精密轴系低温动态摩擦力矩波动分析及优化策略

精密轴系作为机械设备旋转支承核心,其动态摩擦力矩及平稳性直接影响整机功耗及运转精度,尤其在低温环境下,由于温度对润滑油黏度、零件尺寸和配合关系的影响,精密轴系更易出现动态摩擦力矩异常波动。针对某精密轴系低温环境下批次性动态摩擦力矩异常波动现象进行了主因素分析,通过ADAMS平台建立仿真模型,分析了引导间隙、兜孔间隙对保持架动态特性的影响。结合拆解数据,指出兜孔间隙不合理引发的兜孔磨损是造成精密轴系动态摩擦力矩异常波动的原因,通过数理统计对保持架参数进行优化,兜孔间隙与引导间隙之比为0.70~0.85时,该精密轴系低温下运转稳定。

联合载荷作用下精密轴系角接触球轴承钢球与保持架动力学行为分析

针对联合载荷作用下精密轴系角接触球轴承钢球与保持架的相互作用行为,基于滚动轴承动力学理论建立了精密轴系动力学分析模型,分析了转速、载荷、轴承结构参数对钢球与保持架动力学行为的影响,并通过保持架转速试验验证了模型的准确性,结果表明:力矩载荷对钢球与保持架动力学行为的影响程度较径向载荷明显;在径向载荷作用下,当转速小于40000 r/min时钢球与保持架的作用力随轴向预紧力增大而增大,当转速大于40000 r/min时钢球与保持架的作用力随轴向预紧力增大先减小后增大;在力矩载荷作用下,钢球与保持架的作用力随着力矩载荷的增大先增大再减小而后急剧增大;增大保持架兜孔间隙与外沟曲率半径系数有利于减小钢球与保持架的作用力。

深沟球轴承塑料保持架的联合仿真优化

为改善深沟球轴承塑料保持架的注塑变形问题,以锁口端部收缩值为优化评价指标,采用模流分析对保持架浇口数量、加强筋形状以及玻纤含量进行优化选择,通过Minitab软件设计响应曲面试验并结合分类回归树(CART)模型获得注塑工艺参数的最优预测组合。结果表明,优化后锁口端部收缩值由2.461 mm降至1.092 mm,下降55.63%,保持架注塑变形问题得到明显改善。再基于Helius联合仿真对保持架的熔接痕强度进行分析,将模流分析结果映射到ANSYS并通过结构求解器进行运算,证明了优化后的深沟球轴承塑料保持架无失效风险,熔接痕处强度满足要求。

等速节沟道磨削用椭球砂轮设计及优化

为提高等速万向节中星形套椭圆形弧沟道的加工精度,在分析了万向节沟道结构的基础上,提出了一种椭球砂轮磨削星形套沟道的方案,针对此方案,对砂轮尺寸进行了设计计算,初步得到了椭球砂轮的基本尺寸;根据砂轮的实际磨削状态,对砂轮形状进行了结构优化,为验证优化后砂轮形状的正确性,利用UG和VERICUT软件分别对球笼沟道磨床磨削沟道的加工过程和用新型椭球砂轮磨削沟道过程进行了模拟仿真,对比仿真结果,后者误差有所减小,从理论上验证了方案的可行性。

液压泵用推力球轴承疲劳剥落原因

某台液压泵推力球轴承发生疲劳剥落现象。采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、硬度测试、压印深度测量等方法对轴承剥落的原因进行分析。结果表明:轴承发生疲劳剥落的原因为,保持架兜孔压印部位变形量大,钢球受到过度约束,钢球与保持架发生运动干涉,最终导致轴承疲劳剥落。采用聚醚醚酮材料制造的自锁保持架替代铜实体保持架,可有效改善推力球轴承疲劳剥落的问题。

精密轴承用PEEK保持架结构及注塑工艺优化

针对原PEEK保持架兜孔无锁口,采用侧向抽芯机构进行注塑加工时外圆精度低的问题,将保持架兜孔分成内外两部分且设计为球面,注塑模具采用单分型面注塑模结构。并对注塑工艺浇口结构和浇口数量进行优化,基于正交试验得到最优工艺参数为模具温度180℃、熔体温度390℃、保压时间5 s和保压压力55 MPa。实际加工表明:外径面圆度不大于0.15 mm占86%;拉伸强度远高于65 MPa;200℃高温摩擦系数平均值为0.195,磨痕宽度平均值为0.9625 mm,磨损量平均值为0.1394 mm^(3);与相应公差等级套圈、球合套后,轴承旋转精度达到P4,振动值达到Z4。

