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保持架兜孔形状对高速角接触球轴承保持架动态性能的影响分
析
陈世金;邹冬良;王亚坤;蔡东明
【期刊名称】《振动与冲击》
【年(卷),期】2024(43)7
【摘要】分别建立了方柱形、圆柱形和球形兜孔保持架的角接触球轴承动力学数
值仿真模型,试验结果验证了模型的准确性。
对三种不同兜孔形状的保持架在不同
间隙比下进行了分析,结果表明:球形兜孔保持架运动稳定性显著优于方柱形和圆柱
形兜孔保持架,而在间隙比小于1时,圆柱形兜孔保持架运动稳定性优于方形保持架,反之则方柱形保持架更稳定;球形兜孔保持架的运动由球引导,方柱形和圆柱形兜孔
保持架则由套圈引导;随着间隙比的增大,保持架的轴向摆动范围逐渐增大,且方柱形、圆柱形和球形兜孔保持架的轴向摆动范围依次减小;保持架的磨损率与其运动稳定
性呈负相关,且球形兜孔保持架的磨损率高于其他两种保持架。
【总页数】13页(P102-114)
【作者】陈世金;邹冬良;王亚坤;蔡东明
【作者单位】五冶集团上海有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.33
【相关文献】
1.椭圆兜孔对高速球轴承保持架动态性能的影响分析
2.角接触球轴承保持架兜孔形状对其稳定性的影响
3.保持架兜孔形状对高速球轴承动态摩擦力矩的影响
4.双保持架推力球轴承保持架兜孔锥角的测量
5.球轴承窗式保持架兜孔与滚珠间润滑性能
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高速滚动轴承动力学分析模型与保持架动态性能研究摘要：高速滚动轴承是工业领域中一种常见的关键部件，其性能对机械设备的精度和寿命具有重要影响。
本文基于高速滚动轴承的动力学分析和保持架的动态性能研究，探讨了高速滚动轴承的工作原理、动力学特性以及保持架在工作过程中的影响。
通过建立合理的动力学模型，结合实验数据进行验证和分析，可以为高速滚动轴承的工程应用提供理论支持和指导。
1. 引言高速滚动轴承作为机械设备中的重要部件之一，广泛应用于航空航天、汽车、机床等领域。
其主要作用是支撑和传递机械设备的载荷，并保持良好的旋转精度。
然而，由于工作环境的复杂性和高速旋转的特点，高速滚动轴承往往面临着较大的动力学问题和疲劳寿命的挑战。
因此，深入研究高速滚动轴承的动力学特性和保持架的动态性能具有重要意义。
2. 高速滚动轴承的工作原理和动力学特性高速滚动轴承的工作原理可以简述为：当外界载荷作用于轴承时，滚动体将承受载荷并传递给滚道，进而使滚动轴承整体旋转。
在该过程中，存在摩擦、磨损和温升等现象，这些都会影响轴承的运动学和动力学性能。
具体来说，高速滚动轴承的动力学特性可以通过以下几个方面来研究：(1) 轴承刚度：轴承的刚度是指在给定载荷下轴承产生的滑动量。
高速滚动轴承的刚度对于维持其旋转精度至关重要，因此需要考虑滚道、滚珠形状的设计以及润滑方式的选择等因素。
(2) 动载荷：轴承在工作过程中承受来自机械设备的动载荷。
这些动载荷会产生往复力和转矩，并且随着时间的变化而变化。
因此，了解轴承在不同工作条件下的动载荷分布对于轴承的设计和选型至关重要。
(3) 摩擦和磨损：高速滚动轴承的摩擦和磨损问题不可忽视。
摩擦和磨损的存在会导致能量损耗和寿命减少。
因此，需要采取适当的润滑方式和材料选择来减少摩擦和磨损。
3. 保持架的动态性能研究保持架作为高速滚动轴承的支撑装置，具有很大的影响力。
保持架的稳定性和刚度对于轴承的运动学和动力学性能至关重要。
轴承保持架兜孔间隙是指轴承内部保持架和兜孔之间的间隙，它对于轴承的运转和寿命有着很大的影响。
在使用轴承的过程中，的大小必须保持在规定的范围内，否则会影响轴承的精度、承载能力和耐久性。
一、轴承保持架的作用轴承保持架是轴承中的一个重要部件，它主要用于固定滚动体和保持滚子的相对位置，同时还可以保护轴承内部的滚动体和其他重要部件，使得轴承能够平稳地运转。
二、兜孔的作用兜孔是一种加工工艺，用于在轴承内部挖出一个或多个孔，在孔内放置保持架，固定滚子的位置，使得轴承能够承载更大的负荷。
三、的影响1、轴承精度过大或过小都会影响轴承的精度。
如果间隙过大，轴承的精度会降低，导致轴承的运转不稳定，并且轴承的承载能力也会受到影响。
如果间隙过小，则会影响轴承的运转和寿命。
2、轴承承载能力过大会影响轴承的承载能力。
当轴承受到负荷时，轴承内部的保持架会挤压滚动体，使得滚子之间的间隙变小，从而能够承受更大的负荷。
如果间隙过大，保持架就不能很好地固定滚子，导致轴承承载能力下降。
3、轴承耐久性过大或过小都会影响轴承的耐久性。
当轴承内部的保持架兜孔间隙过大时，轴承搬运的滚子容易从保持架中滑出来，导致轴承失效。
如果间隙过小，则会使得轴承内部的滚子间隙变小，轴承的运转变得更加困难，导致轴承密封处磨损加剧。
四、如何确定大小根据轴承类型和使用条件，可以通过以下几种方法来确定：1、规范和标准对于不同类型的轴承，都有相应的规范和标准规定了的大小，使用时应该按照规范和标准要求进行。
2、实验测定可以通过实验测定的方式来确定轴承的保持架兜孔间隙大小，这需要特殊的设备和工具才能完成，对于一些特殊使用条件下的轴承来说，这是一种比较有效的确定方法。
3、工厂设置一些高精度轴承在出厂前会根据使用条件设置好保持架兜孔间隙的大小，用户在使用时应该尽量保持轴承的原始状态。
五、总结是轴承内部最重要的一个参数之一，在选择和使用轴承时应该充分考虑它的重要性，并且根据具体使用条件来确定合适的间隙大小，从而保证轴承的精度、承载能力和耐久性。
