带故障滚动轴承的刚度特性分析、模拟与测试研究

发布时间：2017-04-08 03:22

  本文关键词：带故障滚动轴承的刚度特性分析、模拟与测试研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科学技术的发展,航空发动机的性能不断提高。滚动轴承作为航空发动机转子系统广泛采用的一种支承,其力学特性对转子系统的动力特性有重要的影响,当其产生故障时会引起轴承载荷重新分配,从而会影响到整机的振动行为,也将会诱发整个系统产生故障,尤其是高速下更为显著。因此,为了满足新一代先进航空发动机研制的需要,进行航空发动机高速滚动轴承正常及故障状态下的研究十分必要。本文针对带有故障的滚动轴承,分别采用解析计算、有限元模拟和实验测试三种方法,对其正常和带有点蚀故障和滚珠缺失三种不同工况下,在不同负载下的刚度特性进行了分析,以及故障对其刚度特性的影响研究。具体内容包括：(1)阐述了深沟球轴承和斜角球轴承的结构特点,介绍了Hertz弹性接触理论、刚性套圈假设等相关基础理论。根据滚珠在负荷作用下的变形情况,利用Hertz理论推导了滚珠与内、外环之间接触点的刚度表达式。(2)建立了角接触球轴承正常安装状态、具有单一点蚀故障和滚珠缺失故障的轴承刚度解析计算模型,以角接触球轴承71807AC为例进行了仿真计算分析,研究了轴承轴向刚度和径向刚度随轴向载荷、径向载荷的变化规律,讨论了故障尺寸对刚度的影响。对比了轴承在正常状态下、具有滚珠缺失和点蚀故障工况的刚度特性,研究了轴承故障对刚度特性的影响。(3)基于有限元基本分析方法,在考虑边界条件影响的情况下,考虑套圈变形的影响,建立了角接触球轴承和圆柱滚子轴承刚度特性分析的有限元析模型,分别讨论了角接触球轴承在承受径向负荷、轴向负荷、径向和轴向联合负荷及圆柱滚子轴承仅承受径向载荷时,轴承刚度随负载的变化规律。(4)建立了角接触球轴承外圈点蚀和滚珠缺失故障下的有限元模型,对比了正常状态下、外圈点蚀故障下和滚珠缺失故障下角接触球轴承的刚度特性。(5)搭建了角接触球轴承静态刚度测试试验台,进行了正常状态下和滚珠缺失故障下角接触球轴承的静态轴向、径向刚度测试,测试结果具有良好的重复性。同时测试结果、解析计算结果和有限元方法仿真结果进行了对照分析,在趋势上得到较好的一致性。
【关键词】：角接触球轴承 圆柱滚子轴承 点蚀故障 滚珠缺失故障 载荷分布 刚度特性 有限元法 实验测试
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.33
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 研究背景意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 滚动轴承力学模型研究现状13-15
• 1.2.2 滚动轴承接触力学有限元仿真分析现状15
• 1.2.3 滚动轴承刚度特性的研究现状15-16
• 1.3 本文研究内容16-18
• 第2章 滚动轴承基本结构与理论18-24
• 2.1 引言18
• 2.2 滚动轴承结构特点18-22
• 2.2.1 深沟球轴承19-20
• 2.2.2 角接触球轴承20-22
• 2.3 滚动轴承基本理论22-23
• 2.3.1 Hertz弹性接触理论22-23
• 2.3.2 刚性套圈假设23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 角接触球轴承刚度特性的解析分析24-40
• 3.1 引言24
• 3.2 角接触球轴承的力学模型24-30
• 3.2.1 单个滚珠的受力分析24-27
• 3.2.2 滚动轴承的载荷-位移关系27-28
• 3.2.3 滚动轴承的刚度矩阵基本定义28-29
• 3.2.4 滚动轴承的刚度矩阵表达式29-30
• 3.3 带有故障的滚动轴承的刚度模型30-35
• 3.3.1 正常无故障状态下轴承刚度模型30-31
• 3.3.2 具有单一点蚀故障时轴承的刚度计算模型31-34
• 3.3.3 滚珠缺失时的轴承刚度模型34-35
• 3.4 算例35-38
• 3.4.1 正常无故障情况下轴承的刚度特性36-37
• 3.4.2 外圈滚道具有单一点蚀故障时轴承的刚度特性37-38
• 3.4.3 正常与带故障轴承的刚度特性对比分析38
• 3.5 本章小结38-40
• 第4章 滚动轴承刚度特性的有限元分析40-60
• 4.1 引言40
• 4.2 有限元接触问题的分析方法40-42
• 4.2.1 接触单元类型40-41
• 4.2.2 接触问题分析步骤41-42
• 4.3 正常无故障条件下轴承的刚度计算模型42-55
• 4.3.1 角接触球轴承的刚度计算模型42-49
• 4.3.2 圆柱滚子轴承的刚度计算模型49-55
• 4.4 带有故障角接触球轴承的刚度有限元分析55-58
• 4.4.1 外圈点蚀故障模型仿真55
• 4.4.2 滚珠缺损故障模型仿真55-56
• 4.4.3 有限元结果56-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第5章 滚动轴承刚度特性的试验研究60-74
• 5.1 引言60
• 5.2 试验台简介60-61
• 5.3 测量方法与流程61-63
• 5.3.1 测试原理61
• 5.3.2 测试流程61-63
• 5.4 实验测试结果63-72
• 5.4.1 无故障状态下测试结果63-67
• 5.4.2 滚珠缺失故障状态下测试结果67-72
• 5.5 本章小结72-74
• 第6章 结论与展望74-76
• 6.1 结论74
• 6.2 展望74-76
• 参考文献76-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王彦伟;罗继伟;陈立平;;圆锥滚子轴承接触分析[J];华中科技大学学报(自然科学版);2007年09期

2 汪久根,鄢建辉,朱聘和,章维明;球轴承的摩擦系数分析[J];机床与液压;2003年04期

  本文关键词：带故障滚动轴承的刚度特性分析、模拟与测试研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：291979