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基于拟动力学的航空发动机主轴滚子轴承热弹流润滑分析

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机械工程学报 2016年第3期52卷 86-92页

作者：史修江王黎钦哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

以D1842926航空发动机主轴滚子轴承典型工况为算例,基于拟动力学分析结果,获得滚动体与套圈之间的接触微区运动和受力状态,分别用Hamrock-Dowson(H-D)拟合公式,Wilson-Sheu(W-S)热修正公式和热弹流数值法得到最小膜厚,并与试验测试数据... 详细信息

以D1842926航空发动机主轴滚子轴承典型工况为算例,基于拟动力学分析结果,获得滚动体与套圈之间的接触微区运动和受力状态,分别用Hamrock-Dowson(H-D)拟合公式,Wilson-Sheu(W-S)热修正公式和热弹流数值法得到最小膜厚,并与试验测试数据进行了对比,结果表明,H-D最小膜厚误差非常大,W-S热修正最小膜厚比H-D误差要小,但误差仍在40%以上,文中数值结果与试验数据较为一致,误差10%以内;对比不同速度下三种算法的最小膜厚分布,低速时三者较为一致,随着速度的提高,H-D最小膜厚误差越来越大,而W-S最小膜厚在速度增大到一定程度后反而降低;随着径向载荷的增大,润滑膜压力增大,膜厚减小,两端的压力略高于中间;随着转速增大,润滑膜膜厚增大,压力基本没有变化。

关键词：航空发动机主轴滚子轴承拟动力学热弹流最小膜厚载荷转速

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基于拟动力学高速角接触球轴承动态特性分析

航空动力学报 2017年第3期32卷 730-739页

作者：李德水陈国定余永健西北工业大学机电学院西安710072

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... 详细信息

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.

关键词：高速角接触球轴承拟动力学刚度动态特性

航空发动机主轴高速圆柱滚子轴承三维瞬态拟动力学分析

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航空发动机主轴高速圆柱滚子轴承三维瞬态拟动力学分析

作者：杜辉河南科技大学

学位级别：硕士

高速圆柱滚子轴承是航空发动机的关键零部件之一, 其动态特性直接影响着主机的性能和可靠性。轴承在工作状态下的发热、保持架运转不稳定性、滚子的歪斜和打滑以及早期磨损等是造成轴承过早失效的主要原因, 因此滚动轴承的瞬态拟动力学... 详细信息

高速圆柱滚子轴承是航空发动机的关键零部件之一, 其动态特性直接影响着主机的性能和可靠性。轴承在工作状态下的发热、保持架运转不稳定性、滚子的歪斜和打滑以及早期磨损等是造成轴承过早失效的主要原因, 因此滚动轴承的瞬态拟动力学分析已成为高速滚动轴承设计中不可忽视的重要部分。本文在轴承运动学、动力学、摩擦学和弹流润滑理论研究基础上对高速轻载圆柱滚子进行了瞬态拟动力学分析,建立了受纯径向力作用下的高速圆柱滚子轴承三维瞬态拟动力学分析的数学模型和非线性微分方程组, 利用高精度的龙格-库塔积分算法对拟动力学分析的非线性方程组进行数值求解, 用Visual C++语言在Windows2000/XP环境下开发了相应的高速圆柱滚子轴承三维瞬态拟动力学分析软件,同时结合计算机可视化技术对航空发动机主轴高速圆柱滚子轴承三维瞬态拟动力学的动态性能进行了仿真分析, 通过航空发动机圆柱滚子轴承动态性能试验验证本论文所提出的圆柱滚子轴承三维拟动力学分析的数学模型的可行性以及所开发的拟动力学动态性能分析软件的可靠性。对于航空发动机主轴高速圆柱滚子轴承, 轴承的工况条件和结构设计参数是影响其动态性能的主要因素。本文在高速圆柱滚子轴承三维瞬态拟动力学分析基础上, 研究和分析了轴承结构设计参数变化( 如保持架引导间隙的变化、保持架兜孔间隙的改变) 、轴承工况变

关键词：圆柱滚子轴承三维高速拟动力学

基于神经网络的轴承拟动力学和热弹流集成快速算法研究

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基于神经网络的轴承拟动力学和热弹流集成快速算法研究

作者：齐健哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

轴承作为旋转机械的关键部件,其可靠性问题直接影响机械系统的整体性能。尤其在航空航天等尖端领域,航空发动机主轴轴承的dn值为了达到3.0×106mm?r/min,轴承将面临高速、高温以及重载等更加恶劣的工况条件。因此,主轴轴承的材料设计和... 详细信息

