航空发动机主轴高速圆柱滚子轴承保持架柔体动力学仿真

在轴承动力学分析基础上,考虑保持架的柔性特性,采用修正的Craig-Bampton子结构模态综合法建立了航空发动机主轴高速圆柱滚子轴承保持架柔体动力学方程,利用ADAMS系统开发了圆柱滚子轴承刚柔耦合动力学仿真软件,并对保持架动态性能进行仿真,着重对轴承工况和结构参数与保持架动态特性的关系进行了研究。仿真结果表明:振动应力引起的疲劳失效多发生在保持架梁处;高速轻载工况下保持架易产生较大的打滑;径向游隙适当增大有利于降低打滑率;兜孔间隙与引导间隙比值大于1后保持架运动平稳性明显变差。最后,试验验证表明,柔性保持架动力学模型所得结果比刚性模型所得结果更接近试验结果。     

行星轮滚针轴承保持架强度分析

针对公转-自转工况下滚针轴承保持架失效问题,基于滚动轴承动力学理论,建立了公转-自转工况下的滚针轴承动力学微分方程组,采用GSTIFF变步长积分算法对轴承进行了求解.以保持架应力来评估保持架强度,开展了轴承工况条件对保持架应力影响的研究并指导保持架选材.结果 表明,有公转工况下,保持架应力明显大于无公转工况;滚针与保持架碰撞力主要影响滚针与保持架接触区处的应力值,并随碰撞力的增大而增大;保持架离心力主要影响保持架横梁斜坡夹角处的应力,并随离心力的增大而增大.公转速度较低时,保持架材料选0Cr18Ni9Ti更合适;公转速度较高时,则选20CrMo更合适.     

转速波动条件下圆柱滚子轴承动态特性分析

滚动轴承动态特性的研究目前主要集中在稳定工况,但转速波动存在于许多旋转机械设备中,将对滚动轴承的动态性能产生重要影响。以圆柱滚子轴承NU306为研究对象,建立了圆柱滚子轴承的塑性材料柔性接触的非线性动态有限元模型,采用显式动力学LS-DYNA对其在三种不同转速波动形式(矩形波动、正弦波动和随机波动)下的非线性运行过程进行了动态仿真,获得了圆柱滚子轴承在转速波动工况下的保持架角速度曲线和打滑率曲线,以及滚子与内圈、保持架的接触力曲线。将稳定工况下圆柱滚子轴承的有限元解与其解析解进行对比,验证了所建立有限元模型的有效性。结果表明:内圈转速的角加速度越大,保持架角速度曲线和打滑率曲线波动越剧烈且严重时可能产生负打滑率;转速波动主要通过改变承载区滚子与保持架间的接触力来影响保持架的稳定性,并且转速波动可能会加大承载区范围,使单个滚子承载力峰值减小。     

高速滚子轴承保持架碰撞模型与运动分析

分析了高速滚子轴承中保持架的复杂受力，建立了保持架的碰撞动力学模型和保持架的动力学运动方程。在轴承整体稳定的拟动力学解的基础上，利用四阶Runge-Kutta积分方法计算了保持架质心随时间的变化规律。同时举例分析了轴承结构参数对保持架运动稳定性的影响。     

高速圆柱滚子轴承保持架断裂原因分析

针对某高速电动机用圆柱滚子轴承运行2×105km后大量保持架出现疲劳断裂的现象,分析了保持架工作应力特性和共振频率,通过试验验证了保持架断裂的主要原因是结构设计不符合圆柱滚子轴承高速运转工况,导致轴承高速运转时产生应力集中,使保持架疲劳断裂。     

高速圆柱滚子轴承柔性保持架的动力学分析

针对高速圆柱滚子轴承的实际工作情况和失效机理,考虑了构件柔性变形的影响,在ADAMS中创建了保持架为柔性体的刚柔耦合轴承模型,采用子结构模态综合法建立了轴承动力学运动微分方程并探讨了主要相互作用力的求解方法,开发了相应的分析软件,研究了不同工况和结构参数对轴承保持架动态性能的影响规律。结果表明,振动应力引起的疲劳失效多发生在保持架过梁处,低于538.78 Hz的频率范围内保持架不会发生共振现象;高速轻载下保持架打滑更为严重,保持架的柔性处理更符合实际情况,提高了仿真精度。     

