水润滑螺旋阶梯腔动静压滑动轴承的优化分析

采用正交试验法与控制变量法相结合的设计方法,基于ANSYS有限元静态分析,得到水润滑螺旋阶梯腔橡胶艉轴承的力学性能情况。根据该结果基于Minitab对艉轴承进行极差分析,得到结构参数对其力学性能的影响关系规律,最后利用Design Exploration模块对艉轴承进行了曲面响应分析以及多目标优化,使其力学性能得到显著提高。     

高速脂润滑滚动轴承密封结构优化与漏脂试验*

针对高速脂润滑滚动轴承密封过早失效的问题,建立油封的热-应力耦合有限元模型,研究油封主要参数和轴承工况参数对油封唇口的最高温度和最大接触应力的影响规律,对油封结构参数进行优化,利用强化温升漏脂试验台进行试验验证。结果表明：高速脂润滑滚动轴承油封密封性能的研究应该考虑温度的影响;唇口的最高温度随轴向过盈量、橡胶材料硬度、密封面摩擦因数、轴承转速和轴承腔内温度的增大而增大;最大接触应力随轴向过盈量和橡胶材料硬度的增大而增大,随密封面摩擦因数、轴承转速和轴承腔内温度的增大变化不大;密封结构优化后,平均漏脂率下降了56.7%,平均温升下降了54.3%。     

复合材料水润滑艉轴承结构设计研究

基于ANSYS CFX流固耦合数值计算方法,对水润滑复合材料艉轴承的润滑性能及结构设计开展研究,阐述了不同水槽结构、间隙比、长径比、直径等对轴承承载力以及水膜压力、轴承变形量、最小水膜厚度、轴承摩擦因数的影响规律。并利用水润滑轴承试验台研究了不同水槽结构对轴承启动摩擦转矩、转变速度以及摩擦因数的影响。研究表明,轴承摩擦因数、水膜最大压强、轴承最大变形随水槽数增多而增大;轴承承载力、最小水膜厚度随间隙比增大而减小,随长径比增大而增大。总结了直径为100~500 mm、长径比为2~3、间隙比为0.1%~0.2%的水润滑艉轴承承载力的变化规律,为水润滑艉轴承设计提供一定的理论依据。     

基于Ansys的不同螺旋槽艉轴承的结构静力分析

海水润滑橡胶艉轴承沟槽结构有轴向水槽和周向水槽之分,周向水槽亦有许多形式的螺旋槽,而不同形式的螺旋槽结构对艉轴承力学性能有着重要的影响。针对不同螺旋槽数目和不同螺旋槽半径大小的艉轴承模型,应用Ansys软件对其进行结构静力分析对比。结果表明,随着槽数的增加,艉轴承的最大位移量逐渐减小,其最大应力值却逐渐增大;而螺旋槽半径和螺旋角若太小或太大,都会使得艉轴承的最大应变值增大,且更容易造成应变相对集中。     

基于Ansys不同螺旋槽艉轴承的结构静力分析

海水润滑橡胶艉轴承沟槽结构有轴向水槽和周向水槽之分,周向水槽亦有许多形式的螺旋槽,而不同形式 的螺旋槽结构对艉轴承力学性能有着重要的影响。针对不同螺旋槽数目和不同螺旋槽半径大小的艉轴承模型,应用An-sys软件对其进行结构静力分析对比。结果表明,随着槽数的增加,艉轴承的最大位移量逐渐减小,其最大应力值却逐 渐增大;而螺旋槽半径和螺旋角若太小或太大,都会使得艉轴承的最大应变值增大,且更容易造成应变相对集中。     

