某发动机高温轴承凸耳断裂故障分析

为了解决某发动机加力燃烧室可调喷口前导轨处高温轴承在装配中经常发生内圈凸耳断裂的问题，对该高温轴承的结构和材料性能进行了分析，通过调整轴承结构尺寸及加工工艺，解决了该高温轴承内圈凸耳断裂故障，保证了某机生产任务的顺利完成。     

电磁轴承失效后航空发动机转子跌落动力学分析

为研究航空发动机用主动电磁轴承失效后,发动机转子跌落在辅助轴承上对轴承、轴承座乃至整个发动机造成的冲击,建立了转子跌落及碰撞的力学模型。以模拟转子为研究对象,通过有限元法及Newmark-Beta法求解了模拟转子跌落及碰撞方程。计算结果表明:转子高速跌落时,转动动能若无法有效消减,转子将在轴承内圈长时间涡动,导致轴承内圈表面产生极大的接触应力及变形;辅助轴承的支撑刚度有降低振幅的作用,支撑阻尼有消减振动能量的作用。实际应用时,选择适中的辅助轴承支撑刚度和较大的支撑阻尼,通过两者相匹配可有效减小转子跌落对发动机机体的冲击,同时快速降低跌落冲击造成的振动。     

带有弹性减振器的磁悬浮转子跌落的动力学分析

为了防止磁悬浮轴承失效后高速旋转转子损坏磁悬浮轴承系统,主动磁悬浮轴承还需要保护轴承对转子起到临时支承作用。针对磁悬浮轴承失效后转子跌落在保护轴承上产生的振动与冲击,设计了1种在转子上安装弹性减振器的结构,运用动力学仿真软件ADAMS对转子-弹性减振器-保护轴承进行了动力学仿真,并进行了试验验证。结果表明:弹性减振器结构可明显减少轴承内圈所受的冲击。     

基于内圈滚道廓形的圆柱滚子轴承旋转精度

在轴承几何关系和运动关系分析基础上,建立了考虑内圈滚道廓形的圆柱滚子轴承径向跳动数学模型,分析了内圈滚道圆度误差幅值、谐波阶次、滚子个数以及径向游隙对轴承旋转精度的影响规律,并验证了模型的正确性.结果表明:内圈滚道的圆度误差对轴承旋转精度的影响较大,内圈滚道圆度误差幅值对轴承旋转精度影响较大,内圈滚道低阶谐波对轴承旋转精度的影响较高阶谐波显著;当内圈滚道谐波阶次为滚子个数的整数倍时,轴承旋转精度显著下降;减小内圈滚道圆度误差幅值能有效提高圆柱滚子轴承的旋转精度.      

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。     

高速轻载圆柱滚子轴承打滑特性试验与分析

针对航空发动机圆柱滚子轴承在高速轻载条件下的打滑问题，开展试验与理论研究。基于滚动轴承打滑试验，探究内圈转速、径向载荷对轴承打滑特性的影响。同时考虑轴承工作径向游隙变化，求解滚子受力情况与轴承总力矩，并结合试验结果进行分析。研究表明，轴承内圈转速低于10 000 r/min时，径向载荷增大使轴承工作径向游隙增大，同时加剧轴承打滑程度。随着内圈转速升高，轴承工作径向游隙逐渐减小；存在内圈临界转速，此时轴承打滑率最大。不同径向载荷下内圈临界转速有所差别，本次试验所得内圈临界转速在7 000～8 000 r/min之间。轴承整体滚子的总力矩直接影响轴承打滑程度。     

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。      

基于剪切波变换对Si3N4陶瓷轴承内圈沟道表面缺陷检测的分析

为有效检测航空动力系统中Si₃N₄陶瓷轴承内圈沟道表面凹坑、划痕、擦伤的缺陷。采用中值滤波除去Si₃N₄陶瓷轴承内圈沟道原始图像零散噪点，对其处理图像进行剪切波变换，归一化阈值曲面法对变换后的剪切波系数进行重构、剪切波逆变换获取缺陷增强图像，对缺陷增强图像进行灰度阈值分割与识别分类，定位提取缺陷。基于剪切波变换的Si₃N₄陶瓷轴承内圈沟道的表面缺陷检测方法能有效的检测出Si₃N₄陶瓷轴承内圈沟道表面的缺陷。该方法对Si₃N₄陶瓷轴承内圈沟道表面缺陷提取的准确率可达97.50%，具有高精度与高准确性，满足预期要求。     

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。     

保护轴承系统中弹性环不同安装位置对转子跌落后动力学响应的影响

针对磁悬浮轴承系统中通常需要一套保护轴承作为磁悬浮轴承失效后转子的临时支撑,转子跌落后将产生的巨大冲击和振动这一问题,提出将弹性环分别安装于转子和保护轴承外圈两种不同位置来缓冲转子跌落所带来的冲击和振动.针对两种位置建立转子跌落的动力学模型,并对所建立的模型进行数值仿真计算,主要分析对比了安装位置不同对转子跌落后碰撞力、轴心轨迹和保护轴承内圈转速的影响.在理论分析的基础上,进行了相应的试验研究.仿真和试验结果表明:将弹性环安装于转子上更能有效地减小转子跌落后的振动幅度和冲击力.      

