 mm范围内取值,对轴承承载能力的影响较小。沟曲率半径系数对轴承承载能力影响较大,随着轴承沟曲率半径系数的增大,轴承静承载能力减小。随径向力增加,轴承承载能力随接触角增大先增大后减小。     

基于粒子群算法的深沟球轴承优化设计

以深沟球轴承的额定动载荷、额定静载荷及额定联合载荷为优化目标，以球直径、球组节圆直径、球数、内圈沟曲率半径系数、外圈沟曲率半径系数为设计变量，基于粒子群算法实现了轴承的主参数优化。同时，基于.NET API对AutoCAD软件进行二次开发，实现轴承二维图纸的自动绘制与保存。以6214深沟球轴承为例进行优化设计，优化过程收敛速度快且收敛稳定性高；与网格节点法的优化结果对比表明，基于粒子群算法优化设计后的轴承额定动载荷更高。     

风电转盘轴承设计参数对承载能力的影响

针对风电转盘轴承的结构特点,根据轴承受载产生内、外圈相对位移后的几何关系,得出钢球-沟道之间的弹性趋近量表达式,以套圈相对位移为未知变量建立了轴承的平衡方程组,并结合某具体型号的轴承,研究了轴承的游隙、沟曲率半径系数、接触角等参数的改变对轴承承载能力的影响,结果表明:适量小的负游隙可使轴承具有极佳的承载性能;减小沟曲率半径系数可提高其承载能力;轴承的轴向载荷相对数值较大时,增大接触角可以提高其承载能力。     

变桨轴承微动磨损分析与沟道参数确定

在交变和振动载荷的作用下,风力发电机组变桨轴承的主要失效形式为钢球和沟道之间的微动磨损。分析了变桨轴承微动磨损产生的原因、损伤形式及微动运行模式,为降低变桨轴承的微动磨损,通过试验对其沟道参数的取值进行了研究。结果表明:变桨轴承的沟道曲率半径系数为0.53左右,初始接触角为45°左右时,可提高变桨轴承的抗微动磨损能力,减缓沟道微动磨损损伤。     

基于多重网格法的超高速电主轴轴承内部润滑状态分析

本文以超高速电主轴内部主轴轴承为研究对象,基于稳态等温点接触弹流润滑理论,采用多重网格法,对超高速时在不同工况和几何参数等条件下主轴轴承内部的弹流油膜状态进行了分析计算,得出了速度、预载荷等工况条件和接触角、套圈沟曲率半径系数、材料参数等对轴承内部球滚动体与套圈滚道之间润滑状态的影响结果。     

四点接触球转盘轴承中几何参数对摩擦力矩的影响

介绍了四点接触球转盘轴承中产生摩擦的各个因素,在此基础上给出了球与沟道间摩擦力矩的理论计算公式,分析了初始接触角、沟曲率半径系数、钢球直径、游隙对四点接触球转盘轴承钢球与沟道间摩擦力矩的影响,认为四点接触球转盘轴承的初始接触角为50°～60°,沟曲率半径系数为0.53～0.54,游隙为-0.01～0.01mm,同时选择较小的钢球直径,有利于减小轴承的摩擦力矩,降低轴承的发热量,提高轴承的使用寿命。     

风力发电机变桨轴承微动磨损与防护

分析了变桨轴承振动载荷及失效形式,指出在交变和振动载荷的作用下,风力发电机组变桨轴承的主要其失效形式是滚动体和滚道之间发生的微动磨损损伤.通过微动试验,分析了变桨轴承中微动磨损的磨损运行机制以及润滑脂的润滑效果与微动次数、位移的关系.为减小变桨轴承微动磨损,从润滑和机械方面提出了微动磨损防护的具体措施.结果表明:微动磨损程度随载荷减小、接触角度增加和材料硬度增高而减小;通过采用含渗透能力强、抗磨添加剂及抗锈蚀剂的合成润滑脂,减小桨叶振动、改进变桨轴承结构、增加套圈接触面表面强度等措施,可减缓变桨轴承的微动磨损.     

