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弹流润滑影响下的轴承耦合缺陷动力学建模研究

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机械科学与技术 2023年

作者：张博刘韬王振亚阮强云南省先进装备智能制造技术重点实验室昆明理工大学机电工程学院

针对传统动力学模型未考虑弹流润滑的影响以及深沟球轴承多点缺陷理论参考较少的问题。基于非线性Hertz接触理论与时变位移激励函数，建立了弹流润滑影响下的具有耦合缺陷的深沟球轴承二自由度动力学模型。通过对比缺陷轴承实验信号与... 详细信息

针对传统动力学模型未考虑弹流润滑的影响以及深沟球轴承多点缺陷理论参考较少的问题。基于非线性Hertz接触理论与时变位移激励函数，建立了弹流润滑影响下的具有耦合缺陷的深沟球轴承二自由度动力学模型。通过对比缺陷轴承实验信号与数值仿真信号的幅频信息，验证了动力学模型的准确性。并依据此模型分析了缺陷宽度、径向载荷、转速对油膜参数、典型时域特征参数的影响。分析表明：随着缺陷宽度、径向载荷的增大，有量纲指标峰值、均方根值与无量纲指标峭度因子、脉冲因子均呈现增大趋势；随着转速的增大，峰值、均方根值与峭度因子、脉冲因子呈现相反的趋势；随着径向载荷、转速的增大，油膜参数也呈现相反的趋势。

关键词：深沟球轴承动力学建模耦合缺陷弹流润滑

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弹流润滑界面织构形貌的功能保持性分析

润滑与密封 2023年

作者：李直乔旭钱徐志明杜溢渊刘焜太原科技大学车辆与交通工程学院合肥工业大学机械工程学院

在弹流润滑条件下，为研究点接触摩擦副织构表面形貌在工作过程中的功能保持性，以光滑球与粗糙平面构成的接触副作为研究对象，设计了3组具有不同凹坑面积占有率和相同深径比的织构表面。根据点接触等温弹流润滑理论建立幅值缩减曲线... 详细信息

在弹流润滑条件下，为研究点接触摩擦副织构表面形貌在工作过程中的功能保持性，以光滑球与粗糙平面构成的接触副作为研究对象，设计了3组具有不同凹坑面积占有率和相同深径比的织构表面。根据点接触等温弹流润滑理论建立幅值缩减曲线，结合快速傅里叶变换预测了不同工况参数下织构表面弹性变形引起的弹流润滑接触界面功能特性的变化。采用三维形貌参数体系ISO 25178中的Sa和Vvv表征了表面功能特性的变化过程，并利用MMW-1000型摩擦磨损试验机对设计的织构试样进行摩擦试验，研究了表面形貌的功能特征以及摩擦特性随载荷和转速的变化规律。研究结果发现：随着载荷、转速等工况参数的变化，摩擦副接触界面织构形貌发生了弹性变形，变形改变了织构表面的三维形貌参数和功能特性，且形貌参数的变化与界面摩擦系数在不同工况下呈现的规律具有相关性。在进行弹流润滑条件下的织构研究中，结合三维形貌参数体系能更好地衡量真实接触表面微结构的功能特性保持情况。

关键词：弹流润滑幅值缩减表面织构三维形貌参数功能特性

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弹流润滑条件下织构表面亚表层特性研究

润滑与密封 2023年第2期48卷 70-74页

作者：李直徐志明杜溢渊乔旭钱刘焜太原科技大学机械工程学院山西太原030024 合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009

为研究在弹流润滑状态下表面形貌对亚表层特性的影响,利用激光加工方法获得2种微凹坑型织构表面形貌,通过将实测的表面形貌坐标输入弹流润滑数值计算程序得到油膜压力和膜厚分布;以对应工况的油膜压力作为表面法向压应力,利用Rabinowic... 详细信息

