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。     

陀螺角接触球轴承摩擦力矩波动性分析

基于滚动轴承动力学理论,建立了陀螺角接触球轴承的动力学微分方程组与摩擦力矩数学模型,采用预估-校正的GSTIFF(gear stiff)变步长积分算法求解其动力学微分方程组,研究了轴承轴向预紧力以及保持架结构参数对轴承摩擦力矩幅值及波动性的影响,并进行了相关试验验证。结果表明:过大和过小的轴向预紧力均会增加轴承摩擦力矩的幅值与波动性;过大的保持架兜孔间隙和过小的保持架引导间隙都将引起轴承总摩擦力矩的幅值及波动性的增加,进而影响陀螺电动机输出功率的稳定性;保持架运行越稳定,轴承总摩擦力矩的幅值和波动性越小。     

双列调心滚子轴承摩擦力矩的特性

基于滚动轴承的动力学理论,建立了双列调心滚子轴承动力学微分方程与摩擦力矩数学模型,采用预估-校正GSTIFF(gear stiff)变步长积分算法求解其动力学微分方程,研究了结构参数和工况参数对双列调心滚子轴承摩擦力矩特性的影响。研究结果表明:较小的内滚道密合度与较大的外滚道密合度有利于降低轴承的摩擦力矩;过大、过小的保持架兜孔曲率半径都不利于轴承摩擦力矩的降低,存在一个合理的保持架兜孔曲率半径使轴承摩擦力矩最小;保持架兜孔间隙对轴承的摩擦力矩影响较小,适当增大保持架引导间隙可有效减小轴承的摩擦力矩;适量的增大双列调心滚子轴承径向游隙有利于降低轴承的摩擦力矩。      

薄壁交叉圆柱滚子轴承最佳径向工作游隙

以型号为RA8008UUCC0对数修形的薄壁交叉圆柱滚子轴承为分析对象,借助RomaxDesigner软件对比分析在联合载荷作用下径向工作游隙对承载滚子数、滚子最大载荷、滚道应力分布、轴承刚度、最小油膜厚度和疲劳寿命的影响情况,得出径向工作游隙是影响轴承力学性能的关键因素,结果表明:轴承受载滚子数随游隙的减小而增多,滚子与滚道接触应力分布趋于均匀化,相同条件下,倾覆力矩的影响比较显著。联合载荷作用下,随着工作游隙的减小,轴承刚度增大。当径向工作游隙小于-0.002mm时,随着径向工作游隙绝对值的增大,滚子与滚道接触变形减小,接触应力增大,刚度增大,最小油膜厚度减小,轴承寿命降低。同一径向工作游隙下,倾覆力矩可以减小滚子与轴承内外圈之间的油膜厚度,从而显著降低轴承疲劳寿命,轴承最佳径向工作游隙范围为-0.004~0mm。     

三轴承偏转喷管驱动力矩计算及动态特性分析

基于三轴承偏转喷管（3BSN）运动规律模型及给定的三轴承偏转喷管偏转规律,建立三轴承偏转喷管各段旋转喷管的驱动力矩计算模型.分别对3段旋转喷管进行了受力分析,得出了喷管重力及燃气气动力对各段喷管旋转瞬轴的力矩随喷管偏转角度的变化规律.改变喷管可实现最大偏转角度及第2,3段喷管长度得出了喷管几何参数对各段喷管旋转瞬轴力矩的影响.第2,3段喷管气动力对喷管旋转瞬轴的最大力矩随喷管可实现最大偏转角度的增大而增大,且位置发生在最大偏转角度的约70%角度位置.第2,3段喷管气动力对喷管旋转瞬轴的力矩随第2,3段喷管长度的增加而增大.     

