混合弹流润滑高速球轴承动态特性和摩擦力矩研究

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滚动轴承作为高速转子系统的重要组成部分,其服役性能直接影响整个系统的工作性能、传动效率和使用寿命。本文针对角接触球轴承,建立了混合弹流润滑高速球轴承动力学模型,并基于此开展了不同载荷、转速和结构参数下轴承动态特性和摩擦力矩的研究。主要内容如下:结合弹流润滑理论和动力学分析理论,建立了混合弹流润滑高速球轴承动力学模型,可获取球轴承载荷分布、钢球运动参数和保持架质心轨迹,并通过对比分析验证了模型准确性,为轴承性能分析提供基础。根据所建立高速球轴承动力学模型,以旋滚比、滑滚比和?Δ(1(接触应力与滑动速度之积)评估轴承动态特性,研究了不同负载和轴承结构参数对轴承动态性能的影响规律及作用机理。结果表明旋滚比、滑滚比和?Δ(1与轴承转速正相关,施加一定轴向预载荷可降低旋滚比和滑滚比,且在轴承打滑率较高时,?Δ(1显著降低。同时合理选取轴承初始接触角、钢球个数和内外滚道沟曲率系数可提高轴承各项特性。基于轴承动力学模型对保持架运转稳定性进行研究,根据保持架质心轨迹及涡动速度偏差比判定保持架稳定性变化,进而研究负载、转速、保持架引导间和不平衡质量对保持架稳定性的影响。结果表明保持架运转稳定性随轴承转速和径向载荷增加而降低,而适当增大轴向载荷可使保持质心轨迹更规则,稳定性更好。此外,在一定范围内,适当增加引导间隙和不平衡量可提高保持架稳定性,但过大的引导间隙会造成保持架失稳。建立球轴承摩擦力矩数学模型,以动力学模型计算结果作为输入,研究了不同工况下轴承润滑状态和各项摩擦力矩的变化规律。结果表明轴承摩擦力矩与载荷正相关,同时径向载荷会增大钢球载荷循环中摩擦力矩波动性,轴承转速的提高使得摩擦力矩先减小后增大。此外,分析了初始接触角、钢球个数和滚道沟曲率对摩擦力矩的影响,研究结果可为减少高速轴承发热的结构设计提供参考。
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