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航空发动机高速滚动轴承力学特性研究

唐云冰  
【摘要】: 随着科学技术的发展,航空发动机的性能不断提高。滚动轴承作为航空发动机转子系统广泛采用的一种支承,其力学特性对转子系统的动力特性有重要的影响,尤其是高速下更为显著。因此,为了满足新一代先进航空发动机研制的需要,进行航空发动机高速滚动轴承的研究十分必要。本文围绕航空发动机高速滚动轴承的力学特性,开展了以下工作: (1)分别采用拟动力学法和有限元法,建立了滚动轴承力学分析模型,研究了滚动轴承的载荷分布特性,分析了不同结构参数和载荷参数对其接触角、变形、接触刚度和极限转速的影响规律。计算结果与实验结果的比较表明:两种算法所得结果与实验结果基本一致,有限元法在计算精度方面具有优势,而拟动力学法在计算效率方面具有优势。 (2)基于弹流润滑理论,研究了滚动轴承的最小油膜厚度和油膜刚度特性,分析了不同载荷参数对它们的影响规律。将油膜刚度和接触刚度组合,推导了滚动轴承的综合刚度,提出了滚动轴承等效刚度的概念和计算方法。以某微型发动机采用的陶瓷滚动轴承为例,测量了它的等效刚度和阻尼。研究表明:在一定安装、润滑和预紧条件下,当频率比λ 1时,轴承等效刚度随着转速的升高而升高。 (3)考虑滚珠和径向游隙等因素的影响,对滚动轴承疲劳寿命的计算公式进行了修正。研究表明:滚珠对轴承疲劳寿命有一定影响,不考虑滚珠影响会使计算结果偏高。根据修正公式,分析了不同结构参数和载荷参数对滚动轴承疲劳寿命的影响规律,提出了提高轴承疲劳寿命的方法和措施。建立了滚动轴承滑动分析模型,研究了滚珠自转角速度和滑动速度的变化规律,提出了防止轴承打滑的方法和措施。 (4)在Hertz接触理论和轴承运动学的基础上,推导了滚动轴承非线性轴承力,建立了滚动轴承非线性振动的分析模型,研究了滚动轴承变刚度振动、表面波纹度对系统动力特性的影响规律。研究表明:滚动轴承的非线性轴承力会诱发变刚度振动;通过适当地选取转速、阻尼、游隙和径向力等参数,可以降低滚动轴承系统的非周期振动;由几何缺陷引起的滚动轴承波纹度,是导致


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