针对公转-自转工况下滚针轴承保持架失效问题,基于滚动轴承动力学理论,建立了公转-自转工况下的滚针轴承动力学微分方程组,采用GSTIFF变步长积分算法对轴承进行了求解。以保持架应力来评估保持架强度,开展了轴承工况条件对保持架应力影响的研究并指导保持架选材。结果表明,有公转工况下,保持架应力明显大于无公转工况;滚针与保持架碰撞力主要影响滚针与保持架接触区处的应力值,并随碰撞力的增大而增大;保持架离心力主要影响保持架横梁斜坡夹角处的应力,并随离心力的增大而增大。公转速度较低时,保持架材料选0Cr18Ni9Ti更合适;公转速度较高时,则选20CrMo更合适。

航空发动机主轴系统中滚动轴承常与弹性支承和挤压油膜阻尼器(Squeeze film damper,SFD)联合使用,以降低转子的振动。由于支承方式的改变,轴承的运动状态发生较大的变化。基于滚动轴承动力学理论和模态综合法,建立了弹支SFD圆柱滚子轴承-刚性转子刚柔耦合动力学分析模型,开展了转子不平衡量产生的非稳态载荷对弹支SFD圆柱滚子轴承动态特性的影响研究。结果表明,非稳态工况下,弹支SFD圆柱滚子轴承保持架打滑率表现出明显的波动;挤压油膜阻尼器结构参数对轴承承载和打滑特性有不同程度的影响;周期性的时变载荷使保持架打滑增大且打滑率呈现无规则波动。

针对某航空发动机用双列角接触球轴承运行过程中摩擦功耗的变化,基于滚动轴承动力学理论,建立了双列角接触球轴承动力学微分方程组,采用预估-校正Adams-Bashforth-Moulton多步积分算法进行求解,分析了轴承工况参数和结构参数对其摩擦功耗的影响规律,并通过正交分析方法对轴承结构参数进行了优化。结果表明,随着轴承转速、轴向载荷、预紧量的增加,轴承总摩擦功耗均呈增大的趋势;随着滚动体个数、内外沟曲率半径系数的增加,轴承总摩擦功耗呈现减小的趋势;内沟曲率半径系数对轴承摩擦功耗影响最大,滚动体个数影响次之,外沟曲率半径系数影响最小。

涡轮泵支承轴承由于在超低温环境下工作,其保持架兜孔通常为椭圆形。基于滚动轴承动力学理论,通过建立保持架兜孔形状为椭圆的角接触球轴承动力学方程组,研究了不同工况参数及不同结构参数对保持架打滑率和摩擦功耗的影响。结果表明,保持架打滑率随轴承转速、径向游隙以及兜孔轴向间隙增加而增加;随轴承载荷、引导间隙及保持架兜孔周向间隙增加而减小。摩擦功耗随轴承转速、轴向载荷、引导间隙、兜孔周向间隙以及轴向间隙增加而增加;随径向载荷和径向游隙增加而减小。

以谐波和噪声实验为基础,建立滚动轴承表面谐波分布模型,研究谐波分布参数对轴承噪声声压级的影响规律,得出控制噪声的最优谐波控制线方程.对6203轴承的噪声实验研究表明,所给出的最优轴承噪声声压级函数的预测误差很小,大约为4dB.鉴于谐波分布参数可以在机械制造过程中控制,因此在轴承零件制造过程中控制装配后的成品轴承的噪声将变为现实.

针对高速脂润滑滚动轴承密封过早失效的问题,建立油封的热-应力耦合有限元模型,研究油封主要参数和轴承工况参数对油封唇口的最高温度和最大接触应力的影响规律,对油封结构参数进行优化,利用强化温升漏脂试验台进行试验验证。结果表明:高速脂润滑滚动轴承油封密封性能的研究应该考虑温度的影响;唇口的最高温度随轴向过盈量、橡胶材料硬度、密封面摩擦因数、轴承转速和轴承腔内温度的增大而增大;最大接触应力随轴向过盈量和橡胶材料硬度的增大而增大,随密封面摩擦因数、轴承转速和轴承腔内温度的增大变化不大;密封结构优化后,平均漏脂率下降了56.7%,平均温升下降了54.3%。

为实现氮化硅陶瓷滚子抛光的高效、高精度要求,提出磁流变、化学与超声复合的抛光工艺方法。分析复合抛光的加工机理;利用试验机,在不同工艺参数下进行了复合抛光工艺试验,分析各主要工艺参数对抛光材料去除率和滚子表面粗糙度的影响规律,确定出复合抛光的最佳工艺参数。结果表明:复合抛光后陶瓷滚子表面粗糙度Ra由0.3μm减小至0.03μm;在最佳工艺参数下,滚子能够在保持较高材料去除率的同时获得较好的表面质量;材料去除过程主要是磁流变抛光的剪切作用、超声波抛光的冲击作用以及抛光过程中一系列化学反应综合作用的结果。

基于ANSYS建立了大型四列圆柱滚子轴承有限元模型,选用多线性强化材料塑性应变模型,分析了某型号轧机用大型四列圆柱滚子轴承在极限载荷下的滚子素线修形方式、滚子空心度以及滚子和内滚道的硬化层深度对轴承最大接触应力及塑性应变的影响。结果表明滚子对数修行时轴承接触应力较小;随内滚道和滚子硬化层深度增加,滚子与内滚道最大接触应力先增加而后趋于稳定;在空心度小于50%时,滚子内壁最大等效应力随空心度增大而增大,滚子外壁最大等效应力随空心度增大而减小,滚子最大接触应力随空心度增大而减小。在空心度大于50%时,滚子内(外)壁最大等效应力及滚子最大接触应力均随空心度增大而增大。

针对圆柱滚子轴承早期故障难以检测的问题,提出了一种基于HVD（hilbert vibration decomposition）分解降噪、多频段局部最优频带叠加的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先对振动信号HVD分解提取含丰富故障信息的分量,然后对不同频域范围频谱的分析提取多个局部最优频段,并计算局部最优频段经过包络解调后的频谱,最后将子带频谱叠加凸出其中微弱故障信息。将该方法应用于圆柱滚子轴承故障检测中,并与快速峭度图分析结果进行了对比,验证了该方法的有效性。

基于滚动轴承动力学理论，建立考虑较大负加速条件下的圆柱滚子轴承动力学微分方程组，采用预估-校正的Hilbert-Hughes-Taylor（HHT）变步长积分算法求解其动力学微分方程组。在此基础上，提取减速阶段滚子与保持架的碰撞力和角速度作为滚子与保持架有限元接触模型的边界条件，研究保持架材料、轴承结构参数和工况参数对保持架应力的影响。研究结果表明：轴承在稳定工作阶段时保持架应力主要由离心力产生，但在停止阶段保持架应力主要由滚子与保持架间碰撞力产生，且是稳定工作阶段应力的数倍；在相同工况条件下，相对于青铜保持架，钢制保持架的安全系数更高；随着润滑油供油温度的升高，保持架应力呈现先减小后增大的趋势，存在一个最佳的润滑供油温度使保持架应力最小；应合理地选择径向游隙、载荷和润滑油供油温度以降低轴承...