高速滚动轴承-转子系统时变轴承刚度及振动响应分析

高速滚动轴承广泛应用于机床主轴、航空发动机等转子系统中。在复杂运行工况下,滚动轴承的刚度表现出强烈的时变特性和非线性特性,往往是系统非线性的主要根源。考虑离心力、陀螺力矩、轴承内圈离心膨胀和热变形等因素,建立高速滚动轴承力学模型,计算轴承的时变刚度。将滚动轴承非线性模型与转子有限元模型集成,建立滚动轴承-转子耦合系统动力学模型。以FAG角接触球轴承(HCB7012E)为例,分别计算静载荷作用下的内外圈轴向、径向相对位移,并与舍弗勒轴承分析软件BearinX?的计算结果进行比较,验证了模型对静态位移仿真的精度。在不同轴承预紧状态下,仿真滚动轴承-转子系统在不平衡激励下的振动响应,并与试验结果比较,验证了模型仿真系统动态响应的精度。利用一个背对背安装的角接触球轴承-转子系统,研究在静载荷、不平衡载荷激励作用下滚动轴承刚度的变化规律,并计算时变轴承刚度作用下转子的时域振动响应及频域特征,为高速滚动轴承-转子系统设计、动力学分析与故障诊断提供依据。     

面向多源传感器的滚动轴承多层自助最大熵法故障状态诊断

为了提高多种因素对滚动轴承故障诊断效果的影响，提出了一种面向多源传感器信号融合的滚动轴承多层自助最大熵法故障诊断方法。通过量化分析径向与轴向载荷、转速、温度参数引起的振动状态变化，为判断轴承性能与疲劳寿命提供了可靠的依据。研究结果表明：振动样本获得了几乎相同的概率密度函数，判断轴承振动特征主要与径向载荷存在较大关联。轴承载荷和转速对轴承振动状态产生了相近的效果。振动状态与径向载荷、转速、轴向载荷、温度之间的作用指标依次为0.742 6,0.291 4,0.292 6,0.243 7,判断轴承载荷度振动状态产生了最重要影响。该研究对滚动轴承早期故障排查以及运行稳定性优化具有很好的实际指导价值，也可拓宽到其它的机械传动领域。     

BSG轴承用高温高速高载荷试验机的开发与应用

以自主开发BSG轴承用高温高速高载荷试验机为目的展开了以下研究:进行试验机机械结构的整体设计;设计开发轴向和径向加载装置,真实模拟轴承实际运转过程中承受的载荷;设计开发基于PID控制的加热装置,可以准确控制测试环境的温度;设计试验机的控制系统及软件系统;制造出BSG轴承用高温高速高载荷试验机样机,完成设备调试、系统运行与改进;利用该设备进行轴承的寿命试验。通过对试验数据分析表明,试验机结构设计合理,性能可靠。     

滚动轴承支撑人字齿轮传动系统动力传递过程分析研究

为能更有效地分析滚动轴承支撑人字齿轮传动系统的振动传递特性,提出基于轮齿承载接触分析、同时考虑齿轮轴扭转变形及安装误差的人字齿轮左右轮齿啮合刚度计算方法,建立综合考虑时变啮合刚度、啮入冲击激励的人字齿轮啮合型弯-扭-轴耦合振动模型。在提出的考虑轴承内部载荷分布的滚动轴承支撑系统载荷分配计算方法以及包含承载滚子、内外圈的滚动轴承动力学模型基础上,较完整地分析人字齿轮传动系统的齿对啮合振动经由齿轮轴分配到支撑滚动轴承,最后再由轴承内圈传递到外圈的传递过程。以某滚动轴承支撑人字齿轮传动系统为实例进行的仿真计算结果表明:该振动传递计算方法较科学合理地计算出人字齿轮系统的动载荷传递过程,更精确地得到箱体轴承孔内壁的振动载荷,为下一步有效地分析人字齿轮箱体振动特性提供了保障。同时滚动轴承在传递载荷的过程中起到类似浮筏隔振系统的隔振降噪作用。     

基于NI PXIe的轴承试验机集中测控系统

轴承试验时需模拟不同的工况。为满足对试验机集中测量控制的需求,基于NI PXIe设计了相应的测控系统,可同时监控3台轴承试验机。该系统通过控制施加在轴承上的轴向载荷、径向载荷和轴承转速,实时监测轴承的温度和振动变化情况,为轴承产品性能的判断提供有效的试验数据。     

不平衡影响下外圈故障滚动轴承振动特征研究

在外圈具有单一缺陷滚动轴承二自由度动力学模型基础上,引入不平衡激励,建立不平衡影响下外圈具有单一缺陷的滚动轴承的动力学模型。通过数值计算,分析了不平衡对外圈具有单一局部故障滚动轴承振动特征的影响。结果表明,当不平衡载荷远小于径向载荷时,外圈缺陷轴承的振动特征变化不明显,其特征频率为滚动体通过外圈故障的振动频率及其倍频。当不平衡载荷逐渐增大至接近径向载荷时,轴承的振动出现了调制现象,其特征频率为轴的旋转频率、滚动体通过外圈的频率以及它们形成的边频。     