高速圆柱滚子轴承保持架振动特性研究张文虎; 胡余生; 邓四二; 徐嘉; 胡永乐【期刊名称】《《振动与冲击》》【年(卷),期】2019(038)022【总页数】10页(P85-94)【关键词】高速圆柱滚子轴承; 动力学; 保持架; 振动特性; 振动加速度【作者】张文虎; 胡余生; 邓四二; 徐嘉; 胡永乐【作者单位】河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003; 空调设备及系统运行节能国家重点实验室广东珠海519000【正文语种】中文【中图分类】TH133圆柱滚子轴承由于较小的摩擦因数、优良的高速性能等优点，被广泛应用于航空发动机主轴、齿轮箱、机器人变速装置等机械传动系统中。
对于高速运转的圆柱滚子轴承，滚子与保持架之间的频繁碰撞与摩擦将引起保持架的振动。
研究表明：在高转速下，由于滚子对保持架的频繁碰撞与摩擦引起的保持架振动往往是引起保持架失效的主要原因之一[1-2]。
因此，对于高速圆柱滚子轴承保持架振动特性的研究就显得非常重要。
国内外学者对滚动轴承保持架进行了广泛研究：Gupta[3-4]采用古典微分方程的方法建立了圆柱滚子轴承的动力学分析模型，研究了稳定工况下保持架的打滑和运行稳定性；立石佳男等[5]用三个涡流式传感器检测角接触球轴承保持架X，Y，Z方向的振动位移，测定在各种不同工作条件(转速、载荷、润滑及间隙)下的保持架涡动；Ghaisas等[6]基于简化的润滑剂拖动模型，研究了保持架兜孔间隙、引导间隙、滚子直径及内圈倾斜角对保持架涡动轨迹和保持架速度偏差比的影响，并使用保持架速度偏差评定保持架的稳定性； Selvaraj等[7]用试验方法分析了诸如转速、径向载荷、润滑油黏度、滚子个数和轴承温度等因素对圆柱滚子轴承保持架打滑的影响。
研究结果表明：对于高速轴承，轴承元件动态的不稳定性是造成轴承失效的主要原因。
Stevents[8]通过试验研究了角接触球轴承保持架的不稳定性。
结果表明：保持架的不稳定表现为径向的高频振动。
2023年第47卷第4期Journal of Mechanical Transmission新能源汽车用高速深沟球轴承保持架设计与验证于庆峰（舍弗勒贸易（上海）有限公司，上海201805）摘要高速深沟球轴承广泛应用于新能源汽车驱动电动机及减速箱中，随着新能源汽车的技术发展，对其精度、寿命和可靠性提出了更高的要求。
高速深沟球轴承失效的主要形式之一是保持架断裂。
系统分析了高速深沟球轴承中保持架的受力来源及对应状态下的应力及应变状态，发现保持架自身离心力是最大影响因素；有针对性地提出了高速保持架设计方案；采用Abaqus及CABA3D进行仿真验证，并通过了台架试验及客户装机测试。
研究对高速深沟球轴承的保持架设计、提高轴承可靠性等具有重要借鉴意义。
关键词高速深沟球轴承保持架设计离心力断裂Research and Validation of Cage Design of High Speed Deep Groove BallBearings for New Energy VehiclesYu Qingfeng（Schaeffler Trading (Shanghai) Co., Ltd., Shanghai 201805, China）Abstract High-speed deep groove ball bearings are widely used in drive motors and reducers of new energy vehicles, and the requirements of bearing accuracy, life and reliability are getting higher and higher with development of new energy vehicles technology. One of the main failures of high speed ball bearings is cage fractures. In this study, the relationship between the cage stress and the strain is systematically analyzed, the centrifugal force of the cage itself is indicated as the biggest influencing factor, and key points of cage design are proposed. The simulation results are verified by Abaqus and CABA3D; the bench test and customer installation testing are verified. The research is important for cage design of high speed ball bearings and improving bearing reliability.Key words High speed deep groove ball bearing Cage design Centrifugal force Fracture0 引言在过去几年中，新能源汽车浪潮汹涌来袭，其销量和对燃油车的渗透率连年大幅增长，更是在2021年实现了352.1万辆销售和同比1.6倍的增长[1]，中国将在2050年以前实现传统燃油车的全面退出[2]。
冲击工况下高速圆锥滚子轴承保持架动力学分析呙如兵１，时大方２，张晶１，杨帆１，张弘毅３（１．中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，江苏 常州 ２１３０１１；２．浙江天马轴承集团有限公司，浙江 湖州 ３１３２１９；３．洛阳轴承研究所有限公司，河南 洛阳 ４７１０３９）摘要：基于圆锥滚子轴承零件受力模型及润滑理论建立适用于冲击工况的轴承保持架动力学模型，在此基础上，考虑联合载荷和冲击载荷的作用，基于ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ分析了兜孔间隙和引导间隙对保持架动态特性的影响。
