圆柱滚子轴承次表面裂纹区域应力分布规律研究

圆柱滚子轴承套圈滚道次表面裂纹将改变滚子表面与滚道之间的接触特性,从而影响轴承的工作特性。针对这一问题,研究了次表面裂纹的长度、宽度和倾斜度对裂纹区域应力分布的影响规律。首先,采用有限元方法,建立了轴承滚子与滚道等效接触的计算模型,并将有限元模型与赫兹接触理论的算例计算结果进行了对比,对有限元模型的正确性进行了验证;然后,基于圆柱滚子轴承次表面裂纹的形态特征,提出了含次表面裂纹的滚子与滚道接触有限元计算模型;最后,基于有限元模型,分析讨论了次表面裂纹的深度、宽度和倾斜角度对滚道次表面应力区分布范围的影响规律。研究结果表明:当次表面裂纹的宽度增大时,应力区的深度和宽度都迅速增大;当次表面裂纹的深度增大时,应力区的深度和宽度都迅速降低;当次表面裂纹的高度与宽度一定时,次表面裂纹的倾斜角越大,次表面应力区越小,次表面裂纹对轴承接触特性的影响也越小。

轴向磁通电机中Halbach阵列永磁体的解析优化方法

为了进一步增大采用软磁复合材料铁心的轴向磁通永磁电机的电磁转矩,针对其不等宽的两段式Halbach阵列永磁体进行解析优化,利用无槽2D等效模型和有槽气隙相对磁导率解析了气隙磁场和电磁性能;进而基于电磁转矩的导数和复化求积公式推导了使电磁转矩最大化的Halbach阵列最优轴向充磁系数的表达式;采用轴向磁通永磁电机的3D有限元方法分析验证了气隙磁场、反电动势、电磁转矩以及Halbach阵列最优轴向充磁系数的解析解的准确性。Halbach阵列解析优化的结果表明:当轴向充磁系数为0.82时,轴向磁通永磁电机的电磁转矩达到最大;最优轴向充磁系数取决于极对数、永磁体厚度、电机径向尺寸和气隙宽度等;当极对数为5时,最优轴向充磁系数会随着永磁体厚度的增加而减小,而电机径向尺寸的增加会导致最优轴向充磁系数的增大;气隙宽度对最优轴向充磁系数的影响较小,基本可以忽略。

滚轮滚针轴承螺栓强度优化设计方法

螺栓强度直接决定滚轮滚针轴承工作载荷。而注油孔结构设计参数是影响螺栓强度的主要因素之一。针对这一问题,以螺栓最大应力和变形为优化目标,提出了滚轮滚针轴承螺栓强度优化设计方法。首先,基于三维建模软件,建立了滚轮滚针轴承参数化模型;然后,运用有限元方法,提出了滚轮滚针轴承整体有限元仿真模型,分析了注油孔设计参数对螺栓强度的影响规律;最后,采用响应面分析方法,建立了以螺栓最大应力和最大变形最小为优化目标的滚轮滚针轴承多目标优化模型,结合工程实际,获得了螺栓注油孔孔径的最优化设计参数。仿真结果表明:优化后的滚轮滚针轴承螺栓关键位置的最大应力和最大变形均有所改善,验证了所建立的滚轮滚针轴承螺栓强度优化设计方法的有效性。

整体螺栓滚轮滚针轴承滚子素线优化设计研究

针对整体螺栓滚轮滚针轴承滚子边缘应力集中现象,运用非理想赫兹接触理论,建立滚子与滚道非理想赫兹接触模型。研究全圆弧母线修形、相交圆弧母线修形、相切圆弧母线修形和对数母线修形方式对滚子与滚道之间接触变形和应力分布的影响规律。结果表明:在相同载荷下,相切圆弧母线修形的滚子接触变形最小;相交圆弧母线修形和相切圆弧母线修形滚子存在接触应力集中现象;全圆弧母线修形和对数母线修形的接触应力分布均匀,对数母线修形滚子的接触应力最小。对数母线修形是4种方法中适合用于滚轮滚针轴承滚子素线的修形方式。

脊状结构表面圆柱绕流的流体特性研究

通过构造脊状结构表面,采用非定常数值计算方法,对圆柱表面的绕流场及其水动力特性进行数值计算和研究.结果表明：不同结构参数h和θ的脊状结构对圆柱绕流的控制作用均不同,最佳的结构参数分别是h=2 mm和θ=10°;在一定雷诺数条件下,脊状结构表面既可以减小圆柱表面阻力,又可以有效控制圆柱的脉动升力并延缓边界层的分离;随着雷诺数的增大,脊状结构对圆柱绕流的控制效果会减弱.计算条件下的最优控制效果为：阻力系数最大减少32.56%,升力系数最大减少65.41%,因此提出的脊状结构表面的方案对于控制圆柱表面绕流造成的疲劳损伤或破坏具有一定的参考价值.

航空发动机传动轴承多支承台架试验失效机理分析

作为航空发动机的关键部件之一,传动系统的工作性能直接决定整机的运行状态与可靠性。传动系统的支承轴承因工作环境恶劣,在其工作过程中极易出现早期失效故障。针对某航空发动机传动系统支承球轴承台架试验中出现早期失效的问题,采用有限元方法,建立了多点支撑柔性传动系统动力学模型,分析了转速和轴承游隙对系统各支承轴承的动态载荷与弹性变形的影响规律,确定了支承轴承发生失效的位置及其原因;采用Lundberg和Palmgre的疲劳寿命计算方法,基于多点支撑柔性传动系统动力学模型获得的轴承内部动态载荷,计算了台架系统中出现早期失效的支承球轴承的疲劳寿命。结果表明,支承轴承的游隙匹配会导致各轴承内部载荷存在较大差异,该差异是导致其疲劳失效的主要原因,该仿真结果与实际情况基本一致。论文的研究可为该型航空发动机传动系统支承轴承的优化设计提供新的思路和理论支撑。