润滑油拖动特性对高速角接触球轴承保持架运动平稳性的影响

在4109,4106和4050航空润滑油油膜拖动特性试验基础上,给出了3种润滑油油膜拖动系数计算公式,并建立了高速角接触球轴承非线性动力学微分方程组,采用预估-校正的GSTIFF变步长积分算法对其动力学微分方程组进行求解。研究了3种航空润滑油对高速角接触球轴承保持架运动平稳性的影响,结果表明:对于这3种航空润滑油,过小或过大的轴承轴向载荷都不利于保持架运动平稳性,且随着轴向载荷的增加,保持架质心轨迹由混乱到单圆涡动再到多圆涡动;当轴承承受1 000 N的轴向载荷时,低温工况下优选4109润滑油,高温工况下优选4106润滑油;当轴承润滑油温度为130℃时,轴承不适合承受过小的轴向载荷,在重载的工况下优选4106润滑油,在轻载的工况下优选4050润滑油,4050润滑油在轻载的情况下较4109润滑油适用范围广。     

冲击工况下高速圆锥滚子轴承保持架动力学分析

基于圆锥滚子轴承零件受力模型及润滑理论建立适用于冲击工况的轴承保持架动力学模型,在此基础上,考虑联合载荷和冲击载荷的作用,基于ANSYS/LS-DYNA分析了兜孔间隙和引导间隙对保持架动态特性的影响。结果表明:冲击载荷将使保持架涡动半径增大,质心运动不稳定,保持架应力增大;随兜孔间隙增大,保持架质心运动轨迹的涡动半径增大,保持架应力减小;随引导间隙增大,保持架质心运动轨迹的涡动半径减小,保持架应力增大。     

高速动车组轴箱轴承振动特性

列车运行过程中轮对和轴承将产生动态相互作用,并对轴箱和轴承振动及运用安全产生重要影响,但既有研究尚未考虑这种动态耦合作用。在车辆-轨道耦合动力学模型基础上,考虑轴承与列车耦合运动关系,建立6自由度滚子和6自由度保持架的双列圆锥滚子轴承模型,研究高速动车组轴箱轴承的振动及载荷特征。结果表明,轮轨激扰加剧了轴箱轴承振动,使得滚子与滚道在非承载区发生碰撞,非承载区的最大碰撞力可达到承载区最大碰撞力的一半左右,轮轨激扰还可使得滚子与保持架碰撞力增大,加剧保持架打滑;轴承振动对轴箱加速度的影响主要集中在1 kHz以上;轮对和轴箱振动加速度幅值较为接近,但轴箱垂向加速度比轮对垂向加速度稍大,轴箱横向加速度比轮对横向加速度略小。提出的车辆-轴承耦合振动研究方法丰富了车辆系统动力学研究范畴,研究成果对揭示高速动车组轴箱轴承振动及载荷特性具有重要意义。     

动车组轴箱轴承保持架动力响应与寿命分析

建立动车组整车动力学模型,通过仿真得到轴箱轴承在列车运行中所受的外载荷。建立轴箱轴承动力学和有限元模型,分析了径向载荷、转速以及轨道激扰对滚子和保持架之间的作用力、保持架应力的影响,基于Miner线性累积损伤理论预测保持架寿命,并基于ISO 281∶2007预测了整套轴承的寿命,结果表明：径向载荷对保持架应力的影响最小,随径向载荷增大,滚子和保持架之间的作用力及保持架应力稍有增加;转速对保持架应力的影响最为显著,随转速升高,滚子和保持架之间的作用力及保持架应力增大;轨道激扰的加入增加了滚子和保持架之间的作用力及保持架应力;轴箱轴承保持架寿命约为1 241.5×10⁴ km,满足使用要求。     

