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基于热弹流理论的球轴承胶合失效研究

摩擦学学报（中英文） 2024年第2期44卷 167-178页

作者：敬贤旺孟凡明巩加玉重庆大学高端装备机械传动国家重点实验室重庆400044

基于热弹流理论建立了适用于球轴承的胶合分析模型,通过数值计算方法获得了用来表征胶合程度的温度安全系数和膜厚安全系数在计算域中的分布.针对球轴承提出了其考虑乏油润滑影响的胶合失效判定方法,该方法综合考虑温度及膜厚对球轴承... 详细信息

基于热弹流理论建立了适用于球轴承的胶合分析模型,通过数值计算方法获得了用来表征胶合程度的温度安全系数和膜厚安全系数在计算域中的分布.针对球轴承提出了其考虑乏油润滑影响的胶合失效判定方法,该方法综合考虑温度及膜厚对球轴承胶合失效的影响,不仅可以判断球轴承滚道与滚动体接触副之间是否发生胶合,还可以确定其发生胶合的具体区域及胶合程度.研究了不同入口油膜厚度、径向载荷和内圈转速对球轴承抗胶合承载能力的影响.结果表明:入口油膜厚度降低、径向载荷增大和内圈转速升高会增加球轴承胶合失效风险.

关键词：胶合失效球轴承热弹流润滑乏油润滑高速重载

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球轴承外圈剥落初期双冲击现象IAS建模

振动工程学报 2024年

作者：李超郭瑜罗茂林陈鑫昆明理工大学机电工程学院云南交通职业技术学院重庆邮电大学先进制造工程学院

双冲击现象对轴承损伤程度估计有重要意义。本文基于瞬时角速度（Instantaneous Angular Speed,IAS）在双冲击现象提取的优势开展对应的机理研究。考虑滚阻摩擦和剥落初期剥落区尖锐边缘对球轴承动力学特性的影响，建立了时变冲击激励... 详细信息

双冲击现象对轴承损伤程度估计有重要意义。本文基于瞬时角速度（Instantaneous Angular Speed,IAS）在双冲击现象提取的优势开展对应的机理研究。考虑滚阻摩擦和剥落初期剥落区尖锐边缘对球轴承动力学特性的影响，建立了时变冲击激励和法、切向力相耦合的球轴承外圈初期剥落双冲击现象对应的IAS动力学模型。基于弹性四分之一空间方法分析剥落初期剥落区尖锐边缘的附加变形，提出尖锐边缘引起的时变位移激励模型。考虑钢球经过剥落区时几何位置改变引起的附加接触力及时变位移激励，研究了剥落初期轴承的法向力、切向力扰动规律，构建了时变切向力激励模型。运用Runge-Kutta数值积分法求解非线性动力学方程，通过仿真和实测信号对比分析，验证了所建立动力学模型的正确性。

关键词：球轴承故障机理建模初期局部剥落弹性四分之一空间法双冲击现象

TBT组合式球轴承组内载荷分布及动刚度特性对比分析

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西南交通大学学报 2024年

作者：孙凤胡玉卓刘祥赵川杨文华李博徐方超赵海宁沈阳工业大学机械工程学院沈阳机床股份有限公司

支承轴承的动态载荷分布及刚度特性是引起机床振动和切削稳定性的重要因素。基于非线性弹性赫兹接触理论及琼斯哈里斯模型，结合滚动体-滚道接触状态判定准则，提出多列组合球轴承五自由度分析模型。采用改进迭代算法求解，大大提高了... 详细信息

支承轴承的动态载荷分布及刚度特性是引起机床振动和切削稳定性的重要因素。基于非线性弹性赫兹接触理论及琼斯哈里斯模型，结合滚动体-滚道接触状态判定准则，提出多列组合球轴承五自由度分析模型。采用改进迭代算法求解，大大提高了迭代计算在不同外界条件的波动下的求解收敛性，得到恒定预紧力作用下，TBT组合式轴承组内轴承动态载荷分布和动刚度特性。研究结果表明：转速、径向载荷、轴向载荷均会改变组合轴承的载荷分布及动刚度特性，且对左列和右列轴承影响效果不同；其中，转速的增加会导致组内轴承内部产生非完全接触区域，使轴承载荷分布发生震荡；相较于单个轴承在等效外界载荷条件下，组合轴承的径向动刚度较轴向动刚度提升效果更明显。

关键词：球轴承接触状态分析动态载荷分布动刚度接触角

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航空发动机球轴承剥落故障模式分析

航空发动机 2024年第3期50卷 169-174页

作者：杨景来佟文伟李青刘宇佳修攀瑞赵聪中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航空发动机集团航空发动机动力传输重点实验室沈阳110015

