高速滚动轴承_转子系统动力学特性分析_张强

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。

含故障滚动轴承-转子系统的非线性动力学分析含故障滚动轴承-转子系统的非线性动力学分析摘要：滚动轴承在转子系统中起着重要的支撑和传动作用。

然而，由于操作条件不良或材料疲劳等原因，滚动轴承可能出现故障，导致转子系统的性能下降甚至发生严重事故。

本文通过对含故障滚动轴承-转子系统的非线性动力学分析，探讨了故障对系统稳定性和振动响应的影响，并提出了相应的改进措施。

1. 引言滚动轴承是一种常见的机械传动元件，广泛应用于各种机械设备中。

在转子系统中，滚动轴承承担着支撑和传动的作用，对系统的性能和可靠性有着重要的影响。

然而，由于工作条件的变化和材料疲劳等原因，滚动轴承可能会出现故障，如疲劳裂纹、卡滞、磨损等，从而导致转子系统的性能下降。

2. 故障滚动轴承的动力学模型故障滚动轴承的动力学模型需要考虑轴承几何形状、材料特性和故障类型等因素。

在本文中，我们以单个滚动轴承为研究对象，将其建模为多自由度系统，考虑了转子和轴承的非线性特性。

3. 故障对转子系统稳定性的影响故障滚动轴承会引起转子系统的不稳定振动，影响系统的稳定性和可靠性。

通过分析系统的特征根和相平面图，可以得到故障滚动轴承的振动特性和稳定性边界。

4. 故障对转子系统振动响应的影响故障滚动轴承的存在将引起转子系统的非线性振动响应。

通过数值仿真和实验分析，可以研究故障滚动轴承对系统振动频谱、幅值和相位的影响。

5. 改进措施为了提高含故障滚动轴承-转子系统的稳定性和可靠性，可以采取以下改进措施：①改善润滑条件，减少摩擦和磨损；②使用可调节补偿机构，自动调整轴承间隙；③监测和检测系统的工作状态，及时发现和处理轴承故障。

6. 结论通过对含故障滚动轴承-转子系统的非线性动力学分析，可以得到故障对系统稳定性和振动响应的影响规律。

在实际应用中，我们应该重视滚动轴承的工作状态和健康监测，及时采取合理的预防和维护措施，以确保系统的安全稳定运行。

7.综上所述，故障滚动轴承对转子系统的稳定性和振动响应产生重要影响。

机械工程中滚动轴承的动力学分析与优化设计引言：滚动轴承在机械工程中扮演着重要的角色，广泛应用于各个领域，如汽车工业、飞机制造和工业设备等。

滚动轴承的性能对于机械设备的运行稳定性和效率具有重要影响。

本文将针对滚动轴承的动力学分析与优化设计展开讨论。

1. 滚动轴承的工作原理滚动轴承通过滚珠或滚柱在内外圈之间滚动，从而减小了摩擦和阻力，使机械设备的转动更为平稳。

滚动轴承的工作原理基于滚动接触而不是滑动摩擦，因此具有更低的摩擦损失和更高的效率。

2. 滚动轴承的动力学分析方法在滚动轴承的设计与分析过程中，动力学分析方法是至关重要的。

其中一种常用的方法是基于有限元分析，通过建立轴承的数学模型，分析其在不同工况下的应力和变形情况。

另外，还可以采用实验验证的方法，使用测试设备对滚动轴承进行动态载荷测试，以获取其在实际工作中的性能参数。

这些参数可以用于验证数值分析结果和评估轴承的可靠性。

3. 滚动轴承的优化设计滚动轴承的优化设计旨在提高其性能和寿命。

一种常见的优化方法是通过优化轴承结构和减小摩擦损失来提高轴承的效率。

在轴承结构优化方面，可以通过优化内、外圈的几何形状、滚珠或滚柱的数量和分布等参数来提高轴承的刚度和承载能力。

同时，减小摩擦损失也是提高轴承效率的关键。

例如，可以采用更好的润滑方式、改进润滑油的性能以及优化轴承材料的表面处理等方法来减小轴承的摩擦损失。

4. 滚动轴承的故障分析与预测在机械设备运行过程中，轴承故障是一个常见的问题，会导致设备停机和生产损失。

因此，进行轴承故障分析和预测具有重要意义。

通过对轴承运行状态的监测和振动信号的分析，可以判断轴承是否存在异常，并提前采取维护措施。

此外，还可以使用有限元分析和数值模拟方法，模拟轴承在不同故障模式下的动态响应，为故障诊断提供依据。

5. 结论滚动轴承在机械工程中具有重要地位，其动力学分析与优化设计对于提高机械设备的性能和可靠性起着关键作用。

通过动力学分析方法可以得到滚动轴承在不同工况下的应力和变形情况，为轴承结构的优化设计提供依据。

高速滚动轴承动态性能分析的研究进展探析摘要：本文基于高速滚动轴承动态性能分析理论基础，通过建立动力学有限元模型，对轴承动态等效应力、速度特性和振动特性等研究进展进行综合探析，分析目前研究中不足和进展，不断提升轴承产品质量，从而满足我国工业发展对高性能滚动轴承的高质量需求。