载荷对球轴承振动特性的影响

运用滚动轴承振动的数字化测量和分析系统，通过试验全面研究了轴向载荷、轴向和径向联合载荷对全钢球轴承、陶瓷球混合球轴承和全陶瓷球轴承的振动特性，验证了轴承振动的弹性接触模型，得出的结论对以减振降噪为目的的滚动轴承设计、安装和使用具有实际的指导意义。     

提速铁路轴承磨合试验机的设计

提速铁路轴承在出厂前要进行一次磨合试验,以便对轴承质量进行检验。这样可以大大提高轴承在使用中的可靠性,保证铁路运输安全,而且经过磨合试验的轴承,用户在使用时省去了轴承磨合的过程,这也是为用户提供的一种“零公里磨合”服务。1　试验机的主体结构该轴承试验机主要考察磨合试验因素,试验时轴承在稳定的径向载荷作用下运转。无须模拟轴承的实际使用工况,如径向冲击载荷和无规律的轴向载荷等。因此,试验机结构可以设计得比较简单,主体结构示意图见图1。　　磨合试验机有一根主轴,可以同时安装两套轴承进行试验。因为磨合试验时间比较短…     

多传感器信息融合的滚动轴承振动性能研究

在变工况和多传感器条件下,分析滚动轴承振动性能的主要影响因素并进行排序.对采集到的数据样本进行均值归一化处理,运用最大熵法计算归一化样本的概率密度函数;基于概率密度函数交集法,求解载荷、转速等数据样本与振动数据样本的概率密度函数的重合面积;融合灰自助法和最大熵法,分析4个工位温度数据样本对轴承振动性能的综合影响度,最终求解出滚动轴承振动性能的主要影响因素.试验研究结果表明,滚动轴承C276909NK2W1在服役过程中,径向载荷、轴向载荷、转速和温度对其振动性能的影响度分别为0.7446、0.2910、0.2903、0.2436,即该轴承的振动性能的主要影响因素为径向载荷,然后依次为轴向载荷、转速和温度.     

机器人用薄壁角接触球轴承振动特性的试验研究

采用轴承动态性能试验机测试了机器人用薄壁角接触球轴承在不同转速、载荷作用下的振动情况,结果表明:轴承振动随转速及轴向载荷的增加而增加,当轴向载荷超过额定动载荷的十分之一并进一步增加时,振动值几乎保持不变;径向载荷超过轴向载荷2倍时,轴承振动显著上升;运转时间对轴承振动的影响不明显。     

大采高采煤机低速重载轴承动态特性研究

以某公司开发的大采高采煤机为研究对象,采用Pro/E、MATLAB、ANSYS和ADAMS软件建立了采煤机截割部的刚柔耦合虚拟样机模型,在ANSYS/LS-DYNA软件中加载ADAMS输出的载荷文件,对轴承进行显示动力学仿真,综合考虑轴承径向载荷和转速的影响,采用弹性材料并在轴承内圈加入轴颈模拟轴与轴承之间的力传递,得到了低速重载滚动轴承的动态响应,研究结果与滚动轴承的实际情况吻合良好,为进一步研究低速重载滚动轴承的力学特性提供了依据。     

随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统动态可靠性分析

运用最小二乘支持向量机(Sparse least squares support vector machines,SLS-SVM)机器学习方法建立风场随机风速模型,根据随机风速模型和空气动力学理论得到随机风引起的系统外部载荷激励,建立考虑齿轮时变啮合刚度和滚动轴承时变刚度的风力发电机行星齿轮传动系统齿轮—轴承耦合动力学模型,并对动力学模型进行仿真计算,分别得到各齿轮副的动态啮合力和滚动轴承动态接触力。以此为基础,将载荷作用过程视为随机过程,推导出随机载荷作用下的等效载荷累计分布函数。根据应力—强度干涉理论建立风力发电机齿轮传动系统各齿轮和轴承的动态可靠性模型,利用二阶矩和摄动方法求出各齿轮、轴承的动态可靠性指标,并计算出动态可靠度,研究各齿轮、轴承和传动系统的动态可靠度随时间的变化规律,为风力发电机齿轮传动系统动态可靠性设计奠定了基础。     

转子耦合效应对高速角接触球轴承振动的影响分析

根据滚动轴承-转子之间的位移耦合关系以及载荷平衡关系,建立了基于轴承内部载荷-变形协调条件的滚动轴承-转子系统耦合动力学模型。以单转子系统中的对称布置的一对276927NK1W1(H)型角接触球轴承为例,分析了滚动轴承运转过程中转子耦合效应对其振动的影响以及轴承工况对耦合的影响规律。分析结果可为轴承失效分析提供更准确的参考依据。     