为研究航空发动机球轴承的剥落故障模式,利用原子发射光谱技术、自动磨粒分析技术、铁谱技术及能谱分析技术对球轴承加速等效试验滑油中磨粒的数量、大小、形貌及成分等信息进行分析。结果表明:金属颗粒污染物导致轴承出现初始疲劳剥落... 详细信息

为研究航空发动机球轴承的剥落故障模式,利用原子发射光谱技术、自动磨粒分析技术、铁谱技术及能谱分析技术对球轴承加速等效试验滑油中磨粒的数量、大小、形貌及成分等信息进行分析。结果表明:金属颗粒污染物导致轴承出现初始疲劳剥落;球轴承剥落的特征磨粒为滚动疲劳磨粒和球形磨粒,内衬套微动磨损的特征磨粒为铁的黑色氧化物和红色氧化铁磨粒;临近轴承失效时,滑油中Fe元素质量分数由7.49×10-6增大至21.74×10-6,特征磨粒数量也由48.9个/mL急剧增加至1433.8个/mL,且特征磨粒直径主要分布在25~50μm。金属颗粒污染物的存在使轴承承力内半圈滚道加速出现接触疲劳剥落,滚道剥落到一定程度后,在轴向力、摩擦力及预紧力等综合作用下在内衬套与承力内半圈接触处发生微动磨损,进一步加剧了滚道的疲劳剥落,最终导致球轴承失效。

关键词：航空发动机球轴承铁谱技术能谱分析技术微动磨损

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预制缺陷球轴承剥落研究

润滑与密封 2024年第4期49卷 182-188页

作者：杨景来佟文伟刘宇佳孙继刚刘东旭田如钢中国航发沈阳发动机研究所辽宁沈阳110015 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

为研究航空发动机球轴承的剥落规律,在4套球轴承外圈滚道表面预制不同数量和分布形式的压坑,模拟轴承实际剥落过程形成的麻坑或剥落坑,利用轴承试验器开展预制缺陷球轴承剥落试验。综合利用润滑油光谱分析、自动磨粒分析及铁谱分析方法... 详细信息

为研究航空发动机球轴承的剥落规律,在4套球轴承外圈滚道表面预制不同数量和分布形式的压坑,模拟轴承实际剥落过程形成的麻坑或剥落坑,利用轴承试验器开展预制缺陷球轴承剥落试验。综合利用润滑油光谱分析、自动磨粒分析及铁谱分析方法对轴承试验润滑油中磨粒进行分析。结果表明:轴承剥落时产生的磨粒以疲劳磨粒为主,严重滑动磨粒和切削磨粒为辅,同时存在磨粒氧化现象;轴承剥落产生的球形磨粒主要在5μm以下,少量分布在6~10μm,个别在10μm以上;轴承剥落过程中,磨粒总量和大尺寸磨粒数量出现明显增长。航空发动机球轴承的剥落机制为:预制凹坑边缘首先产生疲劳裂纹,然后因预制凹坑后方的一段区域内难以形成动压润滑,在交变接触应力作用下,外圈滚道表面或次表面出现疲劳裂纹,形成剥落区;滚道剥落区沿周向不断朝两侧扩展,并逐渐将预制凹坑区域覆盖,形成长条形的大面积剥落带,直至轴承最终失效。

关键词：航空发动机球轴承剥落试验磨粒故障监测

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某航空电机球轴承过热失效分析与改进研究

机电工程 2024年第5期41卷 747-760页

作者：李世理张文虎李心庆赵磊邓波河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 新乡航空工业集团河南新乡453000

某航空电机在运转实验过程中出现异常噪音,拆解后发现电机轴系两端支撑球轴承已发生过热失效,出现润滑脂碳化、保持架断裂和内外套圈磨损等现象。为了解决某航空电机球轴承出现过热失效的问题,对电机轴系两端轴承进行了失效分析,并提出... 详细信息

某航空电机在运转实验过程中出现异常噪音,拆解后发现电机轴系两端支撑球轴承已发生过热失效,出现润滑脂碳化、保持架断裂和内外套圈磨损等现象。为了解决某航空电机球轴承出现过热失效的问题,对电机轴系两端轴承进行了失效分析,并提出了改进方案。首先,根据经验对电机轴系两端球轴承进行了故障分析,并提出了多个结构改进方案;然后,采用COBRA AHS软件建立了热-应力耦合的航空电机轴承-转子仿真分析模型,分别对不同的改进方案进行了接触应力和温度场分析;最后,对比了不同条件下的仿真分析结果,得到了轴承过热失效机理,并提出了相应改进方案,结合实验对改进方案进行了验证。研究结果表明:转轴受热变形是导致该航空电机球轴承过热失效的主要原因,转轴受热变形后挤压两端轴承,使得滚动体与滚道之间最大接触应力可达2512.0 MPa;过载条件下,加剧了轴承摩擦生热,导致温度急剧上升,最高可达219.2℃,润滑脂因高温碳化失效,不良的润滑条件使轴承早期失效;将电机两端支撑轴承由深沟球轴承更换为角接触球轴承后,两端轴承最高温度为96.6℃,最大接触应力为1866.1 MPa,即降低了轴承工作温度,提高了轴承轴向承载能力,电机运转寿命超过1200 h。