基于弹流耦合算法的船舶艉轴承润滑特性分析

采用耦合算法研究不同因素对船舶艉轴承弹流润滑性能的影响。以重载工况的船舶艉轴承为研究对象,建立轴瓦三维有限单元模型;通过有限单元法结合耦合算法求解油膜压力、油膜厚度、弹性变形,探讨了弹性模量、轴承间隙、长径比3种影响因素对艉轴承弹流润滑特性的动态影响。结果表明：弹性变形和油膜压力沿周向和轴向都近似抛物线分布,呈现先增后减的趋势,在周向180°附近取得最大值,因此在轴承周向和轴向的中点附近受轴承参数的影响较大,润滑状况需要特别关注;随弹性模量增加,油膜峰值压力增加,最大弹性变形量和最小厚度均减小,摩擦力和端泄流量同时增加,因此在一定区间内增大弹性模量能有效减小轴瓦产生的弹性变形;随轴承间隙增大,油膜峰值压力增加,最大弹性变形量和最小油膜厚度均减小,摩擦力和端泄流量变化不明显,因此在轴承安装时需控制合理的轴承间隙,确保轴承处于良好的润滑环境;随长径比增大,最大弹性变形量近似线性增加,油膜峰值压力、摩擦力、端泄流量均减小,最小油膜厚度几乎不变,因此在设计艉轴承长径比时,应综合考虑艉轴承在重载工况下可能产生的弹性变形以及弹性变形对润滑特性的影响。     

贫油润滑下深沟球轴承的接触参数分析

采用有限元方法对深沟球轴承进行摩擦接触分析,得到深沟球轴承的接触应力、接触变形量、径向变形量及相对滑移分布规律,研究结果与赫兹理论计算结果的吻合程度较好,证明了有限元分析方法的可靠性。分析了载荷、摩擦系数对轴承接触应力、接触变形量、相对滑移量和径向变形量的影响,结果表明,轴承的接触应力、接触变形、径向变形量和相对滑移量随载荷的增加而增大,而随摩擦系数的增加而减小。     

弧齿锥齿轮摩擦功率损失影响因素分析

建立了弧齿锥齿轮摩擦功率损失计算模型,采用正交试验法分析了压力角、中点螺旋角、大端端面模数、齿宽、输入转速和输入功率对弧齿锥齿轮摩擦功率损失的影响及各因素的影响程度。结果表明,中点螺旋角和压力角影响最大,并得到使功率损失最小的优化参数组合。     

水润滑橡胶艉轴承变形程度影响因素分析

为研究水润滑橡胶艉轴承变形程度的影响因素,采用数值方法计算不同转速、长径比和偏心率下的艉轴承变形;采用正交试验的方法评估转速、长径比和偏心率对艉轴承变形的影响。结果表明:转速、长径比和偏心率均对艉轴承的变形有显著影响,它们之间的交互作用的影响几乎可以忽略不计;长径比、转速和偏心率对艉轴承变形的影响依次下降;转速和长径比对艉轴承变形的影响都是先增大后减小,偏心率较小时对艉轴承变形的影响几乎不变,偏心率达到一定值时对艉轴承变形的影响显著增加;设计艉轴承时应该优先保证艉轴承的长径比,其次再考虑转速和偏心率的影响。     

基于谐响应分析的艉轴承动态特性研究及灵敏度分析

为了解决水润滑橡胶艉轴承运转过程中共振、鸣音的问题,基于ANSYS有限元分析平台,对艉轴承进行动态响应分析。首先,运用模态分析得到艉轴承的低阶固有频率及振型;其次,运用谐响应分析得到艉轴承随频率变化的响应规律,从而确定对艉轴承动态特性影响最大的固有频率;最后,对其结构参数进行灵敏度分析,得到振动特性的影响因子排序,为降低实验成本以及艉轴承的动态设计提供了依据。     

基于疲劳寿命的角接触球轴承结构参数优化分析

基于滚动轴承微区接触的疲劳寿命计算方法,建立了角接触球轴承的结构参数优化计算模型。以某燃气涡轮发动机转子系统前支点角接触球轴承为例,分析了角接触球轴承结构参数对轴承承载区最大接触应力、轴承疲劳寿命和保持架滑动率的影响规律,并基于轴承延寿的目标进一步提出了结构参数优化方案。分析结果可为角接触球轴承的结构设计提供参考。     