五柱塞往复泵曲轴轴承的多体动力学分析

为了研究高压工况下柱塞往复泵曲轴轴承的动力学性能,联合应用ADAMS和AMESim软件建立五柱塞往复泵机液耦合作用的多体动力学模型,并采用ANSYS软件对曲轴做柔性化处理,最终建立计算数据动态传输的柱塞往复泵虚拟样机模型。研究结果显示:曲轴两端同型号轴承在同工况下的运行轨迹并非完全相同,且轴承保持架径向偏移区域主要位于柱塞液压力作用方向;滚子与内外圈的接触力为一对相互作用力,且滚子与保持架之间的碰撞力非常小。该文通过建立五柱塞往复泵虚拟样机模型,可以获得往复泵曲轴滚动轴承的内部动态特性,对其优化设计、故障诊断具有指导意义。     

启停阶段圆柱滚子轴承动态特性分析

启停过程普遍存在于旋转机械设备中,该过程转速的变化对滚动轴承动态性能的影响甚大,然而启停阶段滚动轴承动态特性的研究相对缺乏。以圆柱滚子轴承NU306为研究对象,建立了圆柱滚子轴承非线性接触的三维动态有限元模型。采用显式动力学有限元法对圆柱滚子轴承在不同角加速度和径向载荷条件下的启停过程进行了动态仿真,研究了角加速度和径向载荷两个工况参数对其启停阶段保持架角速度、内圈质心位移,以及所有滚子与保持架接触力等动态特性的影响,并进行了实验验证。研究结果表明,内圈角加速度的增大会加重滚动轴承启停过程的打滑,而径向力的增大会减小滚动轴承启停过程的打滑;在启停阶段,角加速度和径向力愈大,则内圈质心位移以及滚子与保持架接触力越大。仿真结果与实验结果吻合良好,验证了所建立有限元模型的有效性。     

喷嘴位置对轴承腔内油气润滑两相流的影响

基于气液两相流理论,采用多重坐标系法构建角接触球轴承数值计算模型,分析不同喷嘴位置和转速下轴承腔内油相体积分数、保持架表面及轴承内外圈的油气分布特性。结果表明：在轴承低转速下,正面供油时轴承腔内油相体积分数及其周向分布的波动大于背面供油;正面供油时保持架下表面会产生润滑油的积聚,造成润滑油无法及时通过出口排出,而背面供油时润滑油在保持架表面的油相分布更均匀;正面供油时内圈左面油相体积分数较高,外圈油相分布变化较大,而背面供油时内圈右面、中间面及外圈中间面油相体积分数较高。不同转速下喷嘴位置对腔内油相分布的影响也不同,低转速下正面供油时腔内油相体积分数更高,高转速下喷嘴位置对轴承腔内油相分布的影响较小,润滑油在轴承腔内分布较为均匀,保持架下侧未见明显的润滑油积聚。     

不同工况下风电机组主轴轴承动态特性研究

为获得风电机组主轴轴承在不同工况下的动态特性,以某汽轮厂1.5 MW风电机组为例,对主轴进行抽象简化,根据叶素理论推导出主轴轴承所承受的轴向载荷和径向载荷。利用UG软件建立主轴轴承模型,导入Adams中建立主轴轴承多刚体动力学模型,对三种不同工况下主轴轴承滚子与内圈、外圈、保持架的之间的相互作用进行分析。结果表明:在风机紧急刹车阶段,主轴轴承滚子与内圈、外圈、保持架的之间的相互作用力最大,转速突变阶段次之,启动至平稳阶段最小。     

简谐转速波动工况下滚动轴承保持架动态特性分析

转速波动会恶化滚动轴承内部接触状态,对保持架的动态特性产生重要影响。针对滚动轴承转速周期性波动的特点,将其简化为简谐波动,以圆柱滚子轴承NU306为研究对象,建立了轴承塑性材料柔性接触的非线性动态有限元仿真模型,采用显式LS-DYNA对其在不同转速波动频率和不同转速波动幅度工况下的运行过程进行了动态仿真,获得了圆柱滚子轴承在简谐转速波动下的保持架角速度曲线以及滚子与保持架接触力曲线,分析了不同转速波动频率和波动幅度对保持架动态特性的影响。研究结果表明,保持架角速度曲线的波动周期主要由内圈转速的波动周期决定,且转速波动频率愈大,进出承载区滚子与保持架之间的碰撞次数越多;转速波动幅度愈大,保持架角速度曲线的最大转速值越大,最小转速值越小,平均转速值变化不大,从而保持架角速度曲线的波动范围会明显增大。仿真结果与实验结果吻合良好,验证了所建立有限元模型的正确性。     