结果表明：冲击载荷将使保持架涡动半径增大，质心运动不稳定，保持架应力增大；随兜孔间隙增大，保持架质心运动轨迹的涡动半径增大，保持架应力减小；随引导间隙增大，保持架质心运动轨迹的涡动半径减小，保持架应力增大。
关键词：滚动轴承；圆锥滚子轴承；保持架；动力学模型；有限元分析中图分类号：ＴＨ１３３．３３＋２；Ｏ３１３ 文献标志码：Ｂ ＤＯＩ：１０．１９５３３／ｊ．ｉｓｓｎ１０００－３７６２．２０２１．０６．００２ＤｙｎａｍｉｃＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＨｉｇｈ－ＳｐｅｅｄＴａｐｅｒｅｄＲｏｌｌｅｒＢｅａｒｉｎｇＣａｇｅＵｎｄｅｒＩｍｐａｃｔＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓＧＵＯＲｕｂｉｎｇ１，ＳＨＩＤａｆａｎｇ２，ＺＨＡＮＧＪｉｎｇ１，ＹＡＮＧＦａｎ１，ＺＨＡＮＧＨｏｎｇｙｉ３（１．ＣＲＲＣＱｉｓｈｕｙａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ２１３０１１，Ｃｈｉｎａ；２．ＺｈｅｊｉａｎｇＴｉａｎｍａＢｅａｒｉｎｇＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈｕｚｈｏｕ３１３２１９，Ｃｈｉｎａ；３．ＬｕｏｙａｎｇＢｅａｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１０３９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｆｏｒｃｅｍｏｄｅｌｏｆｔａｐｅｒｅｄｒｏｌｌｅｒｂｅａｒｉｎｇｐａｒｔｓａｎｄｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ，ａｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｇｅｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｉｍｐａｃｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄｌｏａｄａｎｄｉｍｐａｃｔｌｏａｄａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐｏｃｋｅｔｃｌｅａｒａｎｃｅａｎｄｇｕｉｄｉｎｇｃｌｅａｒａｎｃｅｏｎｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃａｇｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄｏｎＡＮ ＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｍｐａｃｔｌｏａｄｉｎｃｒｅａｓｅｓｖｏｒｔｅｘｒａｄｉｕｓｏｆｃａｇｅ，ｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｍａｓｓｍｏｔｉｏｎｉｓｕｎｓｔａｂｌｅ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｏｆｃａｇｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ；ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｐｏｃｋｅｔｃｌｅａｒａｎｃｅ，ｔｈｅｖｏｒｔｅｘｒａｄｉｕｓｏｆｃａｇｅｃｅｎｔｅｒｏｆｍａｓｓｍｏｔｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｉｎｃｒｅａｓｅｓ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｏｆｃａｇｅｄｅｃｒｅａｓｅｓ；ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｇｕｉｄｉｎｇｃｌｅａｒａｎｃｅ，ｔｈｅｖｏｒｔｅｘｒａ ｄｉｕｓｏｆｃａｇｅｃｅｎｔｅｒｏｆｍａｓｓｍｏｔｉｏｎｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｏｆｃａｇｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇ；ｔａｐｅｒｅｄｒｏｌｌｅｒｂｅａｒｉｎｇ；ｃａｇｅ；ｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌ；ＦＥＡ 轨道交通车辆齿轮箱轴承是列车运行的重要部件，其工作状态将直接影响车辆的安全运转。
斜面兜孔圆柱滚子轴承保持架稳定性分析邓增辉，刘延斌，桑得雨（河南科技大学 机电工程学院，河南 洛阳 ４７１００３）摘要：以某型斜面兜孔保持架圆柱滚子轴承为研究对象，基于ＡＤＡＭＳ建立轴承动力学分析模型，引入保持架质心涡动速度偏差比和轨迹盒维数，分析了兜孔前、后壁倾角对保持架稳定性的影响，得出前壁倾角为１０°、后壁倾角为－１０°时保持架稳定性较好，以此结果对轴承进行优化。
分析了转速、径向载荷、间隙比对优化前后轴承保持架稳定性的影响，结果表明：优化轴承和普通轴承的保持架稳定性随转速、径向载荷增大变好，随间隙比增大变差，优化轴承的稳定性优于普通轴承。