超高压海水泵水润滑轴承承载与散热仿真分析

水润滑滑动轴承是高压海水泵关键配对副，由于水介质的弱润滑性，轴承副存在严重的摩擦发热，进而引发热卡滞等问题。考虑轴承接触表面沟槽不同构形，建立了轴承的承载与散热模型，研究沟槽数量和形状对润滑支撑和散热的影响。仿真表明：四沟槽轴承的最大温升为39.14℃,八沟槽轴承的最大温升为24.77℃,两者相差36.7%,随着沟槽数量的增加，轴承散热性能得到优化；随着沟槽数量增加，轴承内表面的最大接触应力和变形量也随之增加，相较于四沟槽轴承，八沟槽轴承的最大接触应力增加了5%,最大变形量上升了12%。因此，综合考虑沟槽结构对轴承整体支撑性能和散热作用的影响，设计双向六沟槽螺旋结构，实现海水泵轴承副内循环冷却。     

船舱隔壁螺旋槽旋转密封装置密封性能优化

为研究螺旋槽旋转密封装置用于船舱隔壁密封的密封性能,同时获取螺旋槽结构的最优取值范围,对螺旋槽各参数对泄漏量影响规律进行理论分析;选取泄漏量的显著性影响因素,采用Box-Behnken优化方法设计密封装置泄漏量试验,得到多型样机泄漏量测试结果;建立泄漏量和各影响因素间的数学模型,获得不同影响因素对泄漏量的二阶交互作用响应面,分析不同影响因素间交互影响规律。结果表明：螺旋槽密封装置泄漏量随槽数、螺旋角和槽深比的增大均先增大后减小,随槽台比和槽坝比的增大则逐渐增大;建立的数学模型计算结果和试验数据相关性较强,表明该模型可用于准确预测船舱隔壁螺旋槽旋转密封装置泄漏量。     

滚动轴承与轴过盈配合对轴承元件接触应力及变形量影响研究

基于滚动轴承在装配过程中轴承内圈与轴形成过盈配合的实际情况,对其进行力学理论分析。在此基础上利用建模软件对滚动轴承建立三维模型,在有限元环境下,进行材料设置、网格划分、边界条件设定、施加载荷等操作建立有限元仿真模型。分别对不同过盈量下轴承元件接触应力和变形量情况进行仿真。结果发现:轴承元件上的接触应力和变形量与过盈量成正比关系;轴承内圈与滚动体接触应力和变形量之差,随着过盈量的增加,逐渐高于滚动体与轴承外圈接触应力和变形量之差;同一过盈量下,轴承内圈、滚动体、轴承外圈的接触应力和变形量依次降低。此研究结论为轴承寿命计算、轴承制造提供了理论依据。     

基于多元非线性回归的刀具几何参数优化

精密铣削航空接头类薄壁件过程中,硬质合金刀具几何参数(前角、后角和螺旋角)对加工变形有显著影响。采用L25(36)正交实验,运用有限元的方法对25组实验进行铣削加工,获得了变形量与刀具几何参数之间的关系数据,并验证了模型的有效性。运用多元非线性回归技术建立变形量单目标优化数学模型,通过相关性和显著性检验证明模型的可行性。采用遗传算法,以薄壁件的加工变形为目标函数对铣刀几何参数进行优化,最终获得了加工变形量最小时的最优几何参数值。结果表明:所选几何参数与变形量确实有非线性回归关系,且优化后的几何参数组合所对应的变形量比正交实验最小变形量降低了15%。     

双排均布孔止推气体轴承参数正交实验研究

针对有均压腔的双排均布孔静压止推气体轴承刚度不足的弱点,对其结构参数进行正交实验设计,并用Fluent静态仿真进行计算,最后对计算结果进行方差分析,找出对轴承刚度影响显著的因素及规律。结果表明:节流孔直径与均压腔直径是影响轴承刚度的主要因素,均压腔深度、节流孔深度、供气孔直径、供气孔深度是影响轴承刚度的次要因素;随着气膜高度的增加均压腔的直径对轴承刚度的影响逐渐超过节流孔直径对轴承刚度的影响,随着气膜高度的继续增加,均压腔的直径对轴承刚度的影响逐渐减小;气膜的高度越大,轴承在越大的节流孔直径、越大的均压腔深度下获得最佳的刚度;气膜的高度越小,轴承在越小的节流孔直径、越小的均压腔深度下获得最佳的刚度。     

