高精度轴承保持架稳定性分析及测试方法

轴承是旋转机械设备的基础,对于复杂的机械系统而言高精度轴承是一个十分重要的零部件,轴承保持架的稳定性对于轴承服役性能的影响是至关重要的,所以研究保持架的稳定性是具有重要意义的。开发了一种基于图像学的保持架稳定性测量和评估系统方法,利用高速摄像机来获取位于高速运转保持架上标记的运动图像,在通过专业的图像分析软件获取标记点的运动轨迹,在频域中分离出了保持架的误差,利用保持架旋转中心轨迹和非重复性跳动误差来作为保持架稳定性的判断依据。最后还通过对轴承施加6种不同轴向载荷的试验验证保持架稳定性随轴承轴向载荷的变化,当轴向力为60 N时保持架非重复性跳动误差值较大;当轴向力从90 N到150 N逐渐增大的时候,保持架非重复性跳动误差随之不断增大;当轴向力增大到150 N以后时,保持架非重复性跳动误差反而降低。

弹性支承下圆柱滚子轴承保持架稳定性分析

基于滚动轴承动力学及结构力学理论,考虑轴承柔性套圈的弹性变形,建立了弹性支承下高速圆柱滚子轴承动力学分析模型,研究了弹性支承的结构参数与轴承工况参数对圆柱滚子轴承保持架稳定性的影响。研究结果表明:(1)与刚性支承相比,弹性支承可明显提高圆柱滚子轴承保持架运动稳定性。当弹性支承具有较少的沟槽数和较薄的圆弧梁时,圆柱滚子轴承保持架稳定性更高。具体表现为保持架相图轨迹更加规则,保持架振动更低,保持架打滑率更小。(2)载荷和转速对弹性支承下圆柱滚子轴承保持架稳定性影响显著。径向载荷较大、转速较低时,弹性支承下圆柱滚子轴承保持架稳定性较高。相反,径向载荷较小、转速较高时,弹性支承下圆柱滚子轴承保持架稳定性变差。

高速角接触球轴承保持架稳定性研究进展

随着中国航空航天和装备制造业的发展,对其中的关键基础零部件滚动轴承的精度、寿命和可靠性提出了更高的要求。高速滚动轴承的动态性能特别是保持架的稳定性问题越来越引起人们的重视,保持架不稳定引起的摩擦力矩波动或保持架断裂是高速滚动轴承主要失效形式之一。本文在课题组已有工作积累和文献资料调研基础上,系统总结了保持架动态特性理论和试验研究进展、保持架稳定性影响因素、稳定性判据和优化准则,分析评述了目前研究中存在的不足,并对今后的研究方向进行了展望,比如保持架稳定涡动的机理,乏油润滑状态下接触副的摩擦磨损特性,润滑剂损失、退化引起的润滑参数的变化以及磨损引起的零件几何参数的变化对保持架动态性能的影响。开发高效、可靠的滚动轴承动力学分析软件,并与产品设计、寿命试验相结合提高轴承产品的质量,以适应中国航空工业发展对高性能滚动轴承的需求,已经成为一项迫切的任务。

保持架运转稳定性试验及评价准则研究

随着航天技术的发展,对关键旋转支承部件滚动轴承的精度、寿命和可靠性提出更高的要求。保持架作为轴承的重要元件,其运转不稳定引起的力矩波动是轴承失效的主要原因之一。文章基于高速摄像系统,通过监测轴承运转过程中的力矩波动及保持架质心运转轨迹,建立保持架质心运转轨迹与轴承力矩波动的内在联系,并根据质心轨迹测试结果,探索一种保持架运转稳定性的评价准则。结果表明,保持架质心运转轨迹不稳定将造成轴承摩擦力矩凸跳,质心运转位移波动比可以定量反映出保持架的运转稳定性。

高速圆柱滚子轴承保持架运行稳定性分析

基于滚动轴承动力学理论,建立了高速圆柱滚子轴承的非线性动力学微分方程组,采用预估-校正的GSTIFF(Gear stiff)变步长积分算法对其进行求解,使用盒维数评价保持架质心轨迹的混乱程度,研究了保持架间隙比、轴承转速、轴承径向载荷、轴承径向游隙以及滚子个数等因素对保持架运行稳定性的影响。研究结果表明:盒维数能够发现相似保持架心轨迹之间的差别,并对保持架稳定性进行量化描述;较大的保持架间隙比不利于保持架的稳定运行,存在最佳间隙比使保持架质心轨迹涡动效果最好,保持架运行最稳定;内圈转速较低时,保持架质心不发生涡动,质心轨迹非常混乱,保持架运行不稳定;随着转速、滚子个数的增加,保持架运行稳定性增加;随着径向载荷、径向游隙的增加,保持架运行稳定性先增大后减小。