关键词：滚动轴承；圆柱滚子轴承；保持架；斜面兜孔；动力学分析；稳定性；有限元法中图分类号：ＴＨ１３３．３３＋２；Ｏ１７５．１３ 文献标志码：Ｂ ＤＯＩ：１０．１９５３３／ｊ．ｉｓｓｎ１０００－３７６２．２０２１．０６．００１ＳｔａｂｉｌｉｔｙＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＣａｇｅｏｆＣｙｌｉｎｄｒｉｃａｌＲｏｌｌｅｒＢｅａｒｉｎｇｗｉｔｈＩｎｃｌｉｎｅｄＰｏｃｋｅｔｓＤＥＮＧＺｅｎｇｈｕｉ，ＬＩＵＹａｎｂｉｎ，ＳＡＮＧＤｅｙｕ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇａｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｒｏｌｌｅｒｂｅａｒｉｎｇｗｉｔｈｉｎｃｌｉｎｅｄｃａｇｅｐｏｃｋｅｔｓａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎＡＤＡＭＳ，ｔｈｅｄｅｖｉａｔｉｏｎｒａｔｉｏｏｆｖｏｒｔｅｘｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｂｏｘｄｉｍｅｎｓｉｏｎｏｆｔｒａｊｅｃ ｔｏｒｙｏｆｃａｇｅｃｅｎｔｅｒｏｆｍａｓｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆｆｒｏｎｔａｎｄｒｅａｒｗａｌｌｓｏｆｐｏｃｋｅｔｓｏｎｓｔａｂｉｌ ｉｔｙｏｆｃａｇｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｃａｇｅｉｓｂｅｔｔｅｒｗｈｅｎｔｈｅｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆｆｒｏｎｔｗａｌｌｉｓ１０°ａｎｄｔｈｅｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆｒｅａｒｗａｌｌｉｓ－１０°．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｒｏｔａｔｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｒａｄｉａｌｌｏａｄａｎｄｃｌｅａｒａｎｃｅｒａｔｉｏｏｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｃａｇｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｅａｒ ｉｎｇａｎｄｏｒｄｉｎａｒｙｂｅａｒｉｎｇ，ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｒｏｔａｔｉｎｇｓｐｅｅｄａｎｄｒａｄｉａｌｌｏａｄ，ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｃａｇｅｉｓｂｅｔｔｅｒ，ａｎｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｌｅａｒａｎｃｅｒａｔｉｏ，ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｂｅｃｏｍｅｓｗｏｒｓｅ；ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｅａｒｉｎｇｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｏｒｄｉｎａｒｙｂｅａｒｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇ；ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｒｏｌｌｅｒｂｅａｒｉｎｇ；ｃａｇｅ；ｉｎｃｌｉｎｅｄｐｏｃｋｅｔ；ｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅ ｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ 高速圆柱滚子轴承是航空发动机的关键部件，保持架在高速运动过程中易发生振动，其性能会直接影响发动机的使用寿命和工作性能。
高速动车组轴承的保持架摩擦学特性分析与优化摩擦学是研究物体在接触运动时产生摩擦力及其影响的科学。
在高速动车组的运行过程中，轴承是其中十分重要的组成部分。
轴承的保持架在其中发挥着关键的作用，它不仅要承载轴承的转动，还要承受来自外力的振动和冲击。
因此，对于轴承保持架的摩擦学特性进行分析与优化，对于提高动车组的运行效能和寿命具有重要意义。
首先，我们需要了解轴承保持架的基本结构。
轴承保持架位于轴承内圈和外圈之间，起到支撑和定位滚动体的作用。
其主要功能是保持滚动体的位置，使其能够平稳地旋转。
保持架在高速动车组的运行过程中，不仅面临着高速旋转的挑战，还要承受来自着油、振动和冲击等多种力的作用。
其次，针对轴承保持架的摩擦学特性分析。
摩擦学特性是指在轴承运动过程中，保持架与其他部件之间的摩擦力及其变化规律。
摩擦力的产生主要与轴承保持架材料的选择、表面粗糙度等因素有关。
保持架本身应具有良好的耐磨性、耐疲劳性和耐腐蚀性，以确保长时间运行的稳定性。
通过摩擦学特性分析，可以评估保持架与其他部件之间的接触状态，了解摩擦力的大小和变化情况，为进一步优化提供依据。
进一步优化轴承保持架的摩擦学特性，可以从以下几方面进行考虑：1. 选择适当的材料：保持架的材料选择对摩擦学特性有着重要的影响。
需要选择具有良好耐磨性、低摩擦系数和高抗疲劳性能的材料，如高强度钢、铜合金等。
合理选择材料可以降低保持架的摩擦力和磨损，提高轴承的寿命和运行效率。