为研究在弹流润滑状态下表面形貌对亚表层特性的影响,利用激光加工方法获得2种微凹坑型织构表面形貌,通过将实测的表面形貌坐标输入弹流润滑数值计算程序得到油膜压力和膜厚分布;以对应工况的油膜压力作为表面法向压应力,利用Rabinowicz经验公式算出剪切应力;将表面法向压应力和切向剪应力叠加后对弹流润滑界面亚表层特性进行仿真研究。结果表明:表面织构使亚表层应力分布发生显著改变;微凹坑直径、卷吸速度对亚表层应力的大小与分布有不同的影响;亚表层变形在摩擦过程中呈现随深度增加先缓慢减小后快速下降的规律,研究结果将为通过表面形貌设计改善轴承等零件受力状况提供理论支持。

关键词：弹流润滑表面织构亚表层应力分布应变深度

弹流润滑作用下打滑效应引起的球轴承外圈缺陷频率偏差研究

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轴承 2023年

作者：杨洪峰张超刘佳雪徐帅肖萌内蒙古自治区机电系统智能诊断与控制重点实验室内蒙古科技大学机械工程学院

振动频谱对比与分析是深沟球轴承故障检测的主要手段，滚动体在轴承滚道内发生打滑将影响深沟球轴承故障检测的准确性。本文建立了考虑打滑效应的深沟球轴承外圈故障动力学模型，将滚动体经过故障区域时所受的力设定为瞬时激励函数，同... 详细信息

振动频谱对比与分析是深沟球轴承故障检测的主要手段，滚动体在轴承滚道内发生打滑将影响深沟球轴承故障检测的准确性。本文建立了考虑打滑效应的深沟球轴承外圈故障动力学模型，将滚动体经过故障区域时所受的力设定为瞬时激励函数，同时由弹流润滑理论获得了滚动体与各部件接触时的等效接触刚度与阻尼，并获取了轴承打滑效应引起的外圈故障频率，并通过试验验证了模型的正确性。结果表明，载荷与转速对轴承打滑效应影响较大，且由于打滑效应的存在，轴承外圈故障频率较理论值出现了偏差。研究结果为深沟球轴承故障诊断和状态监测提供了一定的理论依据。

关键词：深沟球轴承打滑效应弹流润滑故障频率

关于椭圆接触弹流润滑Hamrock-Dowson膜厚公式的再思考

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摩擦学学报 2022年第1期42卷 47-54页

作者：金微郭峰荆兆刚青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520

使用常用的Hamrock-Dowson公式计算椭圆点接触中心油膜厚度时发现:当维持接触区中心赫兹压力为常数,增加椭圆比ke超过一定值时,得到的中心膜厚不升反降,这与其物理本质相悖.应用有限单元法重新对等温椭圆接触弹流润滑问题进行了数值计算... 详细信息

使用常用的Hamrock-Dowson公式计算椭圆点接触中心油膜厚度时发现:当维持接触区中心赫兹压力为常数,增加椭圆比ke超过一定值时,得到的中心膜厚不升反降,这与其物理本质相悖.应用有限单元法重新对等温椭圆接触弹流润滑问题进行了数值计算,提出新的表征椭圆接触的综合几何参数.在较大的速度和载荷范围内下,依据数值计算结果,拟合出修正端泄因子和修正中心膜厚公式.修正公式与数值计算结果相吻合,且正确地表达了膜厚与椭圆比的关系.

关键词：弹流润滑椭圆比有限单元法端泄因子油膜厚度

弹流润滑界面织构表面形貌对亚表层特性的影响研究

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弹流润滑界面织构表面形貌对亚表层特性的影响研究

作者：徐志明太原科技大学

学位级别：硕士

齿轮、轴承作为基础零部件在车辆中广泛应用,其工作性能直接关系到车辆的行驶舒适性与安全性。随着汽车产业越来越庞大,且不断向电能、氢能等领域发展,这些零部件的工作环境愈加复杂,弹流界面如何降低摩擦磨损成为提高车辆高副零件使用... 详细信息