钛合金球与骨水泥界面之间的微动磨损机制研究

采用钛合金球与自制骨水泥试样以球/平面接触方式,在自制的微动摩擦磨损试验机上开展干摩擦和25%小牛血清介质中切向微动磨损试验研究,考察钛合金球与骨水泥界面之间的微动运行特性,并采用S-3000N型扫描电镜观察磨痕形貌来分析其微动磨损机制。结果表明:随着微动振幅的增加,微动运行由部分滑移区向混合区转变。随着接触载荷的增加,试样接触面之间更容易发生黏着。与干摩擦相比,在小牛血清溶液中部分滑移区向较大振幅区扩展。部分滑移区摩擦因数值较低且保持稳定,混合区的摩擦因数先增大后保持不变。稳定摩擦因数随着接触载荷的增加而减小,随微动振幅增大而增大。骨水泥试样的磨损量在小牛血清介质中比在空气中大,并且随接触载荷增大而增大。骨水泥在小牛血清介质中微动磨损的损伤机制主要为黏着磨损和疲劳磨损,溶液分子在应力作用下对骨水泥基体有削弱作用。     

沟曲率半径系数对高速陶瓷球轴承润滑状态影响的研究

采用迭代法,建立高速深沟陶瓷球轴承点接触等温弹流润滑计算模型.根据实际载荷和工作环境,推导出轴承润滑的边界条件,对各种沟曲率半径系数的轴承模型进行数值仿真分析计算,得出了内外沟曲率半径系数分别与轴承压力区最高压力和膜厚的关系。结果表明:在相同载荷速度和润滑油的情况下,内圈沟曲率半径系数为0.5145和0.5196时,轴承内外圈与滚动体接触区最小膜厚相同,在这个区域内外圈接触区膜厚较为接近.在相同载荷速度和润滑油情况下,内外圈接触区最大压力随着沟曲率半径系数的增大而增大。通过与传统理论计算的对比,结果具有较好的一致性,研究结果对高速深沟球轴承参数优化具有指导意义。     

某种角接触球轴承的结构改进

针对某型号角接触球轴承组配安装后,轴向游隙不满足要求,对其调整后寿命较短的问题,对轴承结构及其组配进行了分析,认为轴承套圈的刚性不足,在轴向预紧力作用下产生了较大的弹性变形,使得轴承组配安装后的轴向游隙过小,借助Solidworks COSMOSXpress对轴承结构进行了优化改进,采取减小钢球直径,外沟道直径及内、外沟曲率半径,增大内沟道直径等措施,以增加其刚性。     

热和离心位移对球轴承刚度影响的数值分析

针对高速角接触球轴承刚度影响因素多、精确预测困难的特点,基于拟静力学模型考虑了离心力、陀螺力矩、轴承套圈热变形和内套圈离心膨胀等多种因素影响,计算了轴承动态刚度,分析了工况和结构参数对轴承动态刚度的影响。分析结果表明:热和离心效应使轴承轴向刚减小,径向刚度增加,对轴承动刚度影响不容忽视;轴向和径向刚度随轴向载荷增加而增大,随径向载荷增加而减小;不考虑热和离心效应时轴向刚度随内沟曲率系数增加而明显减小,考虑热和离心效应时轴向刚度略有增加;轴向和径向刚度随外沟曲率系数增加而减小;转速和球径对轴承刚度影响较复杂,是转速和球径综合作用结果。     

基于RomaxCLOUD的高速内圆磨削主轴轴承优化设计

基于RomaxCLOUD轴承系统分析工具,综合采用正交试验和多目标函数寻优方法,以轴承刚度、最小油膜厚度、疲劳寿命和沟道接触应力为优化目标,对角接触球轴承的内圈沟曲率半径系数f_i、外圈沟曲率半径系数fe、球数Z、球组节圆直径D_(pw)及球径Dw进行优化设计,得到优化结果为f_i=0.505,f_e=0.515,Z=19,D_(pw)=90mm,D_w=12.7 mm,并对优化后的轴承进行性能分析。     