2. 改善表面处理：保持架表面的粗糙度和润滑状态对摩擦学特性也有着重要影响。
通过精细加工和表面处理技术，可以使保持架表面更光滑，减小表面粗糙度，减少摩擦力和磨损。
3. 优化润滑方案：良好的润滑可以减小轴承保持架摩擦力，降低摩擦磨损。
选择适当的润滑剂和润滑方式对于轴承的摩擦学特性具有重要作用。
常用的润滑方式包括油脂润滑和液压油润滑。
合理选择润滑剂和润滑方式可以减小保持架的摩擦力和磨损，提高轴承寿命。
4. 优化保持架结构：通过改进保持架的结构设计，可以降低其自身的摩擦力和振动。
椭圆形轴瓦滑动轴承动特性数值分析王欣彦;王立鹏;战洪仁;寇丽萍【摘要】The numerical model of the flow field of elliptical bearings was built by finite volume method.The effects of the ellipticity and eccentricity on the dynamic characteristics of the bearing film were analyzed,and the Taylor flows of dif-ferent velocities were studied by FLUENT.The results show that,with the increase of ellipticity,the stability of the bearing rotor system is improved.Oil film pressure is increased approximately linearly with the increase of eccentricity.With the in-crease of speed,the turbulent Taylor vortex appears,and the number of vortex is increased gradually,vortex changes from regular shape to irregular shape.%采用有限体积法建立椭圆形轴承流场的数值分析模型，并运用FLUENT求解椭圆形轴承流场，分析轴承椭圆度、偏心率等参数对轴承动特性的影响，并对不同转速下椭圆形轴承的Taylor涡进行研究。
结果表明：随着椭圆度的增大，整个轴承－转子系统的稳定性提高；油膜压力随着偏心率近似线性增加；随着转速的增大，湍流Taylor涡开始出现，数目逐渐增加，涡流形状逐渐由规则变为不规则。
保持架间隙对角接触球轴承保持架磨损的影响研究温保岗;韩清凯;乔留春;周献文【摘要】保持架间隙是滚动轴承重要的结构参数之一,直接影响着保持架受力和运动,进一步影响保持架的磨损甚至轴承的寿命.在分析轴承保持架间隙与受力关系的基础上,定性分析间隙对保持架磨损的影响;在搭建滚动轴承试验器上开展了保持架间隙对角接触球轴承保持架磨损影响的试验研究;在相同试验条件下对采用不同引导间隙和兜孔间隙保持架的被试轴承进行试验,分析了保持架和钢球表面形貌磨损特征,对比不同保持架间隙(引导间隙、兜孔间隙)条件下保持架与钢球的磨损程度,获得保持架间隙对角接触球轴承保持架磨损的影响规律.试验结果表明,保持架间隙明显影响着保持架兜孔、引导面的磨损,增加引导间隙及兜孔间隙可以降低保持架引导面的磨损;研究成果为保持架间隙的设计与优化提供了理论参考和试验依据.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2018(037)023【总页数】6页(P9-14)【关键词】角接触球轴承;保持架;引导间隙;兜孔间隙;冲击;磨损【作者】温保岗;韩清凯;乔留春;周献文【作者单位】大连理工大学机械工程学院,辽宁大连116024;辽宁重大装备制造协同创新中心,辽宁大连116024;大连理工大学机械工程学院,辽宁大连116024;辽宁重大装备制造协同创新中心,辽宁大连116024;大连理工大学机械工程学院,辽宁大连116024;辽宁重大装备制造协同创新中心,辽宁大连116024;大连理工大学机械工程学院,辽宁大连116024;辽宁重大装备制造协同创新中心,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TH133.3滚动轴承广泛应用于航空发动机、精密机床、精密仪器等重大装备，其性能与寿命直接影响装备性能、可靠性和安全性。
而滚动轴承保持架间隙直接影响其润滑、油膜[1-2]、生热[3]、噪声[4]以及保持架运动及稳定性[5]，是滚动轴承设计和动力学分析中需要考虑的关键结构参数之一。
角接触球轴承保持架兜孔形状对其稳定性的影响张乐宇;肖曙红;李琦【摘要】保持架的兜孔形状影响保持架的稳定性,是决定球轴承稳定性的因素之一.研究角接触球轴承兜孔形状对其稳定性的影响,以方兜孔和圆兜孔保持架为例,研究其在不同轴向载荷、径向载荷、转速以及间隙比、沟曲率系数等工况参数下的稳定性,以及工况参数和结构参数对保持架-外圈引导面平均摩擦力矩的影响规律.结果表明:随着径向载荷、间隙比的增加,保持架的平均摩擦力矩减小,稳定性逐渐降低,且圆兜孔保持架的稳定性略高于方兜孔保持架;随着轴向载荷、转速的增加,保持架的平均摩擦力矩增大,稳定性增加,且方兜孔保持架的稳定性略高于圆兜孔;随着内外沟曲率系数的增大,保持架的稳定性先增大后减小,且外沟曲率对保持架稳定性的影响比内沟曲率的大.