基于Kriging模型的轴承结构参数优化设计方法

轴承的生热率与轴承的使用寿命密切相关,为了减小轴承的生热率,以滚动轴承拟静力学分析和滚道控制理论为基础,求得轴承运转过程中的相关参数,进而得到轴承生热率.将轴承最小生热率为目标函数,通过Kriging模型和粒子群优化算法相结合的方式进行了轴承结构参数优化.对NSK 7016A5轴承的研究结果表明:轴承结构参数优化后,轴承整体和轴承内外圈生热率均变小.Kriging模型和粒子群优化算法相结合的轴承结构参数优化方法取得了良好的设计效果,并且提高了轴承的设计效率.      

内圈带缺陷中介轴承的动力学建模与振动响应分析

针对外圈支承于低压转子轴颈,内圈支承于高压转子轴颈支承形式的中介轴承,在考虑轴承径向间隙变化和滚动体通过内圈缺陷时接触变形量发生变化的基础上,建立了内圈含单一故障缺陷的中介轴承动力学模型。数值仿真研究了轴承振动响应的有量纲参数和无量纲参数随缺陷大小,内、外圈转速和径向外载荷变化的规律,得出了若干有益结论,为中介轴承故障诊断提供了有益参考。     

计及套圈变形的薄壁角接触球轴承性能分析

为了准确计算柔性支承轴承负荷分布,以外圈孤立点支承薄壁角接触球轴承为例,建立了三维有限元分析模型,考虑外圈受载后弯曲变形对滚动体负荷分布的影响,分析不同工况下轴承负荷分布,寿命及刚度等性能的变化规律,并将有限元法的计算结果与拟动力学法及实验结果进行分析比较.结果表明,有限元方法计算结果与实验结果更为接近.      

保持架打滑对航空发动机主轴承故障特征频率的影响

通过理论推导,得到保持架打滑率与轴承内、外圈和滚动体故障特征频率之间关系。利用圆柱滚子轴承支承的转子实验台验证了推导公式的正确性,并研究保持架打滑率、实际故障特征频率与理论公式偏差随转速的变化规律。结果表明:随着转速升高,滚动轴承保持架打滑率趋于增大,导致轴承实际故障特征频率与基于纯滚动假设的理论计算值的偏差也随之增大。研究结论对于航空发动机主轴承的故障诊断具有指导意义。      

高速球轴承的生热分析

在结合球轴承的拟静力学和生热分析的基础上, 对球轴承各热源分别进行生热计算, 得到了高速球轴承各个单元间的局部生热和轴承总生热, 分析了输入转速、载荷等多种参数对轴承各单元间的局部生热和总生热的影响, 结果显示球轴承的生热绝大部分来自球与内圈滚道的自旋生热, 并且转速、轴向载荷和内圈沟曲率系数对生热的影响最大.同时将球轴承作为一个整体用现有经验公式计算轴承生热, 其结果严重偏离台架功耗试验结果, 而从局部热源出发计算轴承总生热更为准确, 为轴承的三维温度场计算、润滑油油量选择等奠定了良好的基础.      

航空发动机附件机匣轴承失效故障复现试验

针对航空发动机在飞行时附件机匣的深沟球轴承发生铆钉断裂、沟道剥落2种失效故障,为了定位故障原因,开展了2 套轴承外圈沟道预损伤及4套轴承铆钉断裂的轴承失效故障复现试验。结果表明：轴承故障失效时序为外圈沟道由于表面损伤 先产生表面疲劳剥落,然后引发铆钉断裂;结合轴承的原材料、设计、工艺、质量及其在机匣上安装使用情况等的复查结果与轴承 拆卸试验结果,确定轴承拆卸工艺不当是产生外沟道表面损伤的主要原因。采用轴承内圈拆卸工艺后可有效避免拆卸过程中的 轴承沟道损伤,从而预防此类故障的发生。     

航空发动机主轴承接触应力精确仿真计算方法

采用稳态热分析与动态接触力学分析相结合的方法以提高计算精度,考虑轴承摩擦生热及瞬态冲击效应的影响,得到经热应力修正的轴承应力分布及变化特征。研究表明:最大动态接触应力位于钢球表面,外圈滚道次之,内圈滚道最小；轴承接触应力具有明显动态冲击响应特性,分布及大小具有随机变化性；接触应力由主应力与剪切应力共同构成,随转速及轴向载荷增大而增大。      

反转圆柱滚子轴承生热特性研究

为研究反转圆柱滚子轴承的生热特性,采用拟动力学分析方法,进行轴承元件间的相互作用分析和轴承生热分析,建立了反转轴承生热量计算模型。模型考虑了滚子、保持架的打滑,以及滚子、保持架的搅油损失和涡动损失。利用试验数据对模型进行验证,研究了影响反转轴承生热的主要因素。结果表明,模型计算值与试验值吻合良好,误差不超过5.5%;反转轴承生热量随内外环转速的增加而增大,随进口滑油温度的升高,逐渐减小,而径向载荷对其影响很小。     