沟曲率半径系数对柔性轴承应力的影响

采用有限元分析方法,使用ANSYS Workbench建立了柔性轴承的参数化接触模型。对不同沟曲率半径系数的柔性轴承进行静力学接触分析,得到了不同参数的柔性轴承内外圈的变形、应力的分布规律。结果表明:内外圈的最大等效应力和最大径向应力发生在长轴处的钢球与内外滚道接触的区域;内外圈最大等效应力、钢球与沟道的最大接触压力随内外圈沟曲率半径的增加呈线性增大趋势。用该方法能准确得到柔性轴承最大的接触应力,可以用来对柔性轴承进行优化设计。     

双向推力角接触球轴承装配高和高度的精确控制

建立了沟位置、沟曲率半径、沟底直径及球径对双向推力角接触球轴承装配高和高度的影响系数计算模型,并以234426MSP双向推力角接触球轴承为例,计算了各参数对其装配高和高度的影响系数,结果表明：各参数对轴承装配高和高度的影响从大到小依次为球径、沟位置、沟曲率半径、沟底直径。根据分析结果,结合设备工序能力指数对轴承参数偏差进行优化匹配,实现了双向推力角接触球轴承装配高和高度的精确控制。     

花键副微动磨损分析及参数优化

为探究渐开线花键副在微动工况下的磨损行为,对花键副材料20CrMoH进行磨损实验,得到不同工况下花键副材料20CrMoH的磨损系数.实验结果表明:在同一振动频率下,材料微动磨损系数随着法向正压力的增大而增大;在同一法向正压力下,材料的微动磨损系数随着振动频率的增大而增大.采用有限元与Archard理论相结合的方式对花键副材料磨损量进行预测,并与磨损实验结果进行对比,验证了该预测方法的可行性.为寻找改善花键副齿面磨损的方法与思路,进行花键副参数优化,以花键副齿面磨损量最小为目标寻求侧隙、修形量、夹角这3个参数的最佳组合,得到该花键副采用侧隙为0.09 mm、鼓形修形量22.66 μm、夹角为0.04.进行加工设计安装时磨损量最小.     

频繁摆动工况下深沟球轴承摩擦力矩特性分析

基于滚动轴承动力学理论,建立了频繁摆动工况下深沟球轴承动力学微分方程组,通过预估-校正(GS-TIFF)变步长积分算法对动力学微分方程组进行求解,分析频繁摆动工况下深沟球轴承的摩擦力矩特性.结果表明:轴承摩擦力矩随径向游隙增大先减小后增大,随轴承内、外圈沟曲率半径系数增大而减小,随保持架兜孔间隙增大先增大后减小再增大,...     

特大型四点接触球轴承沟曲率半径系数的设计方法

沟曲率半径系数是轴承设计中一个重要的设计参数,对轴承的承载能力和疲劳寿命有较大影响。目前为止,特大型四点接触球轴承沟曲率半径系数的设计依靠经验取值,缺乏设计依据,由此设计出来的轴承不能保证满足承载能力的要求。给出了特大型四点接触球轴承精确静承载曲线的绘制方法,提出了根据特大型四点接触球轴承精确静承载曲线设计轴承沟曲率半径系数的方法并给出了相应的设计流程,同时还给出了此类轴承疲劳寿命的计算方法。给出的沟曲率半径系数设计方法能够精确设计特大型四点接触球轴承的沟曲率半径系数,设计出的轴承一定满足轴承承载能力的要求及较高疲劳寿命的要求。此外,该设计方法可提高轴承的设计效率,并为轴承沟曲率半径系数设计方法的发展提供理论基础。