轴承作为旋转机械的关键部件,其可靠性问题直接影响机械系统的整体性能。尤其在航空航天等尖端领域,航空发动机主轴轴承的dn值为了达到3.0×106mm?r/min,轴承将面临高速、高温以及重载等更加恶劣的工况条件。因此,主轴轴承的材料设计和可靠性分析方法需要在现有理论基础之上进一步创新发展,材料基因工程中的高通量实验和高通量计算可以实现材料快速制备与物性参数表征。在航空发动机主轴轴承的可靠性分析中,润滑状态恶化是其主要失效原因。结合润滑材料物性参数以及工况条件等因素,快速预测轴承的润滑状态,确定轴承的服役性能是重要环节。为了精准地判断轴承的润滑状态,轴承的力学分析和接触微区的润滑分析缺一不可。然而,两大分析方法虽然都已日趋完善,但是复杂的数值计算过程难以直接实现无缝集成。另外,针对不同工况,润滑分析模型的求解方法不尽相同。所以,建立一种实现轴承动力学分析和润滑分析的统一集成框架,是亟待解决的重要问题。本文建立了人工神经网络模型,从热弹流润滑分析数据中学习内在映射规律,将速度、载荷、温度以及材料特性等相关的无量纲参数作为神经网络模型的输入,预测最小膜厚、摩擦系数等关键润滑状态参数,并且采用改进粒子群算法对神经网络进行优化。用训练完成的神经网络模型替代热弹流润滑分析模型,可以直接集成到轴承拟动力学计算过程之中。同时,构建了与集成计算相关的数据库,形成了完整的集成算法框架。通过实例计算,验证了集成算法的准确性,可以满足实际工程需要。另外,集成方法直接从数据中学习,减少了数值计算中调整求解参数的试错过程,不再涉及润滑分析中的迭代收敛问题,提高了轴承拟动力学和热弹流润滑分析相结合的计算效率。

关键词：滚动轴承拟动力学热弹流人工神经网络集成计算

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弹性杆拟动力学模型和动力学模型的研究

弹性杆拟动力学模型和动力学模型的研究

作者：黄健飞青岛大学

学位级别：硕士

弹性杆是一种重要的力学模型,许多工程构件和生物体如海底电缆、纤维、生物和有机物大分子等,在一定条件下都可以模型化为弹性细杆讨论。近40年来,随着生物和遗传工程的发展,人们发现:DNA是具有弹性特性的长链,可以利用弹性细杆模型进... 详细信息

弹性杆是一种重要的力学模型,许多工程构件和生物体如海底电缆、纤维、生物和有机物大分子等,在一定条件下都可以模型化为弹性细杆讨论。近40年来,随着生物和遗传工程的发展,人们发现:DNA是具有弹性特性的长链,可以利用弹性细杆模型进行动力学分析。因此,人们将弹性力学的方法和分子生物学的知识相结合对DNA进行了研究,取得了大量成果。本文研究了弹性杆的数学建模和数值仿真问题。内容包括弹性杆的曲面模型、Kirchhoff弹性杆的拟Hamilton方程及其辛算法、弹性杆动力学方程解的存在性及数值模拟,具体工作为:(1)基于弹性杆的Kirchhoff假设并使用Kirchhoff比拟,从新的角度提出了超细长弹性杆曲面模型的微分方程组。(2)引入欧拉参数给出了超细长弹性杆的Kirchhoff模型的拟动力学方程组。现有的结果中,这种模型是用Euler角(ψ,θ,ψ)为变量描述的。由于当θ=kπ时Euler角出现奇点,给数值计算造成困难。我们利用欧拉参数代替Euler角,建立了以欧拉参数为变量的描述超细长弹性杆的拟Hamilton方程,并采用辛算法建立了弹性杆长距离保结构计算的数值计算模式并给出了数值结果。(3)根据Lax方程解的存在性,证明了弹性杆动力学方程组解的存在性;在给出了二次型形式的弹性势能函数的情况下,给出动态弹性杆在一段时间内的数值模拟。

关键词： Kirchhoff弹性杆欧拉参数拟动力学动力学方程数值模拟

薄壁管材高速滚珠旋压拟动力学模型及工艺参数选取研究

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薄壁管材高速滚珠旋压拟动力学模型及工艺参数选取研究

作者：熊杰太原科技大学

学位级别：硕士

高速滚珠旋压是一种采用滚珠作为变形工具的强力旋压加工工艺,综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、横轧和滚压等工艺的优点。由于作为变形工具的滚珠具有很好的表面粗糙度和尺寸精度,使得其加工产品能够达到很高的精度。同时,旋压过... 详细信息