%Cage pocket hole shape affects the stability of the cage,it is one of the factors determining the stability of the ball bearing.The effect of cage pocket hole shape of the angular contact ball bearing on the stability of the cage was studied.By taking the cages of square and circle holes as an example,the stability was studied under different working conditions of the angular contact ball bearing axial load,radial load,rotation speed and clearance ratio and groove curvature coefficient,as well as for the influence on average friction torque of the cage-outer ring guide face by condition parameters and structure parameters.The results show that with the increasing of radial load and clearance ratio,the average friction torque of cage is reduced,the stability is gradually decreased,and the stability of the cage with circular hole is a little higher than that with square hole.Along with the increasing of axial load and rotation speed,the average frictiontorque of cage is increased,and the stability is improved,and the stability of the cage with square hole is a little higher than that with circularhole.Along with the increasing of inside and outside groove curvature coefficient,the stability of cage is increased first and then reduced,and the influence of outside groove curvature coefficient on the stability of cage is greater than inside groove curvature coefficient.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2017(042)006【总页数】7页(P40-46)【关键词】角接触球轴承;保持架;稳定性;磨损【作者】张乐宇;肖曙红;李琦【作者单位】广东工业大学机电工程学院广东广州510006;广东工业大学机电工程学院广东广州510006;广东工业大学机电工程学院广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】TH117.1高速精密轴承失效的主要原因之一是保持架磨损后导致间隙增大和受到冲击载荷的作用时保持架运动的不稳定性加剧。
椭圆兜孔对高速球轴承保持架动态性能的影响分析叶振环;李伟;曲祥君;熊中刚【摘要】针对高速角接触球轴承保持架常出现断裂等提前失效,根据高速球轴承中球和保持架兜孔的几何位置以及相对速度,分析了二者之间的相互作用关系,建立了椭圆兜孔保持架的动力学仿真计算模型,用Gupta的实验结果验证了方法的可靠性.以某高速角接触球轴承为例,研究了轴承保持架椭圆兜孔对保持架兜孔冲击力以及保持架稳定性的影响,结果表明轴承保持架兜孔设计为椭圆兜孔有助于承受较大径向载荷的高速角接触球轴承的保持架稳定性并减小保持架兜孔的冲击载荷.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】5页(P184-187,191)【关键词】高速角接触球轴承;椭圆兜孔;动力学;冲击载荷;保持架稳定性【作者】叶振环;李伟;曲祥君;熊中刚【作者单位】遵义师范学院工学院,贵州遵义563000;遵义师范学院工学院,贵州遵义563000;遵义师范学院工学院,贵州遵义563000;遵义师范学院工学院,贵州遵义563000【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH133.33高速滚动轴承作为航空航天、交通运输、高端装备等领域设备的基础部件，在高速重载工况下常出现提前失效，其中保持架断裂和磨损是轴承早期失效的主要原因之一[1]，尤其是在轴承径向载荷比较大的高速工况下，轴承内部载荷分布不均带来的保持架兜孔冲击将直接导致保持架冲击断裂和过度磨损等提前失效[2]，进而影响高速滚动轴承的寿命和稳定性，甚至关系到转子系统乃至整机的振动和可靠性。
因此，众多学者在高速滚动轴承动力学模型甚至保持架动力学模型方面开展了大量的研究工作[3-5]，并尝试对轴承结构和保持架结构进行改进[6-7]，其中徐荣瑜等提出将保持架兜孔设计为两个半圆弧夹一个矩形的椭圆形式，既能在轴向上保证对滚动体的约束又能在环向让滚动体速度更接近于保持架转速[8]。
针对航空航天及交通运输设备传动系统中滚动轴承承受径向载荷较大的工况，拟基于保持架椭圆兜孔的设计，通过建立保持架动力学模型，对椭圆兜孔环向间隙在保持架冲击载荷及动态稳定性方面的影响进行分析和讨论，为高速角接触球轴承的设计计算、失效分析等提供有力的支持。
