高速角接触球轴承保持架稳定性研究进展

随着中国航空航天和装备制造业的发展,对其中的关键基础零部件滚动轴承的精度、寿命和可靠性提出了更高的要求。高速滚动轴承的动态性能特别是保持架的稳定性问题越来越引起人们的重视,保持架不稳定引起的摩擦力矩波动或保持架断裂是高速滚动轴承主要失效形式之一。本文在课题组已有工作积累和文献资料调研基础上,系统总结了保持架动态特性理论和试验研究进展、保持架稳定性影响因素、稳定性判据和优化准则,分析评述了目前研究中存在的不足,并对今后的研究方向进行了展望,比如保持架稳定涡动的机理,乏油润滑状态下接触副的摩擦磨损特性,润滑剂损失、退化引起的润滑参数的变化以及磨损引起的零件几何参数的变化对保持架动态性能的影响。开发高效、可靠的滚动轴承动力学分析软件,并与产品设计、寿命试验相结合提高轴承产品的质量,以适应中国航空工业发展对高性能滚动轴承的需求,已经成为一项迫切的任务。     

陶瓷轴承滚珠直径对转子临界转速的影响

基于赫兹(Hertz)接触理论分析了陶瓷轴承滚珠直径对轴承刚度的影响规律,并以此作为微型涡喷发动机设计中调整临界转速的依据进行了实验验证.实验使用某微型涡喷发动机,分别以两组滚珠直径不同的陶瓷轴承为支撑,测取临界转速.结果证明,该方法可以改变转子临界转速,为微型涡喷发动机设计中调整临界转速提供了经验依据.      

航空发动机中介轴承的动力学减载设计

通过对3种典型的航空发动机中介轴承各30台份的试车数据统计,得到使中介轴承免受“同步冲击”的原则,即:中介轴承内、外环特征频率同风扇叶片气动激振频率的整倍数接近至2%的范围内的情况为危险区域,禁止发动机在此区域长期工作.继而提出了带中介轴承的转子系统优化迭代的动力学设计方法, 通过调整叶片数目或高、低压转子转速比,直至保证危险区域的范围不超过发动机工作范围（从慢车状态至最大状态）的10%.该方法可使中介轴承免受“同步冲击”,有效地降低轴承滚道上的动载荷,提高中介轴承的疲劳寿命.      

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。     

多(全)电发动机

简要介绍了磁性轴承、整体式起动／发电机和燃气涡轮发动机分布式控制系统的工作原理、发展状况和关键技术。     

电磁轴承支承的柔性转子在轴承失效后坠落过程中的瞬态响应

研究了主动电磁轴承支承的单盘柔性转子系统在磁轴承失效后转子坠落在带有固定间隙的滚动型备用轴承上的瞬态响应,分析了备用轴承的各种参数对瞬态响应的影响。结果发现系统出现了以自由落体-碰撞弹起-自由落体为特征的在间隙圆底部的摆动运动、以碰撞弹起-加速落体-碰撞弹起为特征的在整个间隙圆范围的碰撞型回转运动以及轴颈与备用轴承始终接触在一起的摩擦型回转运动等3种运动形式。碰撞型回转运动实际上是由碰撞过程中部分周向的摩碰引起,而摩擦型回转运动是由轴颈与备用轴承之间的全周干摩擦所致。碰撞型回转运动和反向摩擦型回转运动对备用轴承的影响最为严重。     

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。     

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。      

高速频繁起停球轴承设计与试验

为解决涡轮起动机用轴承在高速、频繁起停工况下易失效的问题,结合轴承设计准则,进行涡轮起动机用轴承结构参数设计和材料选取。基于轴承动力学理论,建立了动力学模型并进行了仿真分析,研究高速、频繁起停工况下的轴承动力学行为。在自主研发的试验机上进行轴承试验,试验过程中监测轴承温升及振动加速度值,轴承频繁起停、最高转速达12 000 r/min时,试验轴承温度低于130 ℃,振动加速度低于3.0g,试验后轴承无异常,验证了轴承设计和材料选取合理。通过优化设计和试验验证结果表明:轴承转速可达12 000 r/min,起动时间仅需60 s,停止时间仅需40 s,轴承能够完成连续频繁起停3 000次以上。      

Thermoelastohydrodynamic analysis of misaligned bearings with texture on journal surface under high-speed and heavy-load conditions

Hydrodynamic journal bearings are used to support the planetary gears in the transmission system of a Geared Turbo Fan engine, and they operate under severe working conditions, such as misalignment, high speed, and heavy load. Surface texture is regarded as an effective approach to improve mechanical properties under severe working conditions. However, the effects of surface texture on misaligned journal bearings under severe conditions have not been well studied. Therefore, a thermoelastohydrodynamic(TEHD) lubricating model with a textured and misaligned journal is presented in this study. Solid deformation, heat transfer between oil and the bearing, and heat convection between air and the bearing are considered in the model. The effects of cavitation and viscosity-temperature are also taken into account. The impacts of surface texture parameters and the misalignment angle on lubricating properties are investigated in the model. Results indicate that the bearing lubricating performance is greatly improved by optimal surface texture considering journal misalignment. The maximum oil film pressure and load-carrying capacity of a journal bearing increase with journal misalignment. Meanwhile, the oil film temperature increases sharply while considering misalignment.     

