考虑热效应和表面缺陷的滚动轴承性能分析

发布时间：2017-10-24 22:27

  本文关键词：考虑热效应和表面缺陷的滚动轴承性能分析

  更多相关文章： 滚动轴承 拟动力学 热效应 油膜阻尼 表面缺陷

【摘要】：轴承是装备制造业中重要、关键基础零部件,随着现代装备向高速重载方向发展,对滚动轴承的承载能力、动态性能、可靠性、运转精度等方面提出了越来越高的要求。在高速工况下,发热会对轴承的游隙、润滑接触性能产生较大的影响。因此,基于热效应对滚动轴承进行动态性能分析具有重要意义。在高精密工况条件下,各类轴承缺陷将以内部激励的形式对滚动轴承的动力学行为产生十分显著的影响。因此,迫切需要系统研究各类轴承缺陷对滚动轴承动力学性能的影响规律,从而揭示其内在机制,为提升机械装备系统性能提供理论依据。本文首先基于滚动轴承的运动学方程,考虑了高速工况下离心力和陀螺力矩的影响,以及受载工况下摩擦生热产生的轴承元件热变形,结合滚动轴承的受力平衡方程,建立了角接触球轴承的分析模型,求解出钢球与内、外滚道之间的接触载荷、接触应力以及惯性力,分析了热效应对轴承性能的影响。结果表明:考虑热效应之后,钢球与外滚道之间的接触载荷和接触应力同时变大,与内滚道之间的接触载荷和接触应力同时变小,热效应对轴承的惯性力和轴向位移几乎没有影响。并基于坐标对等原则改进了轴承的运动学方程,两种方法计算结果吻合良好,而新方法的计算效率较高。然后以深沟球轴承为对象,考虑了油膜阻尼和油膜切向摩擦力,得到了滚动轴承的运动微分方程,建立了更符合实际的滚动轴承动力学模型,此模型并不受初值选取大小的影响,求解特定工况下轴承-转子系统内圈中心的位移和速度,与未考虑油膜影响的计算进行了比较;并在考虑滚道的表面波纹度和凹坑的前提下,分析了油膜对轴承动力学特性的影响,润滑油膜的存在有利于减小轴承的振动。以角接触球轴承为例,综合考虑了温升引起的热变形和油膜阻尼后,建立了轴承的运动微分方程,研究了不同工况下表面波纹度和缺陷对角接触球轴承动力学性能的影响。研究表明:轴向预紧力能增加轴承的刚度,减小振动,但是外加载荷增加,会增大轴承的摩擦热,降低轴承的寿命;表面波纹度和凹坑缺陷对于角接触球轴承振动的影响取决于具体的工况条件;热效应使轴承工作时的振动减弱,但是会加剧表面波纹度对轴承运转精度的影响。
【关键词】：滚动轴承 拟动力学 热效应 油膜阻尼 表面缺陷
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 研究的目的和意义13-14
• 1.2 研究现状和发展趋势14-19
• 1.2.1 滚动轴承动力学的研究现状14-16
• 1.2.2 滚动轴承热分析的研究状况16-17
• 1.2.3 滚动轴承润滑接触的研究状况17
• 1.2.4 滚动轴承表面缺陷对动力学行为影响的研究现状17-19
• 1.3 研究的主要内容19-21
• 第2章 考虑热效应的滚动轴承性能分析21-39
• 2.1 引言21
• 2.2 基于拟动力学的热效应模型21-32
• 2.2.1 滚动轴承几何学21-23
• 2.2.2 拟动力学模型23-28
• 2.2.3 热效应模型28-30
• 2.2.4 计算结果与分析30-32
• 2.3 基于坐标对等原则的热效应模型32-37
• 2.3.1 接触角32-34
• 2.3.2 接触载荷34-36
• 2.3.3 热效应模型36
• 2.3.4 计算结果与分析36-37
• 2.4 本章小结37-39
• 第3章 深沟球轴承非线性动力学分析39-60
• 3.1 引言39
• 3.2 深沟球轴承动力学模型39-47
• 3.2.1 运动微分方程39-40
• 3.2.2 油膜阻尼40-41
• 3.2.3 油膜切向摩擦力41
• 3.2.4 计算结果与分析41-47
• 3.3 滚道表面波纹度的影响47-54
• 3.3.1 表面波纹度47-48
• 3.3.2 计算结果与分析48-54
• 3.4 滚道表面凹坑缺陷的影响54-58
• 3.4.1 表面凹坑54-55
• 3.4.2 计算结果与分析55-58
• 3.5 本章小结58-60
• 第4章 角接触球轴承非线性动力学分析60-79
• 4.1 引言60
• 4.2 角接触球轴承动力学模型60-67
• 4.2.1 轴向预紧力60-62
• 4.2.2 运动微分方程62-63
• 4.2.3 油膜阻尼和热变形63
• 4.2.4 计算结果与分析63-67
• 4.3 滚道表面波纹度的影响67-71
• 4.3.1 考虑表面波纹度的运动微分方程67-68
• 4.3.2 计算结果与分析68-71
• 4.4 滚道表面凹坑缺陷的影响71-74
• 4.4.1 考虑表面凹坑的运动微分方程71-72
• 4.4.2 计算结果与分析72-74
• 4.5 热效应影响分析74-78
• 4.6 本章小结78-79
• 结论与展望79-82
• 本文结论79-81
• 研究展望81-82
• 参考文献82-86
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单86-87
• 致谢87

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本文编号：1090846