轴承零件几何误差对圆柱滚子轴承动态性能的影响研究

发布时间：2020-11-10 09:46

　　 圆柱滚子轴承广泛应用于航空发动机、高速铁路、船舶等装置中。滚动轴承的性能好坏会影响到整个系统的工作性能。在轴承加工制造过程中,套圈和滚动体或多或少存在一定的几何误差,进而会影响轴承的承载特性和振动特性。因此,本文在滚动轴承动力学的基础上,在国家“十二五”科技攻关项目(编号为:JPPT-ZCGX1-1)及自然科学基金(编号为:U1404514)的资助下,就圆柱滚子轴承在考虑零件几何误差下的承载特性和振动特性开展了研究。本论文以圆柱滚子轴承为研究对象,采用傅里叶级数展开表达式来描述圆柱滚子轴承内、外套圈滚道的几何形状误差,包括误差幅值、误差方位角以及误差级数;用离散的数值来描述滚子直径尺寸误差。为研究考虑零件几何误差下的圆柱滚子轴承动态特性,本文在滚动轴承动力学理论的基础上,建立圆柱滚子轴承动力学非线性方程组,运用ADAMS软件进行建模,使用Fortran语言编写圆柱滚子轴承各零件之间的作用力子程序,采用预估-校正的GSTIFF(Gear stiff)算法对所建立的模型进行求解。以某型号圆柱滚子为研究对象,研究了轴承零件存在几何误差下的圆柱滚子轴承承载特性和振动特性。研究结果表明:单一滚子直径尺寸存在误差时,误差值为负值时,该滚子与滚道之间的接触载荷减小,而相邻的滚子与滚道之间的接触载荷增大,误差值为正值时,该滚子与滚道之间的接触载荷增大,而相邻的滚子与滚道之间的接触载荷减小;当多个滚子同时存在直径尺寸误差时,滚子误差的大小及排列顺序对轴承的载荷分布均会产生影响;当所有滚子直径尺寸误差值为随机值时,滚子之间随机误差值的极差越大,滚子与滚道之间的接触载荷变化量越大。内外滚道的误差幅值、方位角、误差级数都可能引起成滚子与滚道之间的接触载荷变化、滚子承载个数发生变化、滚子承载不连续的情况,进而造成轴承寿命降低;当内外滚道误差幅值、误差方位角和误差级数相同时,轴承载荷分布、寿命与内外滚道为理想状况下一致。随着内滚道、滚子直径的增加,轴承振动加速度值和各倍频的幅值均呈先增大后减小的趋势;随着外滚道直径的增加,轴承振动加速度值和各倍频的幅值均呈现增大的趋势;滚子直径对轴承径向振动加速度值影响最大,外滚道直径影响次之,内滚道直径影响最小。最后,在课题组搭建的圆柱滚子轴承保持架动态性能试验机的基础上,将存在直径尺寸误差的滚子代替理想滚子进行试验,测试理想滚子和存在直径尺寸误差的滚子对保持架打滑率的影响,验证本文所给出考虑轴承零件几何误差下的圆柱滚子轴承动力学模型的正确性。本文有关圆柱滚子轴承的承载特性和振动特性进行了相关的理论和试验研究,对圆柱滚子轴承设计与制造以及圆柱滚子轴承的选配等方面有一定的理论指导意义。
【学位单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH133.33
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 国内外轴承零件几何误差研究
        1.2.2 国内外滚动轴承动态性能研究现状
        1.2.3 轴承仿真分析软件
    1.3 研究意义
    1.4 研究内容及方法
第2章 圆柱滚子轴承动力学仿真分析模型
    2.1 圆柱滚子轴承结构分析
    2.2 圆柱滚子轴承运动分析
        2.2.1 坐标系统及假设
        2.2.2 运动分析
    2.3 高速圆柱滚子轴承非线性动力学微分方程组
        2.3.1 滚子非线性动力学微分方程组
        2.3.2 保持架非线性动力学微分方程组
        2.3.3 内圈非线性动力学微分方程组
    2.4 滚子与滚道之间的接触载荷的计算
    2.5 轴承寿命的计算方法
    2.6 保持架打滑率的计算
        2.6.1 增加拖动力来减小保持架打滑率
        2.6.2 减小阻力来减小保持架打滑率
    2.7 本章小结
第3章 几何误差对圆柱滚子轴承承载特性的影响分析
    3.1 考虑滚子直径尺寸误差下的滚子与滚道的相互作用
    3.2 考虑滚子直径尺寸误差下的轴承承载特性研究
        3.2.1 滚子不存在直径尺寸误差时的轴承承载特性计算
        3.2.2 单一滚子存在直径尺寸误差
        3.2.3 多个滚子存在直径尺寸误差
        3.2.4 所有的滚子存在直径尺寸随机误差
    3.3 内外滚道几何形状误差的简化轮廓模型
    3.4 内滚道几何形状误差
        3.4.1 内滚道几何形状误差幅值
        3.4.2 内滚道几何形状误差方位角
        3.4.3 内滚道几何形状误差级数
    3.5 外滚道几何形状误差
        3.5.1 外滚道几何形状误差幅值
        3.5.2 外滚道几何形状误差方位角
        3.5.3 外滚道几何形状误差级数
    3.6 内外滚道均存在几何形状误差
        3.6.1 内滚道误差级数
        3.6.2 外滚道误差级数
    3.7 本章小结
第4章 圆柱滚子轴承合套参数对轴承振动特性的影响
    4.1 轴承合套原理
    4.2 圆柱滚子轴承振动特性分析
    4.3 轴承内外滚道直径、滚子直径对轴承振动特性的影响
        4.3.1 内滚道直径对轴承振动特性的影响
        4.3.2 外滚道直径对轴承振动特性的影响
        4.3.3 滚子直径对轴承振动特性的影响
    4.4 轴承合套参数对轴承振动特性的影响
    4.5 轴承内外滚道、滚子直径推荐选配尺寸
    4.6 本章小结
第5章 圆柱滚子轴承动态性能试验及分析
    5.1 实验目的及内容
        5.1.1 试验目的
        5.1.2 试验准备
        5.1.3 试验过程
    5.2 试验装置
        5.2.1 试验主体装置
        5.2.2 电涡流位移传感器
        5.2.3 保持架测速装置
        5.2.4 计算机监控及数据采集系统
    5.3 试验结果与分析
        5.3.1 试验测得理想滚子下的轴承动态特性
        5.3.2 试验测得误差滚子下的轴承动态特性
    5.4 本章小结
第6章 结论
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的研究成果

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