Nonlinear Dynamics Behaviors of a Rotor Roller Bearing System with Radial Clearances and Waviness Considered

A rotor system supported by roller beatings displays very complicated nonlinear behaviors due to nonlinear Hertzian contact forces, radial clearances and bearing waviness. This paper presents nonlinear bearing forces of a roller bearing under four-dimensional loads and establishes 4-DOF dynamics equations of a rotor roller bearing system. The methods of Newmark-β and of Newton-Laphson are used to solve the nonlinear equations. The dynamics behaviors of a rigid rotor system are studied through the bifurcation, the Poincar è maps, the spectrum diagrams and the axis orbit of responses of the system. The results show that the system is liable to undergo instability caused by the quasi-periodic bifurcation, the periodic-doubling bifurcation and chaos routes as the rotational speed increases. Clearances, outer race waviness, inner race waviness, roller waviness, damping, radial forces and unbalanced forces-all these bring a significant influence to bear on the system stability. As the clearance increases, the dynamics behaviors become complicated with the number and the scale of instable regions becoming larger. The vibration frequencies induced by the roller bearing waviness and the orders of the waviness might cause severe vibrations. The system is able to eliminate non-periodic vibration by reasonable choice and optimization of the parameters.     

高速圆柱滚子轴承工作温度研究

将滚子与套圈滚道摩擦生热视为移动热源,建立了高速圆柱滚子轴承温度场计算模型;使用ANSYS的APDL语言发展了轴承工作温度分析的参数化程序,输入热流密度等边界条件,程序能够自动建模精确的分析高速圆柱滚子轴承工作温度.以一个型号轴承为例,分析了不同工况参数对轴承工作温度的影响,结果显示轴承内圈转速、径向载荷和润滑油入口油温对轴承工作温度影响显著.     

高可靠性陶瓷轴承技术研究进展

陶瓷轴承具有长寿命、耐高温、耐腐蚀和超高速等优异的综合性能,已经在航空航天及装备制造领域中得到应用.介绍了陶瓷轴承的发展背景,归纳了陶瓷材料技术研究进展,概括了陶瓷滚动体毛坯和成品的无损探伤技术和方法,阐述了陶瓷滚动体表面低损伤加工的必要性,探讨了陶瓷轴承的润滑行为和热行为,提出了陶瓷轴承的失效模式和设计准则,分析了陶瓷轴承的结构和性能设计方法,给出了部分典型应用和极限性能试验情况,展望了高性能陶瓷轴承技术的发展趋势.为继续深化陶瓷轴承技术研究、攻克极限工况下的陶瓷轴承关键技术、发展面向工况的轴承设计制造技术、实现高性能陶瓷轴承的技术转化和推广应用、解决高端装备的公共轴承技术难题提供技术基础.     

冲击滑动耦合作用下的材料磨损

研制了一种新型磨损试验机，用于研究材料在冲击滑动耦合作用下的磨损特性。试验机由电磁激振器激励悬臂梁产生法向冲击，电机带动旋转轴产生切向滑动。各试验参数（冲击力幅值、冲击力频率及滑动速度）调节方便可靠，最大冲击力、冲击频率及滑动速度分别为100Hz，200N及4．52m／s。本文使用该试验机对材料在冲击滑动耦合作用下的磨损特性进行了研究，并利用称重法、二维轮廓测量及电子扫描显微镜评估了材料磨损。结果表明：在相同试验条件下，试验的重现性较好，数据重复性误差小于7％。此外，硬度高的钛合金试件比硬度低的铝青铜试件磨损严重。     

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。     

高速滚动轴承-转子系统的摩擦阻尼减振

为了抑制高速滚动轴承-转子系统在通过临界转速时的过大振动,本文采用了摩擦阻尼弹性支承结构.分析了该支承的减振机理和支承特性,设计了摩擦阻尼器,研究了其对转子系统不平衡响应的影响.结果表明,采用适当的机械结构,阻尼器的刚度因子和摩阻因子只与内环的锥角和接触面摩擦因数有关.通过改变这两个参数和外壳轴向刚度,可改变其刚度和阻尼特性.在转子系统支承中引入摩擦阻尼器能够降低支承刚度,从而降低系统的临界转速,避开工作转速.此外,还可增大支承阻尼,抑制临界振幅,减小系统的振动外传力.     

弹用混合式陶瓷轴承的开发研究

为延长弹用涡喷发动机轴承的寿命、避免过早失效和提高其可靠性，在分析全钢轴承恶性失效形式的基础上，根据工况对轴承性能的要求研制了混合式陶瓷轴,承用拟静力学分析方法对比分析了全钢轴承和混合式陶瓷轴承的性能指标，台架实验表明了陶瓷轴承以疲劳逐步扩展的良性失效形式为主要失效形式，能够克服全钢轴承在高速高温重载限量润滑条件下发生热失稳、咬死等恶性故障，对高速恶化工况有很好的适应性。     

高压高剪切率下润滑剂剪切弹性模量的确定

在自行研制的球盘式拖动力试验台上,测得了HKD-1型航空润滑油的拖动力;给出了高压高剪切率下滚子-润滑膜系统有效剪切弹性模量的计算公式;推导出了系统有效剪切弹性模量与润滑剂剪切弹性模量之间的关系式;以HKD-1型航空润滑油为例,计算了多种工况条件下系统有效剪切弹性模量及润滑剂本身的剪切弹性模量.结果表明:系统有效剪切弹性模量和润滑剂剪切弹性模量随压力的增大而增大,随入口油温和滚动速度的增大而减小;压力越大,入口油温和滚动速度越小,滚子的柔量对剪切变形的贡献越大.     

角接触球轴承在高速大载荷工况下滑油中断耐受能力分析

通过研究角接触球轴承断油故障的故障复现现象，发现断油耐受能力不足的初期故障模式为滚动体与内圈之间发生三点接触。使用三点接触分析法对轴承断油耐受能力进行计算，结合相似轴承的计算分析，结果表明:垫片角越大，轴承抗断油能力越差，垫片角为25°的情况下轴承抗断油能力较差。通过断油后轴承的瞬态温度场分析，结合三点接触分析法，确定原设计状态的轴承断油耐受时间为25 s，不具备耐受断油30 s的能力。根据分析的结论，将该轴承的垫片角减小到19°，落实改进措施后的轴承通过了试验器验证和发动机试车验证。