考虑高速角接触球轴承中保持架与套圈引导面的作用力、保持架兜孔与球之间的作用力，建立保持架受力分析图，如图1所示。
其中，OXYZ—轴承固定坐标系，opjxpjypjzpj—保持架第j个兜孔的随体坐标系，xpj轴沿保持架轴线方向，zpj轴沿保持架兜孔中心垂直于保持外圆周面，ypj轴方向按右手法则确定。
θj—第j个兜孔中心在轴承固定坐标系中的方位角。
图中：Ml和Fly、Flz—套圈引导面对保持架的拖动力矩以及沿固定坐标系Y向、Z向的作用力，在油润滑的状态下一般近似为短滑动轴承的流体动压力进行计算[9]。
Fbpj—第j个球对第j个保持架兜孔的作用力，需要根据球和保持架兜孔间的最小间隙以及接触副表面粗糙度均方根值的关系进行计算[9]。
第j个球和第j个保持架兜孔之间的最小间隙δbhj可以根据二者的几何中心位置关系确定。
如图2所示，为第j个球和第j个保持架兜孔之间的位置关系，obj为第j个球的球心，opj和oprj分别表示保持架兜孔的几何中心以及兜孔圆弧部分的几何中心，Rp和Sp分别为兜孔圆弧半径以及矩形段的长度。
根据椭圆兜孔的设计特点，第j个球与第j个保持架兜孔的最小间隙需要分为以下两种可能的情况：（1）若|（opjobj）xy|-Sp/2≥0，球和保持架兜孔间的最小间隙出现在保持架兜孔的圆弧段并沿着向量oprjobj的方向。
最小间隙δbhj可以表示为：式中：Dw—球径；（opjobj）xy和（oprjobj）xy—第j个保持架兜孔几何中心和圆弧中心到第j个球心向量opjobj和oprjobj—保持架兜孔坐标系x-y平面内的投影。
（2）若|（opjobj）xy|-Sp/2＜0，球和保持架兜孔间的最小间隙出现在保持架兜孔的矩形段并沿着通过球心的xpj轴方向。
最小间隙δbhj可以表示为：式中：（opjobj）x—第j个保持架兜孔几何中心到第j个球心向量opjobj保持架兜孔坐标系x轴上的投影。
根据保持架受力情况，其运动微分方程可以表示为：式中：mc和Ic—保持架质量和绕轴线的转动惯量；Dc—保持架中径；xc、yc、zc—保持架质心在固定坐标系下的位移；θc—保持架的转角；下标x、y、z—作用力矢量在保持架兜孔坐标系内x、y、z方向的分量。
采用自适应步长的四阶Runge—Kutta方法对动力学微分方程进行求解，计算初值由拟动力学结果提供。
以Gupta实验的某型角接触球轴承为算例，对模型进行可靠性验证。
轴承承受轴向负荷4448N，工作转速20000r/min，其他具体参数参见文献[10]。
Gupta实验和仿真获得的保持架涡动轨迹，如图3所示。
模型仿真获得的保持架涡动轨迹以及保持架质心涡动速比，如图4所示。
从涡动轨迹上看，模型仿真结果与Gupta实验及仿真获得的结果较为一致，仿真时保持架质心位于轴承几何中心而Gupta仿真开始时设定了一个保持架质心初始位移，但是保持架涡动轨迹都很快稳定。
从仿真得到的保持架质心涡动速度比可以看出，保持架涡动趋于稳定时的速度比变化范围在（0.4～0.65）之间，而Gupta通过实验以及仿真获得的保持架质心涡动速度比变化范围分别为（0.37～0.50）以及（0.31～0.35），比较可知，仿真结果和实验结果之间存在误差，但是在可接受的范围内。
通过以上分析验证表明，所建立的球轴承动力学分析模型是比较准确可靠的，可以用来进行轴承动力学性能方面的仿真分析。
根据建立的保持架动力学模型，采用MATLAB编写计算求解程序，以某高速角接触球轴承为例研究保持架椭圆兜孔对保持架动态性能的影响。
轴承基本结构参数，如表1所示。
轴承外圈固定，内圈转速20000r/min，轴向和径向载荷分别为2000N和3000N。
4.1 保持架兜孔周向长度对冲击载荷的影响保持架兜孔设计为不同的周向长度时，轴承运转过程中球与保持架兜孔之间的冲击载荷情况，如图5所示。
根据结果可以看出，随着保持架兜孔周向长度的增大，球和保持架兜孔之间的冲击载荷逐渐减小。
因为在轴承运转过程中球运动到各个方位角时承受的载荷存在差异，因此轴承套圈对球产生的拖动力差异将导致球速发生变化，简单而言，球每公转一周回到原点时均存在一次加速和减速过程。
保持架兜孔周向长度的增加能够使得球在兜孔中利用更多的时间进行加速或减速，最终导致其公转转速与保持架自转转速更接近（不同保持架兜孔周向长度对应的球公转转速与保持架自转转速的比值情况，如图6所示。
），减小二者之间的冲击载荷。
此外，从图5中的频域结果可以看出，无论保持架兜孔周向长度如何变化，球与保持架兜孔之间的冲击载荷始终存在一个主频率。
经过分析，该主频正好位于球公转频率的二倍频附近（保持架兜孔周向长度影响球的公转转速，不同保持架兜孔周向长度下球公转频率分布在（134～137）Hz之间），说明球和保持架兜孔之间的冲击主要还是由于球在一周公转内存在的两次变速过程。
同时，从频域结果中还能看出，保持架兜孔周向长度变化导致球和保持架兜孔之间存在很多高频成分，这些载荷主要是球和保持架兜孔速度差带来的流体动压力。
由分析可知，将保持架兜孔设计成椭圆兜孔可以有效减小球与保持架兜孔之间的冲击，避免因冲击载荷过大造成保持架测梁或过梁断裂带来的轴承提前失效。
并且，随着保持架兜孔周向长度的增加，二者之间的冲击载荷逐渐减小，但保持架兜孔周向长度设计过大又会导致保持架过梁宽度减小而带来强度减弱的问题，在具体工程实践中需要统筹考虑。
4.2 保持架兜孔周向长度对保持架稳定性的影响保持架兜孔设计为不同的周向长度时，轴承保持架质心涡动情况，如图7所示。
从图中可以看出，当保持架兜孔设计为椭圆兜孔后轴承运转过程中保持架的质心涡动轨迹范围较保持架兜孔设计为圆兜孔时更小，说明保持架在运转过程中更加稳定。
因为保持架在运转过程中受到球的冲击后会靠近套圈引导面以获得套圈引导面的反向作用力保持平衡，所以在球对保持架兜孔冲击力下降的情况下保持架质心的涡动区域会变小。
