某航空无刷直流电机轴承疲劳寿命的研究

发布时间：2020-05-20 06:25

【摘要】：轴承是航空电机的关键承载零件,航空电机轴承的工作环境复杂,高温、高空极低温、多轴的随机振动、制造工艺和材料等都是引起航空电机轴承疲劳失效的原因。因此,研究航空轴承疲劳寿命具有重要的理论价值和实际意义。本文基于线性疲劳损伤累计理论,对航空电机主轴角接触轴承在温升和多轴随机振动载荷共同作用下的疲劳寿命进行了研究。本文首先分析了疲劳损伤累计理论和疲劳寿命分析方法,通过将平面(二轴)振动应力分布的拟合方法推广到三轴振动应力分布上面,建立了航向、垂向和侧向三轴随机振动的应力幅值概率密度曲线的模型。其次,根据轴承机械损耗和电机电磁损耗分析,采用有限元软件ANSYS对轴承进行温度场分析,对主轴后端轴承进行热-机耦合应力分析,以此耦合应力为预应力对轴承进行模态分析,再对轴承进行多轴随机振动应力分析,获得轴承应力幅值危险点与振动危险点处的应力功率谱密度曲线和三个方向的响应加速度功率谱密度。最后,基于应力功率谱密度曲线,采用Bandat模型修正法和Dirlik法进行疲劳寿命计算;基于响应加速度功率谱密度,通过ANSYS仿真对轴承航向、垂向和侧向单轴情况下进行疲劳损伤分析,采用Miner线性疲劳损伤累计理论对轴承多轴疲劳寿命进行计算,研究加速度功率、温升和不同频率段的加速度功率等对轴承疲劳寿命的影响。通过与轴承的疲劳寿命实验结果进行对比分析,验证了仿真分析结果的可行性和正确性。本文的研究为更有效地延长轴承使用寿命,为我国航空机载设备的可靠性设计提供依据。
【图文】：

形貌,外滚道,形貌

实际飞机上电机的主轴轴承破坏的形式较多，主要有以下几种形式：(1)轴承预紧不当引发轴承失效。这是由于非预期的预紧所产生，使轴承产生附加轴向载荷，引发轴承早期失效，如图1.1～图1.4所示。由图可知，轴承内外圈沟道均已严重剥落，内圈局部滚道碾压变深且偏向轴台肩一侧，保持架断裂为四块，10粒钢球有2粒呈碎块状。图 1.1 外滚道剥落形貌图 1.2 内滚道剥落变形形貌图 1.3 保持架碎断磨损形貌图 1.4 钢球碎块形貌(2)异常轴向力引发轴承失效。轴承在工作过程中承受异常的轴向力，该轴向力很可能是由于轴承装配不当产生的，使得轴承内、外套圈沟道均出现了严重的剥落。剥落位置均偏离轴承内、外圈沟道的沟底，并且内、外圈沟道的剥落位置相对分布在沟底两侧，偏离沟底位置较大，呈现明显的“爬坡”现象，，如图 1.5 和图 1.6 所示。图 1.5 轴承内圈沟道剥落形貌图 1.6 轴承外圈沟道剥落形貌

形貌,内滚道,形貌,轴承失效

第 1 章绪论轴承失效原因分析飞机上电机的主轴轴承破坏的形式较多，主要有以下几种形式：承预紧不当引发轴承失效。这是由于非预期的预紧所产生，使轴承荷，引发轴承早期失效，如图1.1～图1.4所示。由图可知，轴承内外剥落，内圈局部滚道碾压变深且偏向轴台肩一侧，保持架断裂为四2粒呈碎块状。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V242.44

【参考文献】