1、圆柱滚子轴承研究综述及动力学分析 2019.1.12滚子轴承是用短圆柱、圆锥或腰鼓形滚子作滚动体的滚动轴承。向心短圆柱滚子双列向心球面滚子圆锥滚子推力滚子等圆柱滚子轴承力学特性研究是研究圆柱滚子轴承工作特性、寿命和可靠性的基础,包括轴承载荷分布、接触刚度和接触阻尼等接触力学特性的研究。航空发动机主轴采用的圆柱滚子轴承,通常在高Dn值和轻载状态下工作。这种状态下,疲劳破坏已不再是主要故障因素,轴承元件的动态不稳定性如保持架涡动、滚子打滑、摆动等成为轴承的主要破坏原因。国内研究南京航天南京航天航空大学航空大学采用弹性流体动力润滑理论。采用弹性流体动力润滑理论。分别研究了不考虑离心力影响和考虑离心力
2、影响时分别研究了不考虑离心力影响和考虑离心力影响时,滚动轴承最小油膜厚度和油膜刚度随载荷参数的变滚动轴承最小油膜厚度和油膜刚度随载荷参数的变化规律。组合接触刚度和油膜刚度化规律。组合接触刚度和油膜刚度,推导了综合刚度推导了综合刚度的表达式。的表达式。哈尔滨工哈尔滨工业大学业大学唐云冰博士黄浩博士分析了圆柱滚子轴承轴承刚度随外载荷轴承转速轴承分析了圆柱滚子轴承轴承刚度随外载荷轴承转速轴承游隙弹性流体油膜和工作温度等因素的变化规律。游隙弹性流体油膜和工作温度等因素的变化规律。从理论上分析了轴承支座变形对轴承内部载荷分布和从理论上分析了轴承支座变形对轴承内部载荷分布和轴承疲劳寿命以及轴承刚度的影响。
3、轴承疲劳寿命以及轴承刚度的影响。拟动力学设计拟动力学设计分析方法的理分析方法的理论基础论基础采用Hertz弹性接触理论和套圈滚道控制的假设建立了拟动力学分析方法,在轴承力与力矩平衡方程中考虑了滚珠离心力和陀螺力矩影响。考虑了弹性流考虑了弹性流体动力润滑体动力润滑动力学分析方动力学分析方法法接触润滑理论接触润滑理论1960年A.B.Jones1971年T.A.Harris1971年CT.waltersD.Dowson等拟动力学-动力学进一步发展和完善轴承拟动力学设计方法,推导出的大部分方程是合理的,但是切向摩擦力计算值偏高。没有考虑保持架运动。该分析方法考虑轴承从转动开始的整个动力学过程,考虑轴
4、承零件速度变化和相应惯性力影响,包括滚动体四个自由度和保持架六个自由度的运动方程,通过对动力学方程组进行积分,可以得到轴承转动后任意时刻滚动体和保持架的位移、转速以及轴承内部滑动情况。Hertz弹性接触理论弹性接触理论 轴承疲劳寿命理论等轴承疲劳寿命理论等 弹性流体动力润滑理论弹性流体动力润滑理论载荷载荷分布分布特性特性刚度刚度特性特性疲劳疲劳寿命寿命圆柱滚子轴承研究 研究除考虑外加负荷外，还考虑了润滑和滚子的离心力对负荷分布的影响。轴承的负荷分布的计算属于静不定问题，通过变形协调方程和平衡方程，采用迭代法求解出轴承各滚子的负荷分布。动态载荷研究式中弹性变形量 线接触问题的弹性变形量亦称弹性趋
5、近量，没有准确的解析解，但是存在很多近似公式和经验公式。其中 Palmgren 给出了滚动轴承常用的钢制滚子的经验公式：（1）在动态状况下，滚子轴承内圈以ni 转速旋转，滚子在滚道中的位置在不断地变化。假设轴承的游隙仍为ur，除受纯径向负荷Fr 作用外，同时还考虑滚子离心力Fw 和油膜厚度hc 的影响。轴承外圈受力如图：假设滚子公转转速nw_ j是相等的，等于nw，因此各滚子的离心力均为：当滚子与外圈间只有离心力作用时，由式1，产生的接触变形为：（2）（3）建立变形协调关系 我们假设在轴承的顶端始终有一个虚滚子。其承受来自外圈的负荷为Qout_max，产生的 Hertz 接触变形为out_ma
6、x；承受来自内圈的负荷为Qin_max，产生的 Hertz 接触变形为in_max，有如下关系：（4）若不考虑套圈的弯曲变形，与负荷作用线夹角 j处的滚子的 Hertz 接触变形量wj 的变形协调方程为：（5）hc中心油膜厚度 可求得角度 处滚子与外、内圈间的弹性接触变形量out _j 和in _j。不考虑套圈的弯曲变形，角度 处的外圈与滚子间的法向接触负荷与变形的关系为:（6）（7）分析此静不定问题，轴承外圈在负荷Fr滚子接触负荷Q 作用下的平衡方程如下。（8）采用迭代法求解，可得到轴承的动态负荷分布。做出动载随方位角、游隙、速度、滚子数、负荷的变化关系如下图所示。1-滚子与外圈间；2-滚子与内圈间；Thank You!