高速滚珠旋压是一种采用滚珠作为变形工具的强力旋压加工工艺,综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、横轧和滚压等工艺的优点。由于作为变形工具的滚珠具有很好的表面粗糙度和尺寸精度,使得其加工产品能够达到很高的精度。同时,旋压过程中坯料的变形方式为局部逐点成型,具有其变形区域小,变形应力高的特点,通常用来加工一些,高硬度,塑性指标差的金属材料。本文对高速滚珠旋压过程中的力学、运动学特性及工艺参数配置等进行了研究,主要研究内容和结果如下:1)以高速滚珠为研究对象,在大量实验基础上提出旋压过程中滚珠的运动假设,通过对滚珠进行运动学与力学分析,考虑滚珠所受离心力与陀螺力矩建立了滚珠旋压的拟动力学模型。基于VC++平台编程求解此拟动力学模型,求解了不同工况下,滚珠的运动参数,及三点接触滚珠在的各接触点的力学参数。由于高速回转体其参数不易测试,本文利用ABQUS软件对旋压过程进行了动力学仿真,提取计算结果与理论计算结果对比,并间接的进行了实验验证。完善了高速滚珠旋压分析理论,为滚珠旋压的生产工艺提供了理论支撑。为进一步研究旋压过程中滚珠变形、模具变形所导致的管材精度偏差及其控制、摩擦生热控制等提供了理论基础。2)以管坯为研究对象,基于大量仿真实验结果,探讨了减薄量、进给比、滚珠直径三个主要工艺参数及其相互之间的耦合作用对管坯变形影响区内平均应力三轴度的影响;并对这四者之间的关系进行了多元非线性函数关系拟合,从而计算出最小应力三轴度对应的最优工艺参数。不同工艺参数配置下的镁合金薄壁管室温滚珠旋压实验结果表明:采用本文给出的最优工艺参数,可以使旋压后的管件表面开裂现象得到明显改善,镁合金管坯的滚珠旋压塑性成型性能得到了提高。研究结果极大的方便了旋压生产过程中的工艺参数选取。3)给出了一种应用滚珠旋压在钢管内壁加工环状沟槽的工艺方法。基于空间解析理论和径向螺旋进给的假设,给出了滚珠和工件之间径向和切向接触面积边界曲线的简化表达式,通过曲线积分,得出了用于计算旋压力的径向和切向接触面积的计算模型。通过算例得出的数据,研究了旋压深度、滚珠直径、旋压进给量和旋压力的关系,由本文给出的解析模型得到的计算数据和有限元模拟所得数据的比较,证明了本文所得出的解析模型具有可行性。4)以目前的立式低速旋压机床为参考,设计以高速电主轴驱动的高速滚珠旋压实验机,并给出高速旋压时管坯偏心径向受力不均导致振动的解决方案。以及在高速与重载之间切换拓展实验机旋压能力的实现方法。

关键词：滚珠旋压拟动力学工艺参数计算模型应力三轴度成型性能

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高速角接触球轴承拟动力学分析

高速角接触球轴承拟动力学分析

作者：张雨田太原科技大学

学位级别：硕士

滚动轴承是一种常见的广泛应用于各种场合的旋转零部件。角接触球轴承是一种典型的滚动轴承,可承受复合载荷,广泛应用于机床主轴、高频马达等场合。其在高速工况下,滚动体的离心力会急剧增大,使其产生“外抛”现象,导致轴承中径扩大引... 详细信息

