圓柱滾子軸承研究綜述及動力學(xué)分析

1、圓柱滾子軸承研究綜述及動力學(xué)分析 2014.1.12滾子軸承是用短圓柱、圓錐或腰鼓形滾子作滾動體的滾動軸承。向心短圓柱滾子雙列向心球面滾子圓錐滾子推力滾子等圓柱滾子軸承力學(xué)特性研究是研究圓柱滾子軸承工作特性、壽命和可靠性的基礎(chǔ),包括軸承載荷分布、接觸剛度和接觸阻尼等接觸力學(xué)特性的研究。航空發(fā)動機(jī)主軸采用的圓柱滾子軸承,通常在高Dn值和輕載狀態(tài)下工作。這種狀態(tài)下,疲勞破壞已不再是主要故障因素,軸承元件的動態(tài)不穩(wěn)定性如保持架渦動、滾子打滑、擺動等成為軸承的主要破壞原因。國內(nèi)研究南京航天南京航天航空大學(xué)航空大學(xué)采用彈性流體動力潤滑理論。采用彈性流體動力潤滑理論。分別研究了不考慮離心力影響和考慮離心力

2、影響時分別研究了不考慮離心力影響和考慮離心力影響時,滾動軸承最小油膜厚度和油膜剛度隨載荷參數(shù)的變滾動軸承最小油膜厚度和油膜剛度隨載荷參數(shù)的變化規(guī)律。組合接觸剛度和油膜剛度化規(guī)律。組合接觸剛度和油膜剛度,推導(dǎo)了綜合剛度推導(dǎo)了綜合剛度的表達(dá)式。的表達(dá)式。哈爾濱工哈爾濱工業(yè)大學(xué)業(yè)大學(xué)唐云冰博士黃浩博士分析了圓柱滾子軸承軸承剛度隨外載荷軸承轉(zhuǎn)速軸承分析了圓柱滾子軸承軸承剛度隨外載荷軸承轉(zhuǎn)速軸承游隙彈性流體油膜和工作溫度等因素的變化規(guī)律。游隙彈性流體油膜和工作溫度等因素的變化規(guī)律。從理論上分析了軸承支座變形對軸承內(nèi)部載荷分布和從理論上分析了軸承支座變形對軸承內(nèi)部載荷分布和軸承疲勞壽命以及軸承剛度的影響。

3、軸承疲勞壽命以及軸承剛度的影響。擬動力學(xué)設(shè)計(jì)擬動力學(xué)設(shè)計(jì)分析方法的理分析方法的理論基礎(chǔ)論基礎(chǔ)采用Hertz彈性接觸理論和套圈滾道控制的假設(shè)建立了擬動力學(xué)分析方法,在軸承力與力矩平衡方程中考慮了滾珠離心力和陀螺力矩影響?？紤]了彈性流考慮了彈性流體動力潤滑體動力潤滑動力學(xué)分析方動力學(xué)分析方法法接觸潤滑理論接觸潤滑理論1960年A.B.Jones1971年T.A.Harris1971年CT.waltersD.Dowson等擬動力學(xué)-動力學(xué)進(jìn)一步發(fā)展和完善軸承擬動力學(xué)設(shè)計(jì)方法,推導(dǎo)出的大部分方程是合理的,但是切向摩擦力計(jì)算值偏高。沒有考慮保持架運(yùn)動。該分析方法考慮軸承從轉(zhuǎn)動開始的整個動力學(xué)過程,考慮軸

4、承零件速度變化和相應(yīng)慣性力影響,包括滾動體四個自由度和保持架六個自由度的運(yùn)動方程,通過對動力學(xué)方程組進(jìn)行積分,可以得到軸承轉(zhuǎn)動后任意時刻滾動體和保持架的位移、轉(zhuǎn)速以及軸承內(nèi)部滑動情況 。 Hertz彈性接觸理論彈性接觸理論 軸承疲勞壽命理論等軸承疲勞壽命理論等 彈性流體動力潤滑理論彈性流體動力潤滑理論載荷載荷分布分布特性特性剛度剛度特性特性疲勞疲勞壽命壽命圓柱滾子軸承研究 研究除考慮外加負(fù)荷外，還考慮了潤滑和滾子的離心力對負(fù)荷分布的影響。 軸承的負(fù)荷分布的計(jì)算屬于靜不定問題，通過變形協(xié)調(diào)方程和平衡方程，采用迭代法求解出軸承各滾子的負(fù)荷分布。動態(tài)載荷研究式中彈性變形量 線接觸問題的彈性變形量亦稱

5、彈性趨近量 ，沒有準(zhǔn)確的解析解，但是存在很多近似公式和經(jīng)驗(yàn)公式。 其中 Palmgren 給出了滾動軸承常用的鋼制滾子的經(jīng)驗(yàn)公式：（1） 在動態(tài)狀況下，滾子軸承內(nèi)圈以ni 轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，滾子在滾道中的位置在不斷地變化。 假設(shè)軸承的游隙仍為ur ，除受純徑向負(fù)荷Fr 作用外，同時還考慮滾子離心力Fw 和油膜厚度hc 的影響。 軸承外圈受力如圖： 假設(shè)滾子公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速nw_ j是相等的，等于nw ，因此各滾子的離心力均為： 當(dāng)滾子與外圈間只有離心力作用時，由式1，產(chǎn)生的接觸變形為：（2）（3）建立變形協(xié)調(diào)關(guān)系 我們假設(shè)在軸承的頂端始終有一個虛滾子。 其承受來自外圈的負(fù)荷為Qout_max ，產(chǎn)生的 Hertz 接觸變形為out_max ； 承受來自內(nèi)圈的負(fù)荷為Qin_max ，產(chǎn)生的 Hertz 接觸變形為in_max ， 有如下關(guān)系：（4） 若不考慮套圈的彎曲變形，與負(fù)荷作用線夾角 j處的滾子的 Hertz 接觸變形量wj 的變形協(xié)調(diào)方程為：（5）hc中心油膜厚度 可求得角度 處滾子與外、內(nèi)圈間的彈性接觸變形量out _j 和in _j。不考慮套圈的彎曲變形，角度 處的外圈與滾子間的法向接觸負(fù)荷與變形的關(guān)系為:（6）（7） 分析此靜不定問題，軸承外圈在負(fù)荷Fr滾子接觸負(fù)荷Q 作用下的平衡方