为研究非均匀预紧力对轴承-主轴系统回转性能的影响,通过对轴承-主轴试验台施加可控预紧力,检测主轴轴心回转轨迹,并采用最小二乘圆法评定轴心轨迹,研究不同的转速及工况下轴承的非均匀预紧力对主轴轴心轨迹半径的影响。研究结果表明即使在空载情况下,轴承外圈不同施力点导致的非均匀预紧会对轴心轨迹产生不同的影响;在径向载荷下,合适的非均匀预紧会逐渐改善主轴的回转性能。

主轴轴承作为高速精密机床主轴的核心支承部件,其振动性能对整个机床的加工精度、效率至关重要。然而,因高速工况下轴承设计不足,难以有效解决因振动引起的加工精度下降及设备寿命缩短等问题。以某特定型号的角接触球轴承为研究对象,建立滚动轴承动力学分析模型,开展轴承结构参数和工况条件对高速精密机床主轴轴承的振动特性研究,并设计搭建试验台,进行轴承的振动试验验证。结果表明增大内圈沟曲率半径系数会增大振动加速度级,增大外圈沟曲率半径系数会使其减小;外圈沟曲率半径系数对轴承振动加速度级变化的影响更显著;通过设定合理的径向载荷、轴向载荷及内圈转速范围,可降低角接触球轴承的振动加速度值;试验结果表明轴承加速度级的理论分析与试验值之间的误差为8.33%,验证了仿真模型的精确性。

以25TAC62B角接触球轴承为例,建立了轴承瞬态热分析模型,利用ANSYS Workbench对轴承的温度场和热变形进行了仿真分析。结果表明随加热时间增加,各元件温度均在升高,内圈温度随半径增加逐渐升高,外圈温度随半径增加逐渐降低,球的温度高于内外圈;轴承内圈受热后向半径增大方向膨胀,外圈向半径减小方向膨胀,球在内圈和外圈共同挤压下半径变小,整体向半径减小方向被压紧。为进一步研究轴承热诱导的动态接触特性和热诱导的精度渐变可靠性奠定了基础。

油气润滑系统广泛应用于高速滚动轴承,油气润滑条件下轴承温升特性与温度场分布是影响轴承极限转速与动态工作稳定性的重要因素。基于高速滚动轴承摩擦学与两相流理论,以角接触球轴承为研究对象,建立了油气润滑条件下轴承与流体域之间的流固耦合模型。利用流体仿真软件Fluent对油气润滑条件下高速角接触球轴承与流体之间的传热方式及温度场分布进行了数值模拟分析,得到了轴承与轴承腔体的温度场分布。并进一步研究了供油量、润滑油粘度、轴承转速和载荷对轴承温升的影响,得到了油气润滑参数等与轴承温度场热平衡之间的关系。结果表明轴承转速与径向载荷是影响高速滚动轴承生热量与温升的主要因素,轴承内部温度场分布不均匀,对于特定工况存在最佳供油量与润滑油黏度使轴承温升最小。

这里以角接触球轴承25TAC62B为研究对象,采用SKF法计算轴承的发热量,将轴承座外表面分为五个面,基于随机有限元方法对轴承座与轴承的装配体有限元模型进行仿真分析,研究轴承内外圈及滚动体温度的离散程度变化规律,以及对轴承座五个外表面对流系数的敏感性,并分析轴承座内表面与轴承外圈外表面的径向热变形情况。研究结果具有一定的工程实用价值,为进一步研究轴承温度控制和轴承部件热结构耦合随机特性奠定基础。

为研究混合陶瓷角接触球轴承剥落故障振动特性,在ANSYS Workbench中建立了角接触球轴承的动力学有限元模型,通过在外圈滚道、内圈滚道及滚动体上设置剥落故障,分析特定工况下正常与剥落故障时轴承各零件受力变化。在此基础上,研究正常与不同零件故障对接触力的影响,并分析剥落故障对轴承零件运动特性的影响。结果表明:轴承各元件中应力最大的是滚动体,剥落故障使轴承最大应力增加,且最大应力大都出现在滚动体上;外圈剥落对经过剥落处的滚动体造

在分析轴承受力和运动的基础上,研究了轴承运行时球与滚道接触区的滑动,计算了一定条件下接触区滑动速度的分布,指出了球在滚道上运动时纯滚动点的存在。开展了球盘摩擦磨损试验,得到了轴承钢在边界润滑条件下的摩擦因数和磨损系数。利用有限元方法和Archard磨损计算模型,建立了球与内圈磨损的仿真计算模型,并分析了运行时间、径向载荷、接触角等因素对轴承磨损的影响。

针对弹支双半内圈角接触球轴承研制过程中轴承装配高的测量技术难点,通过对轴承装配高测量方法的研究,设计一个既能作为测量载荷又能作为量值传递的测量工装,实现了弹支双半内圈角接触球轴承装配高的测量。

从空间精密轴系用轴承的轴向游隙和刚度角度,分别分析了工作温度及其梯度对全钢轴承和陶瓷球混合轴承预紧力的影响,以及背靠背和面对面2种安装方式的影响差异,明确了量化估算方法。根据隔圈受力变化与预紧力的关系,采用基于应变的预紧力在线测试方法,分别实测了不同温度下全钢轴承轴系和混合轴承的预紧力,结果表明实测结果与分析结果基本一致。

通过分析ZB732静液压泵、ZM732静液压马达的轴承破损原因，并重新进行轴承的寿命计算和选型，找出提高ZB732静液压泵、ZM732静液压马达轴承使用寿命的途径。