高速圆柱滚子轴承打滑分析

在充分考虑轴承各零件柔性基础上,基于ABAQUS建立高速圆柱滚子轴承动力学分析模型,分析了轴承保持架、滚子的运动特性和滚子在轴承运行周期中的打滑特性,主要考虑径向载荷、内圈转速、兜孔间隙与引导间隙比值及轴承内部摩擦因数对滚子打滑的影响。结果表明:圆柱滚子轴承在高速、轻载工况下更易发生打滑;间隙比小时,滚子打滑程度会受到抑制;摩擦因数增大会抑制滚子打滑。     

圆柱滚子轴承的动力学分析

介绍了圆柱滚子轴承的3自由度模型的建立方法,分析了滚子与套圈、滚子与保持架、套圈与保持架间的接触或碰撞关系.介绍了使用Fortran90编写的轴承动力学分析软件包BA的程序架构.得到了滚子的运动速度、滚子与内、外圈间的接触载荷与保持架质心的运动轨迹等,并通过案例分析了圆柱滚子轴承的动力学性能,验证了BA的分析能力.     

角接触球轴承-转子加减速过程动力学分析

角接触球轴承的动态性能对轴承-转子系统的性能至为关键。考虑轴承各元件的相互作用建立了角接触球轴承-转子系统的动力学分析模型,模型中钢球与滚道间的摩擦力采用弹流润滑理论计算,钢球与保持架间的作用等效为高刚度弹簧,引导套圈与保持架间摩擦力采用短轴轴承理论计算,基于四阶Runge-Kutta实现了动力学模型的快速求解。研究了润滑油的密度和粘度、引导方式和轴向预紧力对轴承启动加速和停止减速过程以及打滑的影响。结果表明:高密度和大粘度润滑油将使启动加速变慢而使停止减速变快;内圈引导时轴承的启动加速最慢;轴向预载不足将导致轴承在启动及稳定运转阶段产生严重打滑。     

双列调心凹面滚子轴承接触载荷分析

在考虑滚子与套圈、滚子与保持架以及保持架与引导套圈作用力的条件下,建立双列调心凹面滚子轴承动力学模型。以某双列调心凹面滚子轴承为研究对象,与静力学分析模型滚子最大接触载荷计算结果对比,验证了模型的正确性。并分析了工况条件(轴向载荷、径向载荷、倾覆力矩、转速)和结构参数(滚子数量、滚子长度、径向游隙)对滚子最大接触载荷的影响,结果表明:随轴向载荷增大,一列滚子受力增大,另一列滚子受力减小;随径向载荷增大,滚子最大接触载荷增大;随倾覆力矩增大,2列滚子接触载荷几乎不变;随转速增大,滚子最大接触载荷增大;随滚子数量增多和滚子长度增加,滚子最大接触载荷减小;随径向游隙增大,滚子最大接触载荷呈先减小后增大趋势。     

高速列车轴箱轴承动力学分析

考虑实际运行工况,通过高速列车整车动力学仿真得到列车运行时轴箱轴承所受外载荷,建立某型高速列车轴箱所用双列圆锥滚子轴承三维动力学模型,对轴承进行动力学仿真,分析轴承滚子与其他元件的接触力、接触应力变化规律,分析保持架的运动稳定性。结果表明:滚子与内圈滚道接触状态最恶劣,两列滚子动力学性能具有显著差异,两列保持架质心运动趋于稳定,不会产生高频涡动现象,为高速列车轴箱轴承计算分析和应用提供依据。