无保持架轴承滚动体与变速曲面静接触有限元

满装轴承因去掉保持架而使承载能力提高且轻量化,目前已经受到国内外学者的关注,但针对滚动体接触的理论研究较少。提出在外圈滚道增加局部变速曲面来改变滚动体与滚道接触状态的原理,基于赫兹理论建立滚动体与滚道接触力及接触应力模型,分析变速曲面参数对滚动体间及滚道接触状态影响因素;通过有限元数值模拟对滚动体与滚道、滚动体与变速曲面进行仿真并获得可量化参数,确定滚动体进出变速曲面接触应力及应变的变化规律;结合物理样机对所设计的变速曲面进行磨损试验,用于验证理论的正确性。结果表明滚动体与变速曲面边缘接触力大于中间位置,相邻滚动体滚过变速曲面时处于非接触状态。本研究为无保持架球轴承动态磨损提供理论基础。

无保持架球轴承变速曲面设计及仿真分析

针对无保持架球轴承滚动体之间接触碰撞的问题,提出在外圈滚道设计变速曲面,使滚动体有规律地进行减速、加速运动,进而使滚动体自动分散。分析了滚动体在径向载荷作用下时变位移规律,基于Hertz理论对轴承各零件间的作用力进行分析,建立了滚动体与局部变速曲面之间的接触力方程,揭示了变速曲面环向跨度角与接触力之间的关系,并进行变速曲面结构参数的设计。基于改进无保持架球轴承几何参数进行动力学虚拟仿真验证,分析任意3组相邻滚动体分散间距和任一滚动体加速度变化曲线,验证了变速曲面结构参数设计的正确性。本文的研究成果对无保持架球轴承的设计具有一定的指导意义。

新型无保持架角接触球轴承的断油性能试验

轴承的抗断油能力直接影响航空发动机的可靠性。为了探究一种新型无保持架角接触球轴承的干运转性能,设计了轴承环下断油试验方案,构建了断油试验平台及运行程序,分析了断油之后的轴承外观形貌、温度、转速及电流等变化情况。试验结果表明,在高转速、高轴向载荷工况下,新型轴承的干运转时间为51 min,验证了该新型轴承具有良好的抗断油能力,可以在机械工业领域广泛应用。

对数螺旋线满装圆柱滚子轴承极限转速试验研究

极限转速是反映滚动轴承性能的重要指标。对数螺旋线满装圆柱滚子轴承是本课题组提出的一种新型轴承,但其极限转速尚不明确。以该轴承为研究对象,阐述轴承的设计原理,设计轴承极限转速试验方案。试验结果表明,在高速、重载工况下,新型轴承相邻滚子间无滚磨现象,验证了轴承结构的合理性和设计方法的正确性。在83℃下的轴承极限转速为6600 r/min,达到了高速轴承的要求。滚动体与滚道直接的接触机制为近纯滚动,且各滚动体均参与承载。

新型无保持架球轴承纯滚动设计及动态特性分析

为了解决高速轴承打滑和保持架易断裂失效的问题,从轴承的轴向和径向角度出发,提出一种纯滚动无保持架球轴承设计方法,并通过实例对其正确性和有效性进行了验证。本方法首先根据摩擦学理论,确定轴承纯滚动边界条件,引入轴向摩擦角概念,通过径向游隙和滚道母线分别限定滚动体的径向和轴向位移,使得滚动体与滚道之间形成摩擦自锁效应,将滚道中滚动体复杂的运动形式化简为单一的纯滚动,取消保持架的同时增大了滚动体容纳量。其次,将径向游隙映射到轴承内外圈滚道母线设计中,建立基于轴向摩擦角的无保持架轴承滚道母线计算模型和设计原则。最后,提出一种基于上述方法设计的新型无保持架轴承结构,内外圈滚道母线采用对数螺旋线设计,并通过轴承特性试验评价其动态性能。结果表明,该新型轴承能够实现近纯滚动,以滚动摩擦代替滑动摩擦,大大降低了轴承的摩擦热问题,显著提高了轴承的极限转速。在3 kN轴向载荷作用下,轴承的极限转速为32000 r/min,DmN值可达到2.8×106 mm·r/min。在20900 r/min转速下,轴承可承受20 kN的轴向载荷,具有较高的承载能力,能够满足航空航天、国防军事等技术领域对高承载、高转速轴承的应用需求。