齿轮、轴承作为基础零部件在车辆中广泛应用,其工作性能直接关系到车辆的行驶舒适性与安全性。随着汽车产业越来越庞大,且不断向电能、氢能等领域发展,这些零部件的工作环境愈加复杂,弹流界面如何降低摩擦磨损成为提高车辆高副零件使用寿命的关键问题。本文以弹流界面为研究对象,引入表面织构技术,探究织构表面形貌对摩擦学特性的影响,以及织构表面摩擦过程中的亚表层特性。基于以上两个目的,进行如下内容研究:(1)利用激光加工法在试件表面制造不同参数微织构,探究加工参数对微织构质量的影响,并找到最优加工参数组合。引入ISO 25178三维形貌参数,使用Talysurf CCI Lite非接触式三维光学轮廓仪对织构表面进行三维形貌测量与表征。(2)建立考虑织构表面形貌效应的点接触弹流润滑模型,对不同织构表面的油膜压力和厚度分布进行了计算,研究织构表面形貌在不同载荷和卷吸速度时对最大压力和最小膜厚的影响。结果发现,与光滑表面相比,织构表面增大了最大接触压力、降低了最小膜厚。(3)结合理论分析和有限元仿真,研究不同直径、密度、深度的微织构对弹流界面亚表层特性的影响。结果发现:在相同工况条件下,织构形貌特征对亚表层应力分布有明显影响,表面织构使得亚表层较大应力区域更加靠近表面。织构表面的三维形貌参数与亚表层特性存在关联,如在设计织构表面形貌参数如S时,不能追求较小值,应使其处在适当范围内。(4)采用MMW-1000型立式万能摩擦磨损试验机对织构表面试件摩擦磨损性能进行试验研究,并将摩擦后试件通过电火花线切割机沿着磨痕方向切下大小合适的小块,清洗烘干后利用扫描电镜对试样的亚表层结构进行观察。结果表明,在低载荷下织构表面的摩擦特性比光滑表面的好,润滑改善效果更为显著;织构表面形貌的亚表层塑性变形更严重,且织构表面形貌局部会出现整体剥落,而光滑表面剥落较少。因此,在高副零件表面制造微织构,对亚表层特性有不利影响,可能会加速零件的疲劳损坏。由于弹流润滑条件下微织构的作用机理还不十分明朗,所以表面织构技术目前在高副零件中的应用尚不广泛。以上研究可以为表面织构在高副零件中的应用提供参考,并为车辆高副零件弹流界面优化设计和功能调控提供理论支持。

关键词：表面织构弹流润滑织构加工摩擦磨损亚表层

弹流润滑条件下考虑冲击力的局部缺陷角接触球轴承动力学建模

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北京航空航天大学学报 2023年

作者：雷春丽薛伟樊高峰宋瑞哲刘凯兰州理工大学机电工程学院云南文山铝业有限公司

为了更详细地分析具有局部缺陷的角接触球轴承的运行状态，针对传统模型未考虑轴承润滑及缺陷引起的冲击力问题，建立角接触球轴承在弹流润滑条件下考虑冲击力的局部缺陷角接触球轴承动力学模型。首先，建立考虑自旋的缺陷轴承弹流润滑... 详细信息

为了更详细地分析具有局部缺陷的角接触球轴承的运行状态，针对传统模型未考虑轴承润滑及缺陷引起的冲击力问题，建立角接触球轴承在弹流润滑条件下考虑冲击力的局部缺陷角接触球轴承动力学模型。首先，建立考虑自旋的缺陷轴承弹流润滑模型，计算出缺陷轴承的油膜厚度以及油膜刚度，再提出角接触球轴承局部缺陷时变位移激励模型和时变刚度模型，在此基础上建立了与缺陷尺寸以及轴承转速有关的瞬时冲击力函数；然后，基于Hertz接触理论和冲击力函数，提出外圈具有局部缺陷角接触球轴承动力学计算方法；最后，研究了具有故障的球轴承振动特性，并通过实验验证，分析了不同参数对轴承动力学响应的影响规律。计算结果表明：轴承在润滑条件下，冲击力对轴承的振动影响明显减弱；随着缺陷尺寸和载荷的增大，轴承故障特征的频率均不变，但其幅值增大；随着轴承转速的增大，轴承故障特征频率及其幅值均增大，为滚动轴承的故障诊断和维护提供了有力依据。