基于拟动力学高速角接触球轴承动态特性分析

为真实地反映高速角接触球轴承的运转情况，建立了高速角接触球轴承拟动力学分析模型，选用BFGS(Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)计算方法嵌入高速角接触球轴承拟动力学计算程序，并通过与SKF公司开发的拟动力学分析程序AT74Y001的计算实例进行对比，两者计算误差在5%之内.通过分析不同结构参数合工况参数对轴承动态特性的影响可以得到:随着轴向载荷的增大，内、外圈接触角增大；随着径向载荷的增大，在承载区内圈接触角减小，外圈接触角增大，在非承载区内圈接触角增大，外圈接触角减小；随着转速的增加，轴承内圈接触角的逐渐变大，外圈接触角逐变小；随着钢球数目和轴向载荷的增大，轴承在3个方向刚度逐渐增大；随着内圈沟曲率系数、径向载荷和转速增大，轴承在3个方向刚度逐渐减小.      

航空发动机滚动轴承-双转子系统动态特性分析

在滚动轴承动力学和转子动力学分析基础上,建立了含滚动轴承动力学与转子动力学耦合以及高、低压转子间耦合的滚动轴承-双转子系统动力学方程,采用精细积分法和预估-校正Adams-Bashforth-Moulton多步法相结合的算法,对航空发动机滚动轴承-双转子系统非线性动力学方程进行求解,并对滚动轴承结构参数与转子动态特性的关系进行了理论分析.分析结果表明:①中介轴承径向游隙较小时转子系统振动量较小且转子运行较平稳,但中介轴承保持架打滑率会有所提高,应合理选取中介轴承的径向游隙值;中介轴承滚子数量对转子运转稳定性有较大影响,减小中介轴承滚子数量可降低保持架打滑率,但转子系统的振动量会增大;②支承轴承内、外沟曲率半径系数及径向游隙较小时转子系统的振动量较小,转子运转较稳定;支承轴承滚动体数量对转子运转稳定性有较大影响,滚动体数量增多有利于转子系统运行的平稳性.      

控制力矩陀螺轴承组件摩擦力矩异常波动机理

在角接触球轴承动力学分析基础上,建立了公-自转耦合的控制力矩陀螺轴承组件非线性动力学微分方程组和摩擦力矩理论计算式,开展了轴承保持架结构、滚道加工精度和轴承预紧力等参数对控制力矩陀螺轴承组件摩擦力矩特性的影响研究,分析了某型号控制力矩陀螺轴承组件摩擦力矩异常波动的机理。分析结果表明：保持架外径表面与套圈引导挡边之间碰摩以及钢球与保持架兜孔间碰摩是引起该型号控制力矩陀螺轴承组件摩擦力矩异常变化的主要因素。合理的轴承原始径向游隙可有效消除轴承保持架外径表面与套圈引导挡边之间的碰摩现象,且避免控制力矩陀螺轴承组件摩擦力矩明显异常波动。     

航空发动机球轴承热分析

在动力学分析的基础上,对航空发动机高速球轴承进行了热分析。首先在润滑模型分析的基础上,对球轴承的生成热速率作了分析计算。通过对球轴承中复杂的传热关系研究,进而采用有限元法、系统平衡法和经验公式相结合的方法计算了球轴承系统的温度分布。在温度场计算中,对内热源的分配和边界条件的处理进行了深入研究。最后对某发动机主轴球轴承进行了计算,结果和606研究所提供的试验数据基本相符,其误差不大于百分之五。      

基于LS-DYNA滚动轴承使役可靠度计算方法

利用软件LS-DYNA对滚动轴承使役过程进行了动态有限元计算,基于响应面法（RSM）建立6408滚动轴承输入参数与输出响应的函数关系方程,设定各类随机误差分布,利用矩阵试验法确定抽样点在输入变量抽样空间的位置,进行一系列确定性拟合试验.每次试验借助LS-DYNA进行精确求解,运用求解数据对方程进行最小二乘法回归分析确定方程的组成项及系数.最后利用函数关系方程计算轴承任意时刻的使役可靠度.结果表明:计算得出该轴承在0.020008s时的使役可靠度为97.062%.      

