滚动轴承动力学的研究
粘性润滑膜的作用,载荷不仅是轴向载荷,轴承中
球与套圈的材料可以不是钢材。
CretuS等
[14-15]
1997年NSK的AramakiH
[20]
提出了滚动轴
计入全膜弹流润滑的膜厚与
承动力学分析软件包 BRAIN ,并以圆柱滚子轴承、调心滚子轴承、四点接触球轴承为例,进行了轴承力矩、滚子歪斜角与滑移、PV值的试验以验证程序包的正确性,误差为10%~16%。对于复杂的滚动轴承动力学分析,这样的计算准确性是可以接受的。BRAIN能分析的轴承类型是目前最多的,并可分析修形元件轴承的动力学;由于对润滑和摩阻力的研究仍存在需解决的问题,其计算误差对动力学精确分析仍有待完善。
2001年StackeLE等
[21]
摩阻力因素,考虑了粗糙表面效应、热弹流效应,建立了圆锥滚子轴承的6自由度拟动力学模型。以油膜厚度为优化目标得到了轴承的优化参数范围,分析了轴承内部载荷分布、摩擦力矩、保持架滑移、滑动速度与润滑剂的摩擦系数等。在模型中采用了Johnson-Tevaarwerk流变模型,对1980年发现的润滑剂极限剪应力在弹流润滑中的作用没有考虑,但在轴承动力学中对弹流润滑影响做了较好的分析。
对于高速轴承,轴承元件动态的不稳定性是造成轴承失效的主要原因。HarrisTA等
[16]
为SKF开发了用于
滚动轴承动力学模拟的BEAST三维分析软件,可以分析保持架上的力及其运动、滚子歪斜与球上的摩阻力等,以实例说明了该软件的可靠性,以期在轴承设计中得到应用。对摩阻力计算采用试验数据的拟合曲线;考虑全膜润滑中的极限剪应力和粗糙表面的流量因子作用;由于缺少部分膜弹流公式,对挤压阻尼采用了半经验公式计算。
[22]
2004年SadeghiF等在FAG资助下建立了圆柱滚子轴承的6自由度动力学模型,分析了间隙比、滚道/保持架间法向力、内圈转速、滚子尺寸变化、保持架的对称性和滚子形状对保持架稳定性的影响。由于对摩擦系数的简化,没有考虑摩擦系数随速度、压力、温度和摩擦状态的改变,仅适用于固体润滑轴承。1.3 仍需研究问题
(1)将滚子/挡边间的接触处理为干接触或流体润滑接触,过于简单;一般此处接触为混合摩擦接触,该接触模型仍有待完善。
(2)对滚子/保持架、滚道/保持架间由流体润滑到干接触的过渡状态(混合润滑)的摩阻力变化仍需进一步研究,以期更准确的定量分析。
(3)保持架与滚子的接触中应研究带摩擦的碰撞问题,建立更合理的保持架动力学模型。
(4)需研究名义点接触、有限长接触的部分膜弹流膜厚公式,以便更准确的计算接触刚度与阻尼。
[6][18]
分析
了径向轴承的内外滚道接触的滑移区,认为外滚道滑移比内滚道滑移小,接触区内存在雷诺滑移、弹性滞后、塑性变形和粘附效应。Harris尤其在滚子歪斜对摩擦热和疲劳寿命影响方面做了详细研究。OrvosPS等
[17]
用有限元方法分析了圆锥滚
6
子轴承保持架中的应力,提出的Z型保持架实现了Dn值高达3.5 10mm r/min时圆锥滚子轴承的正常运行。
国内学者陈国定等在考虑滚子与保持架间隙后建立了保持架分析模型。杨咸启等
在保持架
与滚子的作用中引入了碰撞,并建立了保持架的动力学模型;他们认为滚子与兜孔间的作用力是由滚子与保持架兜孔接触变形引起的作用力、滚子与兜孔之间的流体作用力以及由于保持架转速与滚子公转角速度不一致而引起的碰撞力3部分组成;认为保持架的引导间隙、兜孔间隙对保持架的运动稳定性起决定作用。陆震等
[19]
分析了保持
架环平面内的弯曲振动、面外扭转振动、沿圆周方向的弯曲振动与扭转振动的耦合、周向伸缩与侧梁、过梁弯曲耦合振动、保持架两端面发生的相对转动,认为高阶共振和过渡过程的冲击作用是保持架疲劳断裂的重要原因。1.2 分析软件包
早期的滚动轴承动力学分析软件有
:20世
纪70年代SKF/NASA开发了滚子轴承的准动态分析软件CYBEAN;WaltersCT(1971年)研制了BASDAP分析软件;GuptaPK在1984年提出了滚动轴承动力学分析的ADORE软件;1992年BoesigerEA等提出了球轴承保持架的二维动力学分析软件PADRE。
2 动力学的试验研究
2.1 试验研究方法
早期人们就用应变仪测量了径向球轴承保持架上的力
[16]
,解释了保持架的胶合或疲劳失效的
原因,在偏斜时球/保持架间的力足以使保持架与
[23]
引导圈间发生胶合失效。1961年HiranoF等