圆柱滚子轴承启动阶段动态性能分析

发布时间：2017-05-14 15:12

  本文关键词：圆柱滚子轴承启动阶段动态性能分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：滚动轴承是现代机器中广泛应用的零部件之一,通过主要元件间的滚动接触来支撑转动零件。一定范围内,载荷、转速和工作温度的改变并不影响良好的滚动轴承性能。但从一些研究报告及应用实践可以看到,启动阶段速度和载荷会发生突变,进而引起轴承故障,如保持架断裂、滚道划伤等,使轴承不能正常地进入稳定运行状态。为了从本质上探究轴承故障的原因,并找出合理的解决方法,有必要深入地研究轴承启动阶段的动态性能。圆柱滚子轴承是航空发动机的关键零部件之一,其性能的提高对新一代先进航空发动机的研制起到至关重要的作用。因此,对圆柱滚子轴承启动阶段的动态特性进行详细的研究具有深远的意义。本课题利用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems),创建圆柱滚子轴承三维实体模型,在滚动轴承动力学分析的基础上,建立了圆柱滚子轴承启动阶段动态性能仿真数学模型,通过高级程序设计语言Fortran对轴承进行约束控制,实现ADAMS与Fortran的动态连接仿真。仿真模型考虑了轴承启动阶段的润滑状态、摩擦、接触理论以及保持架的弹性变形,完整地处理了内部瞬态力,真实地对时变负荷与速度进行了模拟。通过建立有效的圆柱滚子轴承三维参数化仿真模型,深入地对轴承启动阶段的动态性能进行分析,可为圆柱滚子轴承的设计和使用提供一定的理论指导。本文以某一型号的圆柱滚子轴承为例,探究了径向载荷、内圈角加速度、润滑油粘度、工作温度等对轴承启动阶段滚动体打滑特性以及保持架动态性能的影响规律,同时也分析了保持架引导方式对保持架动态性能的影响。结果表明:在圆柱滚子轴承启动阶段,滚动体自转角速度呈现阶梯状非线性增长,并且在启动初期,滚动体的打滑较为严重;径向载荷、内圈角加速度对轴承启动阶段的滚动体打滑特性以及保持架动态性能影响显著,径向载荷的大小直接关系到滚动体与滚道之间的弹流润滑油膜能否形成,而内圈角加速度则对弹流润滑油膜的形成快慢影响很大;适当提高润滑油粘度或降低工作温度可以有效地控制轴承启动阶段滚动体的打滑,从而减小滚道划伤;动圈引导保持架时,保持架的打滑率较小,但受到动圈引导力的作用,轴承内部润滑状态变化复杂,导致滚动体对保持架的冲击力变得复杂,保持架的稳定性较差;相较于外引导,保持架由内圈引导时,保持架更容易发生涡动。最后,在自行研制的轴承试验机上测试了仿真轴承在特定工况下的保持架打滑率,并将试验结果与仿真结果进行对比,从而验证了本文中所建动力学模型的准确性。II
【关键词】：圆柱滚子轴承 启动阶段 轴承动力学 仿真分析 动态性能
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.33
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 符号表7-12
• 第1章 绪论12-16
• 1.1 研究课题的提出12
• 1.2 国内外研究历程及现状12-14
• 1.3 研究内容及方法14-16
• 第2章 圆柱滚子轴承启动阶段动力学分析模型16-31
• 2.1 圆柱滚子轴承坐标系统16-17
• 2.1.1 轴承固定坐标系16-17
• 2.1.2 滚子坐标系17
• 2.1.3 接触面坐标系17
• 2.2 圆柱滚子轴承启动阶段润滑状态分析及拖动力模型的建立17-22
• 2.2.1 轴承启动阶段润滑状态分析18-21
• 2.2.2 不同润滑状态下拖动系数数学模型的建立21-22
• 2.3 圆柱滚子轴承内部各元件间的相互作用22-28
• 2.3.1 滚子与内外套圈间的相互作用22-26
• 2.3.2 滚子与保持架之间的相互作用26-27
• 2.3.3 保持架与引导套圈间的相互作用27-28
• 2.4 轴承动力学微分方程28-30
• 2.4.1 滚动体的动力学微分方程28-29
• 2.4.2 保持架的动力学微分方程29
• 2.4.3 内圈的动力学微分方程29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 圆柱滚子轴承启动阶段动力学仿真模型的创建与求解31-37
• 3.1 参数化建模的实现31-33
• 3.1.1 参数化创建三维实体模型31-32
• 3.1.2 参数化添加边界条件32-33
• 3.2 仿真过程的控制33-34
• 3.3 动力学模型的求解与验证34-36
• 3.3.1 三维仿真模型与作用力子程序之间的数据交换34
• 3.3.2 动力学模型的求解与验证34-36
• 3.4 后处理界面的创建36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 仿真结果与分析37-65
• 4.1 轴承启动阶段滚动体打滑特性分析37-49
• 4.1.1 滚动体的自转角速度分析38-39
• 4.1.2 滚动体打滑说明39-41
• 4.1.3 径向载荷对轴承启动阶段滚动体打滑特性的影响规律41-43
• 4.1.4 内圈角加速度对轴承启动阶段滚动体打滑特性的影响规律43-46
• 4.1.5 润滑油粘度对轴承启动阶段滚动体打滑特性的影响规律46-48
• 4.1.6 工作温度对轴承启动阶段滚动体打滑特性的影响规律48-49
• 4.2 轴承启动阶段保持架动态性能分析49-64
• 4.2.1 保持架转速分析49-50
• 4.2.2 径向载荷对轴承启动阶段保持架动态性能的影响50-53
• 4.2.3 内圈角加速度对轴承启动阶段保持架动态性能的影响53-55
• 4.2.4 润滑油粘度对轴承启动阶段保持架动态性能的影响55-57
• 4.2.5 工作温度对轴承启动阶段保持架动态性能的影响57-58
• 4.2.6 保持架引导方式对轴承启动阶段保持架动态性能的影响58-64
• 4.3 本章小结64-65
• 第5章 试验验证65-71
• 5.1 试验目的与内容65
• 5.2 试验装置65-68
• 5.2.1 电气控制系统66-67
• 5.2.2 液压加载系统67
• 5.2.3 设备润滑系统67-68
• 5.2.4 数据采集系统68
• 5.3 试验条件68-69
• 5.4 试验方法69
• 5.5 试验结果分析69-70
• 5.6 本章小结70-71
• 第6章 结论71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 创新点72
• 6.3 工作展望72-73
• 参考文献73-76
• 致谢76-77
• 攻读学位期间的研究成果77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 杨海生;邓四二;李晌;陈国定;;航空发动机主轴高速圆柱滚子轴承保持架柔体动力学仿真[J];轴承;2011年02期

2 陈国定,李建华,张成铁;高速轴承元件间相互作用力的分析[J];机械科学与技术;1998年02期

3 杨伯原,郑培斌,凌卫青,王燕霜;4109 航空润滑油弹流拖动特性分析[J];洛阳工学院学报;1998年03期

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本文编号：365506