保持架对低温工况全陶瓷球轴承振动特性的影响

为探究保持架对低温工况下全陶瓷球轴承振动特性的影响,开展氮化硅全陶瓷球轴承低温工况下的理论与试验研究,测试并分析装配有不同材料保持架的全陶瓷球轴承振动信号特征。研究结果表明,保持架的振动特性与其受力状态的贡献特征频率类似,均以保持架特征频率f_(c)、陶瓷球特征频率f_(b)的倍频、内圈特征频率f_(i)的倍频及保持架与内圈耦合的特征频率成分为主;改变轴向载荷及试验温度,装有聚合物基和胶木保持架的全陶瓷球轴承振动速度小于装有碳纤维复合材料保持架的全陶瓷球轴承,但装有碳纤维复合材料保持架的全陶瓷球轴承峭度值小于装有胶木和聚合物基复合材料保持架的全陶瓷球轴承,即在全陶瓷球轴承信号平稳性以及降低故障概率方面,碳纤维复合材料要优于胶木和聚合物基复合材料。研究结果对于低温工况下全陶瓷球轴承保持架的选取具有一定的参考与借鉴价值。

航空高速电机用深沟球轴承失效分析

某高速电机用深沟球轴承在工作短时间内出现保持架断裂故障。采用表面形貌观测、断口分析、化学成分分析和试验验证等方法,对故障轴承保持架断裂原因进行了分析。结果表明:故障轴承在过大的轴向力和润滑不足的综合作用下,加速了钢球与滚道间的磨损,使轴承产生运转阻滞,导致钢球对保持架的作用力增大,最终造成轴承保持架在薄弱处断裂失效。本文的研究结果为同类型失效轴承的设计改进和使用提供了指导。

高速角接触球轴承保持架受力分析

介绍了高速角接触球轴承启动过程中球对保持架的冲击力、保持架在离心力作用下产生的环向拉应力以及轴承运转中因球速变化引起的球与保持架之间作用力的计算方法。并以某型号轴承A为例进行了保持架强度计算,根据计算结果选择了合适的保持架材料。

保持架兜孔形状对高速角接触球轴承保持架动态性能的影响分析

分别建立了方柱形、圆柱形和球形兜孔保持架的角接触球轴承动力学数值仿真模型,试验结果验证了模型的准确性。对三种不同兜孔形状的保持架在不同间隙比下进行了分析,结果表明:球形兜孔保持架运动稳定性显著优于方柱形和圆柱形兜孔保持架,而在间隙比小于1时,圆柱形兜孔保持架运动稳定性优于方形保持架,反之则方柱形保持架更稳定;球形兜孔保持架的运动由球引导,方柱形和圆柱形兜孔保持架则由套圈引导;随着间隙比的增大,保持架的轴向摆动范围逐渐增大,且方柱形、圆柱形和球形兜孔保持架的轴向摆动范围依次减小;保持架的磨损率与其运动稳定性呈负相关,且球形兜孔保持架的磨损率高于其他两种保持架。

电机轴承振动特性试验

针对电动机支承轴承的振动问题,以某型变压器鼓风机中电动机非传动端支承轴承为研究对象,在分析转子临界转速的基础上,搭建电动机振动测试系统研究转速、升速率、保持架类型、预载荷和配置游隙等因素对轴承振动特性的影响,试验结果表明:电动机在小于临界转速的工况下运行时,轴承振动频率以电动机转频为主;随着电动机转速的升高,x,y,z方向的振动值均随转速提高而增大,转速对x方向振动的影响最大,对z方向振动的影响最小;电动机启动过程对轴承振动有明显影响,应尽量减小达到工作转速所需时间以避免电动机产生过大的振动;轴承游隙对其振动也存在一定影响,非传动端轴承宜采用CN游隙组;相对于钢制冲压保持架,电机轴承采用尼龙保持架时运转稳定性更好;过大或过小的预载荷均不利于轴承稳定运转。

新能源汽车用高速深沟球轴承保持架设计与验证

高速深沟球轴承广泛应用于新能源汽车驱动电动机及减速箱中,随着新能源汽车的技术发展,对其精度、寿命和可靠性提出了更高的要求。高速深沟球轴承失效的主要形式之一是保持架断裂。系统分析了高速深沟球轴承中保持架的受力来源及对应状态下的应力及应变状态,发现保持架自身离心力是最大影响因素;有针对性地提出了高速保持架设计方案;采用Abaqus及CABA3D进行仿真验证,并通过了台架试验及客户装机测试。研究对高速深沟球轴承的保持架设计、提高轴承可靠性等具有重要借鉴意义。

深沟球轴承保持架铝铆钉双面压铆工艺

针对深沟球轴承用车制实体保持架采用LC3材质铝铆钉单面铆合时易出现原铆钉帽脱落的问题,通过分析铝铆钉的铆合变形机理,提出一种保持架铝铆钉双面铆合工艺。以某型深沟球轴承为例开展铝铆钉双面铆合试验,结果表明:与单面铆合相比,双面铆合时铆钉帽直径散差和高度散差更小,保持架宽度减小量更小;铆钉帽整体组织与铆钉杆组织相同,且未出现环状“V”形缺口。实际加工及耐久性试验进一步验证了双面铆合工艺的有效性,满足了工艺需求。

