航空滚动轴承力学特性分析研究

论文摘要

滚动轴承在航空发动机和航空传动装置中有着广泛的应用。航空滚动轴承的转速一般很高。由于离心效应的影响,轴承滚动体与内外套圈之间的接触角会产生变化,进而影响到轴承的变形与载荷分布特性,所以必须建立航空滚动轴承的力学模型进行载荷分布特性的研究。此外,滚动轴承的一些主要性能,如刚度、变形和承载能力、润滑状态、摩擦等,都是在进行滚动轴承力学分析之后获得的。因此,针对轴承的力学分析研究具有重要的工程应用价值。本文利用拟动力学法,并采用套圈控制理论的假定,分析了复合负载作用下航空球轴承的载荷分布与变形;编制了低速和高速轴承的计算程序,同时分析了外载和转速对轴承载荷分布影响。在航空应用中柔性内外套圈影响轴承的载荷分布,有限元法能更好地分析这种情况。本文在ANSYS软件中建立了航空向心短圆柱滚子轴承的二维有限元模型,分析了径向力和转速对轴承载荷分布的影响和摩擦对于轴承接触变形的影响,并与拟动力学法计算结果进行了比较。根据上述计算所获得的航空滚动轴承的载荷分布结果,对载荷、转速、游隙、材料等参数对接触角、接触变形、接触刚度、油膜厚度和旋滚比等的影响进行了分析。研究表明:采用套圈控制理论计算得到的轴承载荷分布是相当可信的;有限元法计算的变形大于拟动力学法所得的结果;两种方法均能有效地解决滚动轴承载荷分布问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 滚动轴承的分析方法与研究现状
• 1.2.1 滚动轴承的力学分析内容和方法
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 第二章 滚动轴承的结构参数及基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 滚动轴承的结构参数
• 2.2.1 节圆直径与密合度
• 2.2.2 游隙
• 2.2.3 接触角
• 2.2.4 主曲率和与主曲率函数
• 2.3 滚动轴承的基本分析理论
• 2.3.1 弹性接触的赫兹理论
• 2.3.2 滚动轴承接触应力与变形计算方法
• 2.3.3 滚动轴承的运动学关系
• 2.3.4 套圈控制理论
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于拟动力学法的航空球轴承载荷分布研究
• 3.1 引言
• 3.2 球轴承载荷分布计算模型
• 3.2.1 低速球轴承的载荷分布计算模型
• 3.2.2 高速球轴承的载荷分布计算模型
• 3.3 球轴承的载荷分布计算方法与流程
• 3.3.1 Newton-Raphson 迭代法简介
• 3.3.2 低速球轴承载荷计算流程
• 3.3.3 高速球轴承载荷计算流程
• 3.4 球轴承主要参数对载荷分布的影响
• 3.4.1 负荷对低速球轴承载荷分布的影响
• 3.4.2 游隙对低速球轴承载荷分布的影响
• 3.4.3 转速、负荷及材料对高速球轴承接触角及载荷分布的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于有限元法的航空滚子轴承载荷分布研究
• 4.1 引言
• 4.2 接触问题的有限元分析方法
• 4.3 ANSYS 接触问题的分析方法
• 4.3.1 接触单元类型
• 4.3.2 接触问题分析步骤
• 4.4 向心滚子轴承的载荷分布计算
• 4.4.1 滚子轴承载荷分布计算的有限元模型
• 4.4.2 摩擦、负荷及转速对滚子轴承载荷分布的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 航空滚动轴承油膜厚度、旋滚比和接触刚度的分析
• 5.1 引言
• 5.2 油膜厚度的计算及其影响因素分析
• 5.2.1 油膜厚度的计算方法
• 5.2.2 转速及负荷对球轴承油膜厚度的影响
• 5.2.3 转速及负荷对滚子轴承油膜厚度的影响
• 5.3 旋滚比及其影响因素分析
• 5.3.1 旋滚比的计算方法
• 5.3.2 转速、负荷及材料对球轴承旋滚比的影响
• 5.4 接触刚度及其影响因素分析
• 5.4.1 轴承接触刚度的计算方法
• 5.4.2 负荷及滚动体个数对球轴承接触刚度的影响
• 5.4.3 负荷及滚动体个数对向心滚子轴承接触刚度的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文的主要工作与结论
• 6.1.1 论文的主要工作
• 6.1.2 论文的主要结论
• 6.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文