轴向载荷对角接触轴承间隙演化机理分析

滚动轴承工作间隙作为衡量轴承动态性能的重要指标之一,主要是由轴承承受外部载荷决定,严重影响着滚动轴承及其所在转动机构的运转精度。为分析太空环境下轴向载荷对滚动轴承工作间隙的作用机理,基于Hertz接触理论对滚动轴承的接触变形分析,研究轴向位移变化,并提出了径向间隙的计算模型,借助有限元模拟软件对比理论分析研究工作间隙的变化。以71807C型角接触球轴承为例,分析工作间隙的演化规律,同时验证了径向间隙的存在。所研究的工作间隙演变为转动机构的运转精度、工作寿命、可靠性分析等提供了参考。     

径向游隙对全钢轴承和陶瓷球轴承载荷分布和接触应力的影响

根据接触力学基本原理和滚动轴承设计基本理论给出了轴承载荷分布和接触应力的计算公式,应用滚动轴承载荷分布离散模型,通过编程求解轴承的载荷分布和接触应力。并以某电动机用深沟球轴承为例,计算不同径向游隙时全钢轴承和陶瓷球轴承的载荷分布和接触应力,结果表明：径向游隙对全钢轴承和陶瓷球轴承载荷分布的影响规律相似;在相同载荷下,陶瓷球和钢球的接触应力大小与轴承径向游隙密切相关,且存在最优径向游隙值。     

弹性支承下三瓣波滚道圆柱滚子轴承振动特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了弹性支承下三瓣波滚道圆柱滚子轴承动力学微分方程组,采用预估-校正变步长积分算法对其进行求解,研究了弹性支承件的结构参数和轴承工况参数对三瓣波滚道圆柱滚子轴承径向振动的影响。结果表明:弹性支承件的沟槽数、梁厚及过渡角对该轴承径向振动的影响较为显著,而沟槽间隙对其径向振动的影响较小;在一定的载荷和转速范围内,弹性支承件可有效降低轴承的径向振动,选用沟槽数较少的弹性支承件可实现在较大转速和载荷范围内降低该轴承振动的目的;在定冲击载荷范围内,弹性支承能有效降低轴承振动。     

径向定载条件下圆柱滚子轴承的振动分析

通过对滚动轴承振动的分析,阐述了在径向定载条件下圆柱滚子轴承接触振动与径向刚度变化之间的本质相关性,指出轴承的径向刚度随滚子的位置变化而发生改变.以圆柱滚子轴承NU306ECP为例,运用ANSYS软件建立单个滚子接触模型,并加载求解其在接触许用应力范围内随载荷增大时的径向形变量.运用Matlab软件编程进行多项式拟合,获得载荷与形变量之间的函数关系,将此函数关系用于分析轴承在径向载荷条件下滚子处于奇压和偶压状态下的径向位移.结果表明,随着径向载荷的增大,轴承径向位移变动量发生波动.     

轧机圆锥滚子轴承载荷的边界元法解析及实验研究

针对滚动轴承接触的特点,在轴承边界元法中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。编制了三维有摩擦弹性接触的专用轴承边界元法计算程序,对轧机圆锥滚子轴承的载荷分布进行了数值模拟。采用轴承座直接测量法对轧机圆锥滚子轴承的径向和轴向载荷进行测试,并与数值模拟的结果进行了对比,实验测试结果与数值模拟的轴承载荷的分布规律基本一致,证明了边界元方法求解轴承载荷分布的正确性和有效性。     

采煤机截割部摇臂齿轮传动系统动力学响应分析

采煤机截割部传动系统实际工况时很容易受到瞬时冲击力,从而产生剧烈振动,加速其薄弱环节的疲劳损伤破坏。现有研究仅以空载或均匀载荷下分析其动力学响应,没有考虑实际工况外部激励载荷以及非线性轴承刚度对齿轮传动系统动力学性能的影响。本文运用LS-DYNA软件对实际工况下的采煤机截割部外部激励载荷进行仿真模拟,同时建立基于ADAMS的截割部齿轮传动系统刚柔耦合动力学模型。考虑截割部重载零部件的柔性效应、齿轮的啮合时变刚度、综合啮合误差、滚动轴承变刚度等因素,对实际工况下截割部齿轮传动系统各齿轮副的动态啮合力和各支撑轴的动态接触力进行分析,得到其在实际工况下的动力学响应。     

基于热-应力耦合的高速圆柱滚子轴承凸度值分析

考虑到圆柱滚子轴承在运转过程中温升对轴承性能的影响,基于滚动轴承动力学理论、摩擦学原理和热分析理论,利用ANSYS建立了圆柱滚子轴承热-应力耦合有限元分析模型,分析了对数修形滚子的凸度值对轴承温升和接触应力的影响以及径向载荷和转速对最优凸度值的影响。结果表明:滚子最高温度随凸度值增大而增大,最大接触应力随凸度值的增大先减小后增大;考虑耦合时轴承零件的接触应力大于未考虑耦合时的接触应力;考虑耦合时滚子最优凸度值随径向载荷和转速的增大而增大,未考虑耦合时滚子最优凸度值随径向载荷增大而增大,但不随转速增大而变化。