高速圆柱滚子轴承特殊兜孔保持架摩擦磨损性能研究

作     者：桑得雨 

作者单位：河南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘延斌

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：圆柱滚子轴承 保持架 特殊兜孔 动力学 摩擦磨损性能 

摘      要：高速圆柱滚子轴承广泛应用于航空发动机转子系统和传动系统,高速轻载是其典型工况,该工况下保持架的外引导面与引导套圈、保持架兜孔与滚子之间的碰撞更为激烈,其摩擦磨损也随之加重。保持架的外引导面和兜孔作为保持架摩擦磨损最严重的区域,摩擦磨损过度时将导致保持架产生断裂失效而直接影响到轴承的使用寿命和航空发动机的服役时间。为研究高速圆柱滚子轴承保持架的摩擦磨损性能,本文以斜面兜孔和V形兜孔为特殊兜孔,研究了特殊兜孔的形面几何参数对保持架摩擦磨损性能的影响,分析了不同保持架结构参数、工况参数对特殊兜孔保持架摩擦磨损性能的影响,主要研究工作和成果如下:(1)研究特殊兜孔-滚子接触副的润滑稳定性。提出兜孔-滚子接触副润滑稳定性的评判方法,使用CFD软件Fluent及后处理软件探讨了不同边界形状、兜孔形状对兜孔-滚子接触副润滑稳定性的影响,为特殊兜孔形面的选择提供依据。(2)建立高速圆柱滚子轴承的接触模型及动力学分析模型。以斜面兜孔保持架和V形兜孔保持架为研究对象,对圆柱滚子轴承各部件间的相互运动关系进行分析,建立了斜面兜孔圆柱滚子轴承和V形兜孔圆柱滚子轴承各元件间的相互接触模型,获得轴承动力学理论分析方法。在上述接触机理分析的基础上,基于多体动力学软件ADAMS及用户自定义子程序,建立了高速圆柱滚子轴承流体润滑与多体动态接触耦合仿真模型,通过试验验证了所建分析模型的可靠性,为后文特殊兜孔保持架的摩擦磨损性能的研究提供理论支撑和仿真条件。(3)研究高速圆柱滚子轴承特殊兜孔保持架的摩擦磨损性能。以时间平均磨损率作为保持架摩擦磨损性能的评价指标,研究了兜孔形面几何参数对保持架摩擦磨损性能的影响;分析了保持架间隙比(兜孔间隙-引导间隙的比值)、内圈转速、径向载荷对特殊兜孔保持架摩擦磨损性能的影响,结果表明:兜孔形面几何参数对保持架的摩擦磨损性能有显著影响,通过调整兜孔形面几何参数可有效改善保持架的摩擦磨损性能;兜孔间隙和引导间隙对特殊兜孔保持架摩擦磨损性能的影响显著,应合理设计其取值;内圈转速对特殊兜孔保持架摩擦磨损性能的影响显著,保持架外引导面和兜孔的时间平均磨损率随着内圈转速的增加而增加。本文的研究结果可为轴承保持架的结构设计提供应用参考价值。