关键词：电机运转寿命球轴承轴承过热失效机理转轴受热变形角接触球轴承接触应力和温度场分析润滑脂碳化

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分体式凸轮轴球轴承座优化设计及研究

内燃机与配件 2024年第1期 13-16页

作者：王冠李周裕段超阳上汽集团创新研究开发总院上海201804

为最大限度提升凸轮轴球轴承的减摩收益,重点优化了分体式轴承座结构设计,采用CAE和工艺试验手段验证了球轴承变形量、轴承座上下盖的贴合间隙以及凸轮轴盘动扭矩。结果表明,轴承座与球轴承外圈过盈量、轴承座固定螺栓的位置、轴承座的... 详细信息

为最大限度提升凸轮轴球轴承的减摩收益,重点优化了分体式轴承座结构设计,采用CAE和工艺试验手段验证了球轴承变形量、轴承座上下盖的贴合间隙以及凸轮轴盘动扭矩。结果表明,轴承座与球轴承外圈过盈量、轴承座固定螺栓的位置、轴承座的刚度对球轴承的减摩有显著影响,优化后的分体式轴承座结构能显著降低球轴承的外圈变形,降低轴承座上下盖的贴合间隙,从而降低球轴承内部的卡滞效应,提升滚动摩擦减摩收益。

关键词：凸轮轴球轴承分体式轴承座减摩

基于ANSYS的球轴承接触应力分析及准确性评价方法

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哈尔滨轴承 2024年第1期45卷 29-31页

作者：李满昌哈尔滨轴承集团有限公司哈尔滨150025

球轴承接触应力是表征球轴承承载能力的重要参数,也决定了球轴承次表面疲劳剥落状态,对疲劳寿命分析具有重要意义。本文使用ANSYS对球轴承的最大接触应力及应力分布状态进行分析,并通过实例进行验证,总结完善了其评价准则,可对工程应用... 详细信息

球轴承接触应力是表征球轴承承载能力的重要参数,也决定了球轴承次表面疲劳剥落状态,对疲劳寿命分析具有重要意义。本文使用ANSYS对球轴承的最大接触应力及应力分布状态进行分析,并通过实例进行验证,总结完善了其评价准则,可对工程应用拓展提供可靠方法及数据。

关键词：球轴承接触应力 ANSYS 分析评价

球轴承变柔度1/2阶亚谐共振的滞后特性及其分岔机理

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振动与冲击 2022年第2期41卷 1-10页

作者：朱宇杰张智勇陈毅恒芮筱亭 SATTEL Thomas 陈予恕杨绍普南京理工大学理学院南京210094 南京理工大学发射动力学研究所南京210094 伊尔默瑙工业大学机械工程学院伊尔默瑙98684 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043

滚动轴承变柔度(varying compliance,VC)振动是转子系统不可避免的激励形式,属于轴承-转子动力学领域的基本科学问题。由于Hertzian接触非线性、间隙(轴承游隙)非线性和时变柔度参激非线性的耦合作用,系统具有显著的VC滞后共振特性,影... 详细信息

滚动轴承变柔度(varying compliance,VC)振动是转子系统不可避免的激励形式,属于轴承-转子动力学领域的基本科学问题。由于Hertzian接触非线性、间隙(轴承游隙)非线性和时变柔度参激非线性的耦合作用,系统具有显著的VC滞后共振特性,影响轴承自身乃至其支承转子系统运动的稳定性和安全性,相关问题得到持续关注。根据非线性振动基本理论,参激系统往往具有丰富的主共振、内共振、超谐、亚谐和组合共振行为。然而,相对于国内外大量有关滚动轴承VC参激主共振的研究,其他共振类型的研究甚少。基于此,该研究将针对球轴承-刚性Jeffcott转子系统VC振动亚谐共振问题展开研究。采用谐波平衡-频时转换(harmonic balance and alternating frequency/time domain,HB-AFT)方法追踪系统的VC周期运动分枝,并结合Floquet理论分析了系统亚谐共振行为的演化机制,发现系统1/2阶亚谐共振同样具有滞后跳跃行为。在此基础上,指出系统1/2阶亚谐运动包含复杂的1∶2和1∶4内共振现象,会引起球轴承不同自由度方向强烈的耦合振动。另外,研究发现在亚谐共振区间之间存在由二次Hopf分岔触发的滞后组合共振行为。最后,该研究探讨了轴承径向游隙和阻尼系数对系统VC亚谐共振的影响。相关结果对球轴承VC共振的动力学控制有一定的参考意义。

关键词：球轴承变柔度(VC)振动亚谐共振内共振组合共振分岔