船用艉轴承支承承载特性研究

船用水润滑艉轴承衬层的选材十分苛刻，它对轴承实现增载减阻，低噪耐磨的优秀特征起着决定性作用。艉轴承支承承载特性的机制研究异常关键。针对这一方向，开展关于轴承结构对承载力影响的理论分析研究；构建实船用艉轴承动力学模型，分析衬套、下轴瓦和橡胶的结构参数变化规律；讨论橡胶层预留间隙大小对载荷-变形关系的影响，探明接触方式对衬套、下轴瓦和橡胶结构参数的影响作用。研究结果表明：随着橡胶厚度的增加，衬层变形逐渐降低；厚度对变形的影响最大，与顶部挡边距离次之，侧边距离影响最小。研究为水润滑艉轴承的使用和设计提供了工程指导价值。     

基于正交试验法的薄壁角接触球轴承优化设计

对于机器人用薄壁角接触球轴承而言,在满足其一定寿命的基础上,接触刚度是轴承第一性能指标,轻量化是其另外一个重要指标,为此,以某机器人用薄壁角接触球轴承为对象,对其结构参数进行了多目标优化设计。首先,根据轴承的实际工况要求,建立了以内圈沟道曲率半径系数、外圈沟道曲率半径系数、滚珠直径、节圆直径和滚珠数为影响因素,以接触刚度、接触疲劳寿命和质量为目标函数的薄壁角接触球轴承优化数学模型,并采用数值模拟计算方法,得到了每个因素不同水平值所对应的目标值;然后,基于正交试验法对轴承结构参数进行了多目标优化设计;最后,通过极差分析和综合平衡分析法确定了轴承的最优结构参数。研究结果表明：针对一定寿命条件、较高刚度和轻量化的设计要求,采用正交试验法对轴承进行多目标优化设计是一种高效可行的方法,可对其他类型轴承的优化设计提供有价值的参考。     

风电机组载荷优化对变桨轴承力学行为影响研究

以往的研究主要关注的是变桨轴承本身的力学性能与设计改进，在载荷变化对变桨轴承力学行为影响规律方面还缺乏系统性研究，以致难以定量预测载荷优化对变桨轴承可靠性提升产生的影响，不利于变桨控制策略的准确制定。为此，引入了在线测试与仿真分析技术，研究了载荷优化对变桨轴承力学行为的影响。首先，采用基于应变载荷测试与位移传感器的在线测试方法，测试了风电机组在不同功率水平下载荷优化前后的叶根载荷，以及相应的变桨轴承内外套圈径向与轴向相对位移；然后，提出了一种有限元分析方法，建立了考虑变桨轴承及其周边支撑结构柔性的变桨系统有限元模型；最后，将实测载荷作为输入进行了仿真计算，分析了载荷优化对变桨轴承变形、滚动体与滚道间最大接触应力及最小边缘接触余量角的影响。研究结果表明：载荷优化降载3.46%～5.08%后，相同功率水平下变桨轴承变形减小，最大接触应力减小1.10%以上，最小边缘接触余量角增大0.47°以上，变桨轴承可靠性得以提升。该研究结果可为载荷优化控制策略的准确制定提供指导。     

基于有限元法进出水孔和过度圆角对水润滑动静压艉轴承力学性能的影响

为提高水润滑动静压艉轴承的承载能力和降低轴承温升,在轴承内部开设型腔结构,并在轴承型腔内开设出水孔。针对不同进水孔直径、出水孔数量和直径以及不同型腔边缘处过渡圆角的艉轴承建立模型,利用ANSYS Workbench软件对艉轴承模型进行静力学分析,研究进出水孔尺寸以及过渡圆角轴承力学性能的影响。结果表明：进水孔直径增大,最大应力、应变和位移值逐渐较小,但是尺寸太大或太小,应力集中现象都比较明显;在艉轴承上设计2个出水孔比单个出水孔具有更好的力学性能;随着型腔边缘处过渡圆角半径的增加,轴承的应力应变和位移逐渐减小,表明光滑的过渡圆角能改善轴承力学性能。