磁悬浮多电发动机的研究

多电发动机是一个新概念的航空动力装置,是现代科技与航空动力科技相结合的方向。本文通过无人机用磁悬浮多电发动机的设计、转子模拟试验研究、辅助轴承试验研究等有关多电发动机部分关键技术的研究和发动机台架试车情况的描述,介绍了磁悬浮多电发动机试验研究概况。     

飞机锁类机构性能退化可靠性分析方法综述

随着航空航天装备的快速发展,对飞行器装备的可靠性要求逐渐提高,飞机锁类机构的可靠性对飞机起降的安全至关重要。以飞机舱门锁机构为研究对象,首先通过文献调研了大量舱门锁机构并分析了锁机构的特点和失效模式,阐述了锁机构的工作原理。其次综述了锁机构失效机理建模、机构渐变损伤的研究现状以及目前存在的问题,分析了国内外有关锁机构可靠性的研究现状;并针对多连杆机构可靠性分析和锁机构可靠性分析进行了分类梳理。最后对锁机构的可靠性分析研究思路进行总结,并对目前复杂锁机构的可靠性分析存在的问题及其研究趋势进行了展望。     

航空轴承钢的发展及热处理技术

随着航空航天技术的发展,轴承钢的种类和承温能力逐渐提高。而轴承钢的热处理技术对轴承钢的服役寿命及轴承性能的发挥起着关键性的作用,我国航空航天轴承的热处理技术一直处于发展阶段,与国外轴承钢的热处理技术相比仍有一定的上升空间。搜集国内外轴承钢相关的热处理文献,总结了国内外航空航天轴承钢及热处理技术的发展。主要论述了GCr15、8Cr4Mo4V、G13Cr4Mo4Ni4V等轴承钢的热处理技术,介绍了GCr15轴承钢的马氏体等温淬火、贝氏体等温淬火、马氏体+贝氏体混合等温淬火组织,详细介绍了国外M50轴承钢的热处理工艺方法、工艺参数及获得的热处理组织。     

基于LTSA融合降维法的滚动轴承可靠性评估方法

为了保障滚动轴承在给定工况下安全平稳地运行,提出了一种基于局部切空间排列(LTSA)和威布尔比例故障率模型(WPHM)的滚动轴承可靠性评估方法.该方法提取滚动轴承整个寿命周期的时域、频域、时频域及统计等不同分析域上的特征指标,从中筛选出包含滚动轴承运行状态的特征指标,构建出高维多域特征集;利用局部切空间排列算法对高维多...     

圆柱滚子中介轴承拟静力学分析

航空燃气涡轮发动机为了提高性能经常采用中介轴承.中介轴承对发动机转子系统的动力特性的影响很大,但国内外对中介轴承动力学特性的研究却很少.本文采用拟静力学法,通过分析圆柱滚子中介轴承的运动关系和受载情况,建立了相应的计算模型.本文应用所建立的模型,计算了圆柱滚子中介轴承的动力学特性,并将计算得到的滚子打滑率与试验结果进行了比较.在此基础上,进一步对内外圈反向旋转,且内圈与高压转子联接、外圈与低压转子联接的中介轴承进行了分析,研究了保持架转速、滚子自转转速以及滚子与保持架的接触力随径向载荷变化的关系.研究结果表明,随着径向载荷的增加,保持架转速、滚子自转转速以及滚子与保持架的接触力均增大.     

直升机总体设计思路和方法发展分析

直升机总体设计对于型号研制成功与否有着极为重要的影响。随着直升机相关学科以及信息化技术的发展,直升机总体设计亦从传统的原准机设计法、参数统计法等发展到现代的多学科设计优化法。特别是系统工程和并行工程思想以及现代项目管理理念在航空产品研制中的应用,对直升机的总体设计思想产生了重大影响,推动着直升机总体设计向智能化、综合化和系统化方向发展。首先,简要回顾了直升机总体设计技术的发展历程,介绍了传统设计方法和现代设计方法在型号中的应用及其相互之间的差异;然后,重点分析了系统工程和并行工程思想、现代项目管理理念、直升机新构型以及数字化技术对直升机总体设计思想和方法的影响;最后,展望了直升机总体设计方法的未来发展趋势。     

电磁轴承及其应用第一部分 电磁轴承的发展及其应用前景

第一部分简述了电磁轴承及电传动技术在国内外的发展及其在航空领域中的应用前景.第二部分介绍了在燃气涡轮发动机中电磁轴承的设计要求、主要设计问题及其解决方法.     

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...     

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。     

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.