高速角接触球轴承保持架不稳定运动机理分析

建立了球和保持架六自由度的角接触球轴承动力学为基础的磨损仿真模型。以某仪表转子轴承为算例,分析了不同载荷工况和保持架间隙比下保持架的运动,从球与保持架兜孔碰撞点位置、碰撞力的大小和频率等方面探讨了保持架不稳定运动的机理。发现在纯轴向载荷下,因球与兜孔碰撞点位置的不同,保持架会沿轴向摆动;轴向径向联合载荷作用下,因球的轨道速度随接触角变化,球与保持架碰撞力和频率都增加,导致保持架的运动不稳定;轴向和旋转径向负荷下,保持架兜孔间隙与挡边间隙比B/R<1时,保持架质心运动轨迹接近于圆形,保持架的离心力作用于球上增大了球与兜孔的碰摩;间隙比大于1时,保持架质心轨迹为多边形或无规律涡动,引导挡边对保持架的约束减小了球与兜孔的相互作用,保持架兜孔的磨损率较低;圆形的质心轨迹是保持架稳定运动的一种状态,但从保持架磨损和能耗的角度看,对保持架的磨损寿命不利。

高速圆柱滚子轴承保持架动态特性分析

基于Adams软件建立了考虑润滑作用的高速圆柱滚子轴承动力学模型,采用正交试验法对轴承结构参数进行了多目标优化设计,研究了不同工况及轴承结构参数对轴承保持架动态特性的影响。结果显示:内圈转速对保持架打滑率的影响最大,引导间隙对保持架打滑率的影响最小;引导间隙对保持架运转稳定性的影响最大,滚子个数对保持架运转稳定性的影响最小。经过优化设计获得了保持架打滑率及运转稳定性的轴承结构参数最佳组合。保持架打滑率随内圈转速及引导间隙的增加而增加,随径向载荷、滚子个数及径向游隙的增加而减小。保持架运转稳定性随内圈转速及引导间隙的增加而增强;随径向游隙的增加而降低;存在合理的径向载荷及滚子个数使保持架运转稳定性最好。

椭圆兜孔对高速球轴承保持架动态性能的影响分析

针对高速角接触球轴承保持架常出现断裂等提前失效,根据高速球轴承中球和保持架兜孔的几何位置以及相对速度,分析了二者之间的相互作用关系,建立了椭圆兜孔保持架的动力学仿真计算模型,用Gupta的实验结果验证了方法的可靠性。以某高速角接触球轴承为例,研究了轴承保持架椭圆兜孔对保持架兜孔冲击力以及保持架稳定性的影响,结果表明轴承保持架兜孔设计为椭圆兜孔有助于承受较大径向载荷的高速角接触球轴承的保持架稳定性并减小保持架兜孔的冲击载荷。

高速角接触球轴承保持架结构参数优化分析

根据角接触球轴承元件之间的位置关系和受力分析,建立了保持架动力学模型。结合保持架参数优化计算模型,以某高速角接触球轴承为例,分析了保持架间隙及引导方式对其稳定性的影响规律并提出了优化方案。分析结果可为高速角接触球轴承的保持架结构设计提供参考依据。

变工况过程中球轴承保持架的稳定性

建立了球轴承ADAMS多体动力学模型,考虑轴承各元件之间的相互碰撞作用及摩擦力,分析了变工况下动量轮用球轴承的保持架质心的涡动行为,对保持架的运行稳定性做出了定量的分析.讨论了轴承启动加速度大小、轴向载荷和有无重力场对保持架稳定性的影响.结果表明轴承启动加速度增加,缩短了轴承启动过程的时间,引导面对保持架的引导作用增强,较高的转速更有利于保持架运行的稳定,但较大的启动加速度使得轴承摩擦力矩较大;轴向载荷升高加剧了滚动体与保持架的碰撞,增加了保持架的涡动状态,而且轴向载荷的增加使得轴承摩擦力矩增加;失重状态下保持架与套圈的碰撞加剧,保持架涡动增加.

高速圆柱滚子轴承保持架动态性能影响因素分析

建立圆柱滚子轴承保持架的动力学模型,分析圆柱滚子轴承的外圈油沟尺寸、滚子倒角尺寸、径向游隙、引导间隙参数对保持架动力学特性的影响。结果表明:轴承外圈油沟尺寸过大或过小会使保持架转动的稳定性降低,使得保持架打滑率偏高、应力偏大;滚子倒角尺寸对保持架碰撞力影响较小,但合理的滚子倒角半径尺寸有利于轴承保持架运转得更加稳定,降低保持架打滑率;增大轴承径向游隙会使保持架打滑率和应力增大,加速保持架疲劳失效;不合理的引导间隙会使保持架运动稳定性大幅度降低,引导间隙过小导致保持架与引导面摩擦力过大,易发生磨损失效,而过大则会使保持架质心涡动范围增大,稳定性降低。

V形兜孔圆柱滚子轴承的高速动态性能

保持架打滑和动态不稳定是航空发动机主轴圆柱滚子轴承面临的难题,为此提出一种V形兜孔圆柱滚子轴承,并对其保持架打滑及稳定性展开研究。运用Hertz接触、弹流和流体润滑及牛顿-欧拉动力学理论,建立径向刚性加载下轴承的动力学模型,在此基础上,利用变步距龙格库塔数值积分法进行动力学数值仿真,探讨了V形兜孔的几何参数对保持架打滑及稳定性的影响,分析了兜孔优化后在不同转速下保持架的打滑特性、稳定性及兜孔/滚子碰撞特性,结果表明,V形兜孔的几何参数对保持架打滑及稳定性的影响显著,在30000~60000r/min的转速范围内,优化轴承保持架的打滑率明显低于普通轴承,涡动半径明显小于普通轴承,滚子对兜孔局部碰撞的力幅值和频率也明显小于普通轴承。