基于ADAMS的角接触球轴承的动力学分析与结构优化

摘要

角接触球轴承由于具有良好的高速性能和承载能力，被广泛应用于各种高速旋转轴系支撑。高速角接触球轴承的主要失效原因之一是由于轴承运转的不稳定性，因此，保持架的设计就显得非常重要。研究与实践表明，高速角接触球轴承在运转过程中由于保持架的不稳定造成的高速轴系失效占很大的比重。因此，研究高速角接触球轴承的动态特性和保持架的稳定性等动力学行为，对轴承进行结构优化、提高轴承稳定性具有重要的理论与实践意义。
　　本文基于滚动轴承的动力学分析理论，结合轴承的接触、弹流润滑、摩擦等相关理论，系统全面地分析了角接触球轴承各元件之间的作用关系，建立了角接触球轴承动力学微分方程。利用ADAMS软件对角接触球轴承动力学模块进行了二次开发，用Fortran语言编写轴承各元件间的自定义子程序，并将编译生成的动态链接库文件(*.dll)与ADAMS/Solver链接，实现了高速角接触球轴承的动力学仿真。
　　以某型号角接触球轴承为例，分析了保持架分别为方兜孔与圆兜孔时，轴承结构参数与典型工况参数对轴承动力学特性的影响。分析结果表明:
　　1.加大轴向载荷或提高转速，有利于保持架的稳定性，但会增大保持架与外套圈引导面的平均摩擦力矩;轴向载荷较小时，圆兜孔保持架的稳定性优于方兜孔的，而轴向载荷较大时，则方兜孔保持架的稳定性略优于圆兜孔的;在转速较小时，方兜孔保持架的稳定性略优于圆兜孔的，而转速较大时，两种保持架的稳定性基本一致。
　　2.径向载荷的增加会导致保持架稳定性的降低，但可减少保持架与外套圈引导面的平均摩擦力矩;圆兜孔保持架的稳定性略优于方兜孔保持架。
　　3.随着间隙比的增大，方兜孔与圆兜孔两种保持架的不稳定性都增大;当间隙比c小于1时，两种形状的保持架的不稳定性基本一致，而当间隙比c大于1时，方兜孔保持架的稳定性比圆兜孔差;方兜孔保持架与外套圈引导面的平均润滑摩擦力矩呈上升趋势，平均碰撞摩擦力矩则相反。
　　4.随着沟曲率的增大，方兜孔与圆兜孔保持架不稳定性都是先降低再升高;针对本课题，外沟曲率的变化对保持架稳定性的影响比内沟曲率的大;当沟曲率fi=0.54、fo=0.54时，两种保持架的不稳定性最低。
　　5.在任何相同工况条件下，方兜孔保持架与外套圈引导面的平均碰撞摩擦力矩小于圆兜孔的平均碰撞摩擦力矩，而平均润滑摩擦力矩则相反;平均碰撞摩擦力矩变化明显大于润滑摩擦力矩。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题的来源

1．4 课题的研究内容

第二章 角接触球轴承的动力学分析模型

2．1 轴承坐标系统的建立

2．1．1 轴承(惯性)坐标系

2．1．2 钢球(球心)坐标系

2．1．3 接触面(局部)坐标系

2．2 轴承分析模型

2．3 轴承元件问的相互作用力

2．3．1 钢球与滚道间的相互作用

2．3．2 钢球与保持架的相互作用

2．3．3 油-气混合物与钢球的相互作用

2．3．4 保持架与引导套圈的相互作用

2．4 轴承动力学微分方程组

2．4．1 钢球动力学微分方程组

2．4．2 保持架动力学微分方程组

2．4．3 内圈动力学微分方程组

2．5 本章小结

第三章 角接触球轴承仿真模型的建立及求解

3．1 前处理参数化界面的创建

3．2 保持架的柔性化处理

3．3 自定义用户子程序

3．4 动力学模型求解过程

3．5 后处理界面的创建

3．6 本章小结

第四章 角接触球轴承动力学的仿真结果分析与结构优化

4．1 轴承组件主要参数

4．2 轴承工况参数对角接触球轴承动力学性能的影响

4．2．1 轴向载荷对角接触球轴承动力学性能的影响

4．2．2 径向载荷对角接触球轴承动力学性能的影响

4．2．3 转速对角接触球轴承动力学性能的影响

4．2．4 间隙比对角接触球轴承动力学性能的影响

4．2．5 沟曲率对角接触球轴承动力学性能的影响

4．2．6 刚柔耦合对角接触球轴承动力学性能分析结果的影响

4．3 本章小结

第五章 试验验证

5．1 试验目的与内容

5．1．1 试验目的

5．1．2 试验内容

5．2 试验装置

5．2．1 试验机结构与组成

5．2．2 试验机的主要技术指标

5．3 试验方法

5．4 试验结果分析

5．5 本章小结

总结与展望

1．总结

2．创新点

3．工作展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