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圆柱滚子轴承停止阶段动态特性分析

李猛  
【摘要】:现代航空发动机主轴多采用滚动轴承支承下的转子结构,圆柱滚子轴承以其优良的高速性能,被广泛的应用于航空发动机主轴上。航空发动机在停止阶段,套圈和滚子间会产生严重的摩擦磨损,且保持架易发生冲击、啸叫、过早磨损甚至疲劳断裂,从而导致轴承的早期失效。因此,圆柱滚子轴承作为航空发动机主轴的关键支承元件,对其停止阶段的动态性能进行分析成为一个非常必要的课题。在滚动轴承动力学基础上,建立考虑大负加速条件下的圆柱滚子轴承停止阶段动力学分析模型,根据所建立的分析模型进一步建立了圆柱滚子轴承停止阶段的动力学仿真模型。并以保持架在停止阶段任意时刻的受力和角速度作为保持架有限元分析模型的边界条件,进而建立以分析保持架强度为目的的有限元分析模型。以某一型号圆柱滚子轴承为例,分析不同保持架材料、结构参数和工况参数等对圆柱滚子轴承停止阶段的打滑特性和保持架强度的影响,并进行了试验验证。得出主要结论如下:1轴承在停止阶段,保持架转速随内圈转速的变化有一定时间的延后,造成保持架打滑率由正打滑变为负打滑,且在某一时刻负打滑程度达到最大;2在稳态和停止阶段,保持架材料和兜孔间隙对保持架打滑率的影响很小;3在稳态阶段,随着轴承转速和径向游隙的增大,保持架打滑率也随之增大,随着径向载荷、润滑油供油温度和引导间隙的增大,保持架打滑率随之减小;在停止阶段,随着轴承角加速度、径向游隙和引导间隙的增大,保持架负打滑程度增大,随着径向载荷和润滑油供油温度的增大,保持架打滑程度减小;4轴承在稳态阶段,保持架应力主要由离心力产生,轴承在停止阶段,保持架应力主要由滚子与保持架碰撞力产生,且是稳态阶段保持架应力的数倍;5在相同工况条件下,铜制保持架比钢制保持架应力小,但钢制保持架的安全系数高于铜制保持架;6随着润滑油温度的升高,保持架应力呈现先增大后减小的趋势,存在一个最佳的润滑油供油温度,使保持架应力最小;7滚道对滚子和保持架的拖动作用应大于某一临界值,这样有利于大幅度减小保持架在轴承停止阶段的应力。


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