不同轴承壁面沟槽诱导油液穿透机理

以高速角接触球轴承为研究对象,在轴承外圈内壁开设沟槽,采用流体动力学对高速轴承壁面沟槽模型进行气液两相流数值模拟。利用VOF(volume of fluid)模型对轴承环间气液两相流界面进行动态捕捉,分析油液在沟槽诱导作用下的运动过程和分布特点,探究阻碍油液进入腔内的影响机理。分别研究了沟槽形状、深度、方向以及喷油参数等因素对高速轴承腔内和滚道润滑油体积分数的影响规律。研究结果表明:在高速轴承喷油润滑阶段,通过对沟槽形状、深度、方向的分析,得到圆弧形沟槽适用于高速轴承,沟槽深度为0.8 mm,沟槽方向为60°有利于油液进入轴承环间,腔内有效润滑油和外滚道油液体积分数最高。通过试验测得壁面有沟槽和无沟槽轴承腔内油液体积分数并与仿真结果对比,发现在轴承高速阶段开设壁面沟槽有利于润滑油进入轴承腔,为高速轴承的润滑设计提供了新的方法。      

基于有限单元热网络法的航空发动机主轴轴承热分析

航空发动机主轴轴承温度场的精准预测对保证发动机润滑系统及整机稳定运转至关重要。针对传统热网络法精度低的问题,提出一种基于有限单元思想的有限单元热网络法。将轴承结构通过网格划分为有限个单元体,每个单元体设置一个温度节点代表该单元体的集总参数,节点间构建热阻关系并形成热网络,通过求解以温度为未知量的大型稀疏矩阵线性方程组来获得滚子轴承横截面的温度分布。该方法可以与轴承局部产热理论相结合,实现轴承局部产热的精准加载,完成温度场的精细化分析。通过与试验结果对比,本文方法对轴承外环表面中心线温度的预测结果与试验结果误差不超过13%。     

航空发动机高速滚子轴承动态特性分析

 高速滚子轴承的动态特性对航空发动机转子系统的性能有重要的影响,为得到较准确的轴承动态性能,采用拟动力学法建立承受四自由度载荷的滚子轴承动力学分析模型,模型中各零件之间的力和力矩由建立的轴承零件相互作用模型计算得到,并使用较精确的弹流模型计算拖动力,给出了非圆滚道轴承动态性能的计算方法。通过算例分析了工况参数和结构参数对滚子轴承动态特性的影响规律,最后通过实验结果验证了程序的可靠性。滚子轴承动态特性的研究为研究航空发动机转子-轴承动态性能耦合分析奠定了基础。     

内圈沟道损伤直径对滚动轴承振动性能的测度

采用中位数估计和Huber M估计相融合方法对未知分布的时间序列数据进行稳健处理,得到时间序列稳健数据,进一步得到时间序列数据的本征区间、变异率、中位数和平均值,组成时间序列数据的测度。该方法对不同沟道损伤直径条件下滚动轴承振动数据进行研究,结果发现:滚动轴承振动数据的变异率、中位数及平均值的变化趋势一致,与轴承的实际工况吻合,可以作为滚动轴承性能退化的测度。其中轴承正常运行时的变异率为10%与轴承寿命规定的10%失效率相同,轴承失效时的变异率89%和沟道损伤直径达到失效直径的89%相同。该测度准确地反映沟道损伤直径对轴承振动性能的影响,为滚动轴承性能预报提供可靠依据。该方法不需要知道时间序列数据的分布类型,为未知分布的时间序列数据的稳健处理提供一种方法。     

联合载荷作用下精密角接触球轴承动态特性演变规律

基于滚动体与套圈之间相互作用与相对位置关系,考虑离心力、陀螺力矩等非线性因素影响,建立了精密角接触球轴承五自由度拟静力学分析模型,并基于逐步搜索法原理对轴承刚度计算模型进行优化,揭示了复杂联合载荷作用下精密角接触球轴承动态特性的演变规律。研究表明:轴向载荷在一定程度上减小轴承内外圈接触角差值,削弱由于转速增大引起的刚度软化现象;力矩载荷与径向载荷单独作用时,均导致轴承接触角、接触力波动幅度增大,沿载荷作用方向轴承刚度增大,垂直于载荷作用方向刚度减小;联合载荷作用下,力矩载荷能够抑制径向载荷引起的轴承内部载荷波动,提高轴承承载能力与使用寿命。      

航空发动机高速球轴承动态特性分析

 高速滚动轴承的动态特性对航空发动机转子系统的性能有重要的影响，为尽可能真实模拟轴承实际运转情况，建立轴承零件相互作用模型得到各零件之间力和力矩，使用较精确的弹流模型计算拖动力，采用拟动力学法建立任意受载的球轴承动力学分析模型，提出了工程中非线性方程组的高效解法。编制调试了计算程序READ ( Rolling Element bearing Advanced Dynamics tool)，以276927NK1W1(H)航空轴承为算例分析了工况参数和结构参数对滚动轴承动态特性的影响规律，最后通过Gupta的动力学程序算例验证了程序的准确性。轴承动态特性的研究为研究航空发动机转子轴承集成系统动态性能分析奠定了基础。