滚动轴承是一种常见的广泛应用于各种场合的旋转零部件。角接触球轴承是一种典型的滚动轴承,可承受复合载荷,广泛应用于机床主轴、高频马达等场合。其在高速工况下,滚动体的离心力会急剧增大,使其产生“外抛”现象,导致轴承中径扩大引起内外接触角变化,影响轴承的载荷-位移特性,进而影响整个系统的动态特性。同时,高速工况也会导致滚动体陀螺力矩的急剧增大,陀螺力矩的作用使滚动体产生不同于公转和自转的旋转趋势,若滚动体与滚道之间的摩擦力不能够阻止此陀螺力矩则会产生陀螺旋转,陀螺旋转使滚动体相对滚道产生滑动,加剧摩擦发热,从而影响轴承的疲劳寿命。轴承运转时各种复杂因素导致打滑、磨损、发热等现象发生,影响轴承各部件间的运动和力学性能,从而引发失效,影响整个机械系统的稳定性,因此对高速滚动轴承的设计和分析提出了更高的要求,不但要求实现对高速工况下轴承动态特性的有效预测,而且要求能够分析影响轴承动态性能的各种因素。对于低转速应用场合,轴承的动态特性一般不显著,通常采用静力学方法分析,对于高转速应用场合,轴承的动态特性对轴承的疲劳寿命、润滑特性、刚度特性、内部载荷分布规律以及轴承—转子系统动力学特性有着直接的影响。因此,本文运用拟动力学方法对高速角接触球轴承进行建模分析,对分析高速角接触球轴承的应用有着重要意义。主要的研究内容及成果如下:（1）通过对角接触球轴承进行几何学分析,得出各个部件的运动状态以及根据运动状态建立三个坐标系,随后对赫兹接触理论和流体动压润滑理论两个基本理论做了说明,为拟动力学数学模型的建立奠定基础。（2）根据弹流润滑理论和赫兹理论求解钢球、保持架、引导套圈、油膜四者之间的相互作用力,将所有作用力的求解方程与最终平衡方程联立起来构建最终最终非线性方程组。模型建立之后需要进行模型分析,分析每一部分数学模型中各个变量之间的关系,这为第四章的数值方法选择以及数值方法求解奠定了基础。探讨了传统数值解法求解拟动力学数学模型的缺点,为选择新的算法提供了借鉴。（3）介绍了非线性规划问题的优缺点,将拟动力学平衡方程组变成非线性规划问题的目标函数,将前面的关于各部分力学求解的方程组变为约束条件。构造完非线性规划问题后,介绍了1st Opt常用的四种智能算法,对其进行一一分析。寻找与本问题的最优匹配方法,最终确定全局最优算法在四种算法中最适合拟动力学方程组求解。本章最后展示了1stOPt的代码方程组。（4）对最终计算结果进行了二次计算,得到旋滚比、PV值、轴向载荷、径向载荷与不同工况、不同轴承结构之间的关系。

关键词：高速角接触球轴承拟动力学非线性规划 1stOpt

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活齿传动的拟动力学研究

航空动力学报 1992年第1期7卷 22-26页

作者：左洪福周有强南京航空学院机械系501教研室 210016 中国矿业大学

本文针对活齿传动的基本型结构 ,综合考虑弹性变形、几何误差、摩擦学行为及润滑等问题的交叉影响 ,全面地研究了活齿传动的载荷特性和运动学问题。在受力分析方面 ,针对该传动多齿同时承载的特点 ,系统地研究了轮齿载荷分配规律 ,并提... 详细信息

本文针对活齿传动的基本型结构 ,综合考虑弹性变形、几何误差、摩擦学行为及润滑等问题的交叉影响 ,全面地研究了活齿传动的载荷特性和运动学问题。在受力分析方面 ,针对该传动多齿同时承载的特点 ,系统地研究了轮齿载荷分配规律 ,并提出了一个统一的载荷计算公式。在运动学研究方面 ,鉴于该传动的活齿及转臂轴承外圈均具有局部自由度的特点 ,提出了滑动系数的概念 ,研究了活齿及轴承外圈的打滑规律。在实验方面 ,采用光弹性实验方法验证了轮齿的受载情况 ;同时采用高速摄影技术观测了活齿的实际打滑状况。

关键词：活齿传动拟动力学

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双层滚珠轴承力学特性分析

航空动力学报 2011年第8期26卷 1914-1920页

作者：朱益利徐龙祥南京航空航天大学机电学院南京210016

基于拟动力学原理,在考虑轴承所承受的径向载荷、轴向载荷、滚珠自身离心力以及陀螺力矩联合载荷作用的影响下,建立双层滚珠轴承在高速及载荷作用下的力学模型,通过MATLAB编程仿真,分析不同载荷参数和结构参数对轴承力学特性的影响,并... 详细信息

基于拟动力学原理,在考虑轴承所承受的径向载荷、轴向载荷、滚珠自身离心力以及陀螺力矩联合载荷作用的影响下,建立双层滚珠轴承在高速及载荷作用下的力学模型,通过MATLAB编程仿真,分析不同载荷参数和结构参数对轴承力学特性的影响,并对计算方法进行了实验验证.研究结果表明:内外两节径关系直接影响到内圈和中圈之间的转速分配关系;径向载荷和轴向载荷对接触角的变化影响较大,直接关系到滚珠轴承的失效情况;工作转速、滚珠的材料、轴向预紧力以及滚珠初始接触角等对轴承的刚度影响较大.研究结果为双层滚珠轴承的设计和应用提供一定的理论依据.

关键词：双层滚珠轴承转速分配拟动力学非线性方程组联合载荷