航空发动机主轴承径向游隙分析

针对发动机主轴承装配和工作特点,建立了用于发动机主轴承热态工作条件下的径向游隙分析模型,分析了轴承内外环配合参数、轴承内外环锁紧螺母拧紧力矩、发动机转速、轴承工作温度和中介支承结构形式等参数对轴承径向游隙的影响规律。结果表明,轴承的装配工艺和工况对其几何参数的影响较大,设计时应注意轴承的装配工艺参数、发动机工况参数、润滑参数、轴承几何参数和机械性能等相关参数的合理匹配,以提高轴承寿命,保证发动机稳定运转。     

箔片摩擦对波箔型径向气体轴承静刚度和悬浮转速影响实验

加工制造了两个不同轴承壳体圆柱孔内表面的表面粗糙度的波箔型径向气体轴承.在建立的波箔型径向气体轴承性能测试实验台上对预紧状态下两个波箔型径向气体轴承进行了静刚度测试实验,并利用摩擦力矩法测量了波箔型径向气体轴承的悬浮转速,通过对比两个轴承的实验结果分析了波纹箔片和轴承壳体之间的摩擦效应对轴承静刚度和悬浮转速的影响.结果表明:降低轴承壳体圆柱孔内表面的表面粗糙度能够减弱波纹箔片和轴承壳体之间的摩擦,减小了轴承静刚度,进而在轴承载荷相同的条件下有效降低了波箔型径向气体轴承的悬浮转速,减少了轴承表面磨损,对轴承结构设计和提高轴承寿命具有工程指导意义.此外,波箔型径向气体轴承的静刚度并不是线性的,而是随着箔片变形量的增大而增大,因此有必要在波箔型径向气体轴承理论建模时考虑箔片结构刚度的非线性特性.      

箔片结构库伦摩擦效应对径向箔片轴承特性的影响

基于有限元法建立波箔型气体径向轴承箔片结构的库伦摩擦模型,通过改变平箔片与波纹箔片之间以及波纹箔片与轴承座之间的摩擦因数,对比分析了在各种载荷分布条件下波纹箔片库伦摩擦模型与文献中线性弹簧模型的刚度特性,研究了库伦摩擦效应对波纹箔片刚度特性的影响规律.在此基础上,运用有限单元法和有限差分法求解雷诺方程和气膜厚度方程,研究了在两个工作转速下气体波箔片轴承中截面处最小气膜厚度随轴承承载力的变化规律以及承载力随偏心率的变化规律.通过数值仿真对该模型、文献中线性弹簧模型和刚性表面气体轴承进行对比分析,并把气膜厚度分布与文献结果进行了对比.结果表明:箔片的库伦摩擦力在一定程度上增大了波纹箔片的刚度,并且随着摩擦因数的增大其刚度以及两端固定的波纹箔片个数也增加,使得箔片轴承表面变“刚”,因此轴承静特性更趋于刚性表面轴承,此外当轴承承载力一定时,箔片摩擦因数越大轴承的最小气膜厚度越小.      

航空发动机高压转子前轴承刚度特性分析

为了得到航空发动机高压转子前轴承刚度随发动机工作状态的变化规律,建立了该轴承的刚度分析模型,引入了轴承内、外环配合参数、离心效应、热效应以及联合载荷对轴承刚度特性的影响,数值分析了该轴承的刚度随轴承内、外环配合参数、转速、轴承工作温度及外载荷的变化规律。结果表明,轴承的径向刚度、轴向刚度和角刚度,随轴承内、外环过盈配合量增大而增大,随转速、工作温度和弯矩的增大而减小;径向力增大,轴承的径向刚度增大,轴向刚度和角刚度减小;轴向力增大,轴承的径向刚度减小,轴向刚度和角刚度增大;轴向载荷对该轴承的刚度影响最大。     

滚动轴承摩擦力矩的乏信息模糊预报

滚动轴承摩擦力矩的波动具有不确定性,属于概率分布与趋势规律都未知的乏信息系统.这阻碍了对轴承摩擦力矩的小样本分析与总体把握.为此,以模糊集合理论为基础,从小样本入手,建立了航天轴承摩擦力矩参数的经验概率密度函数及其模糊预报模型,并对摩擦力矩的均值上界和最大值上界进行预报.对HKTA和HKTB两种轴承摩擦力矩参数的试验研究表明,在99%～100%置信水平下,预报结果与试验结果之间的误差很小,最大绝对误差仅为0.081 1个设定单位,最大相对误差仅为10.165%,可以满足航天工程的要求.      