保持架过梁断裂前后球轴承的动力学行为分析

火箭涡轮泵中的球轴承保持架过梁断裂情况时有发生,严重时甚至影响涡轮泵系统的正常运行。为了及时有效地预测球轴承保持架断裂故障,考虑断裂保持架和滚珠及引导外圈之间的碰磨与接触作用,建立了断裂保持架的运动微分方程并通过显式有限元法进行求解;对某涡轮泵球轴承在过梁断裂前后的动力学行为进行了计算和对比,研究了保持架过梁断裂对瞬时作用力、打滑率、磨损、最大PV值的影响。结果表明:保持架过梁断裂显著增大了保持架与外圈之间的作用力,瞬时作用力最大值增大了29.81;保持架的打滑率、保持架导向面的磨损及最大PV值均大幅增大;保持架过梁断裂位置处的滚珠之间存在大幅值的瞬时碰撞力,滚珠存在明显打滑,打滑率达14.06。

沟底直径和球直径对轴承动态行为关联机制的影响规律

考虑保持架涡动建立了角接触球轴承非线性动力学模型,基于该模型,先计算不同的内、外圈沟底直径组合对球滑动、轴承零件之间的相互作用力、内圈振动以及保持架动态稳定性的影响,再改变球直径和外圈沟底直径,以研究这些参数对轴承零件之间的相互作用力、内圈振动以及保持架动态稳定性的影响。结果表明:随内、外圈沟底直径减小,轴承零件的振动强度大体上呈现先减小后增加的趋势;增加球直径有利于减小轴承振动,但会使对应的最合理的内、外圈沟底直径增大。因此,选择合理的内、外圈沟底直径和球直径组合可以减小轴承零件之间的相互作用力及其波动,有利于提高保持架动态稳定性并降低轴承振动。

基于热-力耦合的陶瓷球轴承摩擦力矩分析

滚动轴承摩擦力矩是导致轴承发热的主要因素,为准确描述轴承摩擦力矩与温升的耦合关系,基于滚动轴承拟动力学及弹流润滑理论,考虑轴承预紧力、离心效应、热膨胀等影响,建立了基于热-力耦合的陶瓷球轴承摩擦力矩计算模型,并试验验证了模型的正确性。分析了不同工况条件及轴承结构参数对陶瓷球轴承摩擦力矩的影响,计算结果表明:陶瓷球轴承摩擦力矩受载荷、转速、预载荷影响较大;合理选择轴承的结构参数以及润滑油温度均有助于降低轴承整体的摩擦力矩。

弹性套圈壁厚对保持架动态稳定性和轴承振动的影响

角接触球轴承作为高速机床的基本支承结构,其动态行为直接影响高速机床的动态性能。建立了考虑套圈弹性变形和保持架涡动的角接触球轴承非线性动力学模型,通过保持架质心轨迹以及保持架与内圈转速比验证了模型的准确性,并在此基础上分析了外圈壁厚对球的滑动、保持架涡动和内圈振动的影响,结果表明:在外载荷作用下,不同外圈壁厚会产生不同的弹性变形,进而影响球的滑动、保持架的涡动和内圈的振动;当外圈壁厚减小时,球的滑动加剧,保持架动态稳定性降低,内圈振动增加,外圈壁厚较大时可以获得较好的保持架动态稳定性并降低轴承的振动。

EPB推力球轴承保持架兜孔间隙检测技术

针对汽车电子驻车系统专用EPB推力球轴承的质量控制要求,对该轴承保持架兜孔间隙检测技术进行研究,基于轴承的机械结构与制造工艺定义了EPB推力球轴承保持架兜孔间隙的内涵与表达方式,制定检测方案并研制了检测装置,检测结果的测量重复性为4.9μm,测量复现性为5.0μm,测量不确定度为8μm,表明该检测装置满足EPB推力球轴承保持架兜孔间隙的检测要求,可用于生产过程中的检测与控制。

高速角接触球轴承保持架的运动分析

以球轴承动力学模型为基础,结合高速仪表转子轴承乏油润滑的实际工况,分析了轴承外圈固定内圈旋转和内外圈反转2种工况下保持架的受力和运动状态,并通过力的分解得到作用于保持架的各力对保持架质心运动的影响,阐述了保持架稳定涡动的机理。结果表明:保持架质心偏移产生的离心力是维持涡动半径的根本驱动力,保持架与球及引导套圈的摩擦力维持保持架的涡动速度,保持架与球及引导套圈的碰撞力抵消保持架的离心力;内外圈反转使球的公转速度接近于零时球与保持架的相互作用力较小,由于保持架不能产生离心运动而难以形成稳定的涡动;保持架的离心力有助于形成圆形的涡动轨迹,但同时会增大保持架与球及套圈挡边的相互作用力,导致保持架的磨损率增加。

高速角接触球轴承保持架柔体动力学分析

在角接触球轴承动力学分析基础上,结合轴承保持架的柔体性,采用修正的Craig-Bam-pton子结构模态综合法建立高速角接触球轴承保持架柔体动力学方程。利用ADAMS系统开发了角接触球轴承刚柔多体动力学分析程序,对高速角接触球轴承保持架动态性能进行了分析;并采用Gupta的角接触球轴承动力学分析结果加以验证。分析结果表明:角接触球轴承引导间隙与兜孔间隙之比、径向载荷与轴向载荷之比过大或过小都不利于保持架转动的平稳性;相对刚体保持架而言,柔体保持架转动更为平稳。