【摘 要】
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轴承被广泛应用于航空发动机、电主轴和机器人的结构部件中,其机械性能对整个系统性能的提高具有重要的作用。机电设备中的轴承正在向低摩擦、小型化、高负荷及可适应恶劣环境方向发展,无保持架球轴承的设计应运而生。本文从无保持架球轴承滚动体及内圈运动稳定性出发,开展对无保持架球轴承外圈滚道结构的理论设计与试验研究。首先,对无保持架球轴承外圈局部变径滚道参数进行设计。为避免滚动体产生轴向位移,根据滚动体经过变径
【基金项目】
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国家自然科学基金项目:“局部变速曲面无保持架陶瓷球轴承滚动体自动离散机理研究”,项目编号:51875142；
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轴承被广泛应用于航空发动机、电主轴和机器人的结构部件中,其机械性能对整个系统性能的提高具有重要的作用。机电设备中的轴承正在向低摩擦、小型化、高负荷及可适应恶劣环境方向发展,无保持架球轴承的设计应运而生。本文从无保持架球轴承滚动体及内圈运动稳定性出发,开展对无保持架球轴承外圈滚道结构的理论设计与试验研究。首先,对无保持架球轴承外圈局部变径滚道参数进行设计。为避免滚动体产生轴向位移,根据滚动体经过变径滚道时的运动状态,设计轴对称的变径滚道形状,分别建立矩形、梭形和椭圆形变径滚道结构参数方程;分析单个变径滚道分别位于承载区和非承载区,滚动体和内圈的受力状态,建立滚动体力学模型及内圈位移方程,确定变径滚道位置不同时承载滚动体的数量,以及对内圈位移的影响;根据变径滚道几何参数建立滚动体质心位移方程,为后续能量方程建立提供基础;并对多个变径滚道的分布规律进行分析,结合变径滚道形状和位置,设计变径滚道参数方案。其次,对带有局部变径滚道的无保持架球轴承滚动体及内圈进行运动分析。由于滚动体滚过变径滚道时其动能与势能发生变化,基于能量的改变建立相邻滚动体球心距方程,确定任意相邻滚动体间不产生碰撞的球心距;结合所建滚动体质心及内圈中心位移方程,建立无保持架球轴承滚动体及内圈的能量方程,基于拉格朗日能量法得到滚动体及内圈的运动微分方程;采用四阶Runge-Kutta法对上述运动微分方程求解,得到滚动体及内圈中心的速度与位移,分析滚动体速度-位移及内圈速度-位移的相图,初步进行变径滚道参数的优选,以确定变径滚道参数对无保持架球轴承系统稳定性的影响。最后,为验证局部变径滚道参数设计的正确性,对六种具有不同变径滚道参数的无保持架球轴承模型进行运动学仿真,分析相邻滚动体球心距变化范围与滚动体加速度幅值、内圈中心速度与位移波动范围,确定变径滚道参数最终优选结果;在T10-60型号轴承试验机上对具有三种变径滚道形状的无保持架球轴承进行试验,测量不同工况下无保持架球轴承振动信号,确定变径滚道形状、转速与无保持架球轴承振动幅值变化之间的关系,验证变径滚道参数理论优选的合理性。本文提出的在外圈滚道上进行局部变径滚道参数设计及方案优选,开展了无保持架球轴承各部件运动稳定性的研究,为新型轴承的性能优化提供可靠的理论分析和设计方向。
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