轴连轴承温度场的有限元分析

根据轴连轴承组件的结构及特点,建立了有限元模型,实现了对轴连轴承温度场的有限元分析.首先采用拟静力学方法分析出轴承工作时钢球的自转速度,然后计算出轴承在不同的内圈转速、轴向载荷和径向载荷下的功率损失,最后使用ANSYS软件计算出轴承的温度分布.通过算例分析了不同工况对轴连轴承工作温度分布的影响,并进行了试验验证,结果表明:轴向载荷和内圈转速对轴承温度分布影响较大,而径向载荷的变化对轴承温升影响不显著.      

弹性支承下的双半内圈角接触球轴承振动分析

针对弹性支承下的双半内圈角接触球轴承,考虑弹性支承体与轴承外圈、轴承座之间的刚柔耦合特性,建立了弹性支承下的双半内圈角接触球轴承非线性动力学微分方程.采用精细积分法和预估-校正Adams-Bashforth-Moulton多步法相结合的算法,对非线性动力学微分方程进行求解,并对弹性体支承的双半内圈角接触球轴承振动特性进行了理论分析.分析结果表明:①通过增加支承体过渡沟槽个数可大幅度降低内圈振幅;套筒环厚度对轴承振幅影响相对较小,随着套筒环厚度的增加,内圈振幅先减小后增大;②轴向力较小时,采用过渡沟槽个数多的支承体能够降低振动幅值;轴向力较大时,适当减少过渡沟槽个数,有利于系统稳定;③存在一个最佳的过渡沟槽个数和套筒环厚度,使得轴承径向振动幅值达到最小.      

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.      

脉冲爆震轴向载荷对双半内圈球轴承疲劳寿命的影响

针对脉冲爆震涡轮发动机(PDTE)中的周期性、强非定常轴向载荷可能导致滚珠轴承可靠性降低的问题,应用损伤力学理论和有限元法建立了PDTE中双半内圈球轴承的疲劳寿命预测模型,研究了在脉冲爆震燃烧室(PDC)引入的周期性、强非定常轴向载荷作用下双半内圈球轴承的疲劳寿命。研究结果表明双半内圈球轴承的两个半内圈均在接触区次表面最大切应力位置处萌生裂纹,随后裂纹逐渐扩展至表面导致轴承疲劳失效。在PDC爆震阶段,由于引起第一半内圈疲劳损伤的切应力范围较小,因此第一半内圈的疲劳寿命较高;而在PDC填充和排放阶段,由于接触摩擦作用以及滚珠滚过第二半内圈时产生较大的切应力范围,从而导致第二半内圈的疲劳寿命较低。在对PDC爆震阶段引入的峰值轴向载荷进行合理设计后,PDTE中双半内圈球轴承的疲劳寿命主要由第二半内圈的接触状态和轴承的润滑条件决定。本文的研究成果为PDTE中滚珠轴承的选型与设计提供参考。     

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.      

Morlet复小波频带优化及其在中介轴承故障诊断中的应用

针对中介轴承故障信号特点,提出了一个既能反映信号中冲击成分强弱,又能突出周期性脉冲特征的新的频带优化参数——局部包络谱峰值因子,并应用其对中介轴承故障信号Morlet复小波共振解调频带进行优化。为验证该方法的优越性,搭建双转子实验台开展中介轴承外圈故障及内圈故障模拟实验,采用局部包络谱峰值因子频带优化的Morlet复小波的对采集的试验数据进行分析。以内外圈转速均为600 r/min的中介轴承为例,外圈故障频率的理论值为88 Hz,利用局部包络谱峰值因子频带优化得到的外圈故障频率为8725 Hz。结果表明该指标能够提取出中介轴承故障频率峰值,有效地将故障信息从振动信号中分离出来,实现中介轴承故障诊断。     

航空发动机主轴承设计

本文总结了航空发动机主轴承设计要求和设计程序,并以双半内圈角接触球轴承为例说明轴承初步设计的方法。     

基于CFD的风扇驱动齿轮箱流场和温度场特性分析

建立了GTF(geared turbofan)发动机风扇驱动齿轮箱仿真模型,采用RNG(renormalization-group) k -ε湍流模型和MRF(multiple reference frame)模型对风扇驱动齿轮箱内部流场和温度场进行了数值模拟。结果表明:在齿轮箱外啮合啮入、啮出位置,由于分油盘喷油口所在的两个倒角平面和流体速度方向垂直,出现了局部的涡流。齿轮箱中行星轮齿面温度最高,太阳轮其次,内齿圈温度最低。行星轮轴承滚子温度高于轴承内、外圈,行星轮轴承内圈采用环下润滑冷却方式,轴承内圈温度较低,行星轮轴承外圈温度受行星轮齿轮本体温度的影响,比内圈温度高。行星齿轮轮齿沿齿宽方向中间位置有一个温度峰值。沿齿高方向,靠近行星轮齿顶位置有一个较高的温度峰值,靠近齿根位置有一个相对较低的温度峰值。     

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。     

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.