同时，从图8所示的保持架与套圈引导面之间的接触力情况也可以看出，随着保持架兜孔周向长度的增大，保持架与套圈引导面之间的接触力逐渐减小并呈现较好的周期性，其接触力的主频率在保持架自转频率周围。
图中椭圆兜孔情况下保持架与套圈引导面之间的接触载荷在刚开始时较大而后逐渐减小的原因在于计算中保持架转速的初值假设为所以球公转转速的平均值，该假设基本符合圆兜孔的情况而与椭圆兜孔的情况存在一定的差异，因此球和保持架转速差异导致的冲击会使得保持架与套圈引导面之间出现较大的接触力，随着计算时间增大使得保持架自转转速计算结果逐渐接近保持架的真实转速，球和保持架的速度差减小使得二者间的冲击力降低，最终保持架和套圈引导面之间的接触力也随之降低。
另外，结合图7中保持架质心涡动轨迹可以看出，无论保持架设计为圆兜孔还是椭圆兜孔，本算例中保持架质心位移都不足保持架引导间隙，说明保持架与套圈引导面始终未出现直接接触，二者之间的接触力实质上是流体动压力。
针对角接触球轴承保持架椭圆兜孔设计，根据保持架与球及套圈的几何位置及相对速度关系建立了高速角接触球轴承保持架动力学分析模型，采用Gupta的实验结果验证了模型的可靠性。
基于Runge-Kutta求解方法及MATLAB程序设计实现对非线性方程组的高效求解，分析了保持架椭圆兜孔对保持架兜孔冲击载荷及保持架稳定性的影响，得出以下结论：（1）将保持架兜孔设计成椭圆兜孔可以有效减小球与保持架兜孔之间的冲击，避免因冲击载荷过大造成保持架测梁或过梁断裂带来的轴承提前失效，但保持架兜孔和球之间的冲击主频率始终保持在球的公转频率二倍左右。
（2）保持架兜孔设计为椭圆兜孔可适当提升保持架运转稳定性。
随着保持架兜孔周向长度的增大，保持架与套圈引导面之间的接触力逐渐减小，但保持架与引导套圈之间的接触力主频率始终处于保持架的自转频率周围。
（3）虽然保持架椭圆兜孔设计有助于提升保持架稳定性并减小保持架兜孔的冲击载荷，但保持架兜孔周向长度设计过大引起的保持架过梁宽度减小又将削弱保持架的过梁强度。
因此，椭圆兜孔周向长度的设计需要在具体工程实践中统筹考虑。
【相关文献】［1］徐锐，沈献绍，范强.航空发动机主轴球轴承失效分析［J］.轴承，2012（6）：20-24.（Xu Rui，Shen Xian-shao，Fan Qiang.Failure Analysis on Aero-Engine SpindleBallBearings ［J］.Bearing，2012（6）：20-24.）［2］周延泽，陆震，沈心敏.高速球轴承保持架疲劳断裂原因分析［J］.机械设计与制造，2001（1）：1-3.（Zhou Yan-ze，Lu Zhen，Shen Xin-min.The Causes of Fatigue Fracture of Cage in High Speed Ball Bearing［J］.Machinery Design&Manufacture，2001（1）：1-3.）［3］P K Gupta.Current Status of And Future Innovations in Rolling Bearing Modeling ［J］.TribologyTransaction，2011（54）：394-403.［4］Stacke L-E，Fritzson D，Nordling P.BEAST-A Rolling Bearing Simulation Tool［J］.JournalofMuti-bodyDynamic，1999（213）：63-71.［5］Houpert L.CAGEDYN：AContributiontoRoller Bearing Dynamics Calculations［J］.TribologyTransaction，2010，53（1）：1-21.［6］李淑慧，任成祖，李秀英.混合陶瓷球轴承内部结构的优化设计［J］.机械设计与制造，2005（5）：16-18.（Li Shu-hui，Ren Cheng-zu，Li Xiu-ying.Elementary Introduction of the Optimum Design of the Internal Structure of Ceramic Ball Bearings［J］. MachineryDesign&Manufacture，2005（5）：16-18.）［7］王春义，舒庆，修立威.发动机主轴轴承保持架结构改进及工艺［J］.煤矿机械，2006，27（3）：468-470.（WangChun-yi，Shu Qing，Xiu Li-wei.Improvement on Structure and Technology of Cage for Aviation Engine Main Shaft Bearing［J］.Coal Mine Machinery，2006，27（3）：468-470.）［8］徐荣瑜，石苏芹.低温轴承保持架椭圆兜孔的设计［J］.轴承，1999（2）：1-3.（Xu Rong-yu，Shi Su-qin.Design of Cage Elliptical Pocket on Cryogenic TurbineBearing［J］.Bearing，1999（2）：1-3.）［9］叶振环.航空发动机高速滚动轴承动力学行为研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013.（Ye Zhen-huan.Research on Dynamic Behavior of High-Speed Rolling Bearings in Aeroengines［D］.Harbin：Harbin Institute of Technology，2013.）［10］P K Gupta.Advanced Dynamic of Rolling Elements［M］.New York：Springer-Verlag，1984.。