关键词：角接触球轴承局部缺陷瞬时冲击力弹流润滑时变位移动力学建模

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线接触弹流润滑最小油膜厚度综合对比分析

推进技术 2023年第3期44卷 36-44页

作者：侯岩锟刘振刚刘振侠王秋菊胡敦珂邢彬西北工业大学动力与能源学院陕西西安710129 中国航空发动机集团航空发动机动力传输重点实验室辽宁沈阳110015

针对航空发动机中某直齿轮节圆位置,考虑弹流润滑中的热效应,研究了速度参数(u),载荷参数(w)与材料参数(g)对等温解与热解的影响。并对目前广泛用于计算等温条件下最小油膜厚度的三种经验公式进行了对比分析。发现在本文研究的工况范围... 详细信息

针对航空发动机中某直齿轮节圆位置,考虑弹流润滑中的热效应,研究了速度参数(u),载荷参数(w)与材料参数(g)对等温解与热解的影响。并对目前广泛用于计算等温条件下最小油膜厚度的三种经验公式进行了对比分析。发现在本文研究的工况范围内采用Грубин与Dowson公式计算得到的弹流润滑等温解与热解误差较大。而Yang公式在速度参数较低或载荷参数适中的情况下等温解与热解误差较小,在部分工况中可以直接采用该公式对线接触最小油膜厚度进行预测。三种等温经验公式均将载荷参数的影响估计过高。同时以相对误差10%作为量化等温解与热解的界限给出了各无量纲参数的参考范围,若满足以下条件之一,则不可忽略弹流润滑中热效应的影响,等温解不再适用:(1)u>10^-(10);(2)w5×10^(-11);(3)w>3×11^(-4)。

关键词：航空发动机线接触油膜厚度弹流润滑热效应

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弹流润滑影响下的轴承缺陷动力学建模研究

弹流润滑影响下的轴承缺陷动力学建模研究

作者：张博昆明理工大学

学位级别：硕士

随着现代工业精密化、高速化的发展趋势,机械设备的稳定性、可靠性显得尤为重要。轴承作为机械设备中旋转体的主要支撑部件,其运行状态直接关系着机械系统的稳定性与可靠性。相较于其它部件,轴承经常处于高温、高负载等恶劣工作环境下,... 详细信息

随着现代工业精密化、高速化的发展趋势,机械设备的稳定性、可靠性显得尤为重要。轴承作为机械设备中旋转体的主要支撑部件,其运行状态直接关系着机械系统的稳定性与可靠性。相较于其它部件,轴承经常处于高温、高负载等恶劣工作环境下,更容易产生故障,因此,建立有效的轴承动力学模型,研究轴承的振动机理,有助于轴承的状态检测和故障诊断,对预防轴承失效事故的发生,保障人员、设备安全,减少经济损失具有重大意义。本文以深沟球轴承为研究对象,考虑了弹流润滑对Hertz接触的影响下,分析了不同位置单点、多点缺陷与套圈间的接触关系,建立了深沟球轴承的动力学模型,探究了不同工况条件下,油膜参数及不同位置复合缺陷振动响应特征的动态响应。主要研究工作如下:(1)针对滚动轴承的结构、失效形式、失效成因进行简要阐述,并分析了失效状态下的轴承振动信号的特征。引入弹性套圈理论将轴承系统简化,明确了轴承内部激励间关系。(2)基于Hertz接触理论计算无缺陷状态下滚动体与内外圈的接触力,构建内滚道、外滚道、滚动体单点缺陷下的接触模型,并将单点缺陷耦合,得到内外圈、外圈-滚动体、内圈-滚动体复合缺陷下的接触模型,考虑时变位移激励、随机滑动的影响,建立了不同缺陷位置单点、多点缺陷四自由度动力学模型。(3)探究了不同缺陷位置单点、多点缺陷对轴承振动的影响及其缺陷状态下的时、频域特征。研究了弹流润滑在不同转速、径向载荷条件下的动态响应,以及不同工况条件下复合缺陷轴承的振动响应。研究表明,复合缺陷振动信号表现为单点缺陷振动信号的耦合叠加,油膜厚度与转速呈正相关,与载荷呈负相关,轴承振动幅值会随转速、载荷和缺陷尺寸的增大而增强。

关键词：深沟球轴承动力学建模耦合缺陷弹流润滑故障诊断