高温环境下角接触球轴承磨损寿命分析

针对高温环境下轴承材料性质和润滑状态变化,造成轴承磨损加剧,过早丧失精度的问题。首先开展高温环境下轴承用材料的摩擦磨损试验,获取材料的磨损系数。在此基础上,考虑温度、润滑、轴承材料属性等对轴承磨损性能的影响,建立高温角接触球轴承磨损模型,通过数值求解探讨工况参数和结构参数等对轴承磨损性能的影响,并评估轴承的磨损寿命。结果表明：对于高温轴承材料无磁合金GH05,在高温300 ℃摩擦状态下平均磨损系数为2.5×10^-7 mm²/N;随着载荷、转速、温度的增加,轴承内、外滚道的磨损率均不断增大,其中内圈磨损率大于外圈,内圈磨损特性决定着轴承的磨损寿命;载荷和转速是决定轴承磨损寿命的主要因素,轴承主结构参数对磨损寿命具有重要影响,通过结构优化可提高轴承磨损寿命。     

气体止推箔片轴承试验台设计及试验

设计并制造了带有箔片密封式活塞加载装置的气体止推箔片轴承试验台,对带有冷却通道和径向辐射分布波纹箔片的止推箔片轴承进行了试验研究,分别在15000,20000,25000r/min转速下采用摩擦力矩法对带有冷却通道的止推箔片轴承进行了承载力测试试验.结果表明:带有箔片密封结构的活塞式加载装置能够很好地实现止推轴承加载功能,验证了试验台设计的成功,该止推箔片轴承在不同转速下分别得到了145,195,260N的推力,并且轴承承载力和气膜间隙成非线性关系.      

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。      

两轮升压式空气动压轴承涡轮冷却器起浮压力计算

通过分析两轮升压式空气动压轴承涡轮冷却器的起浮原理,建立了计算起浮压力的方法.按照该方法编制程序计算了某型涡轮冷却器在不同条件下的起浮压力,计算结果与试验实测数据吻合较好,说明计算方法具有较高准确度.通过计算和分析可以看到涡轮出口背压和轴承预紧对轴承起浮影响较大,背压越低则起浮压力越低;轴承预紧力越大则起浮压力越高.      

航空发动机异型推力轴承轴向力测试方法

某型航空发动机推力轴承外环与鼠笼弹支集成一体式,为满足该轴承轴向力测试要求,提出了一种新型轴向力测试改装设计和双向轴向力测试方法,给出了轴向力测试改装原则、等弯矩测力环结构设计方法及力学模型、强度计算对比分析、贴片引线设计、测试结果分析,并与现场测试结果进行了对比。理论计算与现场标定试验结果误差小于5%;现场试车中,双向测力环同步准确判断出轴向力换向转捩点,由此验证提出的轴向力测试方法具有很高的工程应用价值。     

高速球轴承打滑的临界负荷研究

对高速球轴承滚动体受力分析,得出其打滑机理.建立轴承零件相互位置关系模型确定了各零件的理论转速.用拟静力学和拟动力学结合的方法计算承受联合负荷球轴承的临界轴向负荷.以27927NK1W1(H)航空轴承为算例,研究了承受不同载荷的临界负荷.结果表明径向载荷对临界负荷值的影响较大;当保持架转速明显趋于平稳且承载滚动体不发生打滑时,得到承受联合负荷轴承的临界负荷.用Gupta的典型算例和Poplowski的试验结果对该方法的可靠性进行了验证.