关键词：高速滚动轴承；动力学；动态特性分析；研究进展随着我国航空航天和装备制造业蓬勃发展，对其中关键零件滚动轴承的精度、性能、寿命、可靠性等提出了更高要求，尤其动态性能对保持架稳定性的控制，成为人们关注重点和主要研究方向。

在这其中，保持架不稳定或者断裂是高速滚动轴承动态性能失效的一个主要形式。

本文对高速滚动轴承动态性能分析的研究进展进行深入探析，了解润滑剂损失、保持架稳定涡动机理、磨损零件几何参数变化等因素造成的影响，探寻优化保持架动态性能措施。

1高速滚动轴承动态性能分析理论基础高速滚动轴承是机械装置中传递运动和承受负载重要支撑零件，主要通过滚动体和内外滚道之间的滚动接触支撑旋转部件，在我国航空航天、数控机床、国防技术等领域广泛应用[1]。

但同时，滚动轴承也是引发机械设备故障失效主要因素之一，有超过30%的机械设备故障原因为轴承故障，高速滚动轴承故障将进一步增加轴承振动频率，倘若不及时发现和排除故障，很有可能引发重大设备故障。

高速滚动轴承有轴承内/外圈、滚动体和保持架组成，整体结构看似简单，实际上包含复杂耦合关系和接触关系，且轴承工作条件和工作用途不同，轴承结构也会适当变化[2]。

滚动轴承性能指标主要有刚度、摩擦力矩、振动、最小油膜厚度、噪声、轴承发热等，均会因温升、磨损、润滑和摩擦等因素，导致高速滚动轴承出现磨损失效、接触疲劳失效、断裂失效、腐蚀失效、胶合失效、压痕失效、间隙变化失效故障，导致轴承性能退化。

由此可知，高速滚动轴承的失效与轴承发热状态、接触应力及润滑状态之间的关系，为后续分析高速滚动轴承动态性能提供理论依据。

2高速滚动轴承动态性能分析高速滚动轴承是我国高精度数控机床主轴传动系统重要组件，其性能及运行状态直接影响数控机床整体运行性能和工作效率，一旦主轴运转速度过高，就会引发轴承滚动体和滚道接触应力、形变的改变，继而对主轴运行状态造成影响。

迷宫密封-滚动轴承-悬臂转子系统非线性动力学特性分析作者：罗跃纲王鹏飞王晨勇徐昊来源：《振动工程学报》2020年第02期摘要：對于带有迷宫密封的航空发动机转子系统气流激振问题，基于有限元理论，应用非线性滚动轴承支承力模型以及Muzynska密封力模型建立了两个滚动轴承支承的迷宫密封一悬臂转子系统动力学模型，并运用Newmark-β数值积分法求解得到系统在不同转速、偏心量和密封结构参数下的动力学响应特征。

研究结果表明，系统在一定转速范围内作周期一运动，随着转速的升高系统发生失稳并作拟周期运动;适当增大偏心量会导致转子在共振区出现偏心力所引起的短暂的混沌运动;增大密封间隙会使系统在高转速区重新回归周期一运动，而且失稳区域也随之减小;适当提高密封长度，系统仅表现为周期一运动，但继续增大密封长度，悬臂端承受密封圆盘的重量也将提高，失稳转速提前;另外还分析了失稳转速和密封力的影响因素及其影响规律，为转子系统的密封激振故障诊断及密封结构优化设计提供一定的理论依据。

关键词：非线性振动;悬臂转子系统;迷宫密封;密封力;有限元中图分类号：0322;0347.6文献标志码：A 文章编号：1004-4523（2020）02-0256-09DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2020.02.005引言迷宫密封是普遍安装在现代航空发动机、汽轮机等旋转机械结构中的有效封严结构，它作为一种非接触式密封，具有结构简单、耗能小、使用寿命长、无需润滑等特点，其作用是减少轴端与各级问的流体泄漏损失。

对于带有迷宫密封的转子系统，由于工作转速的提高、转子柔性增大和高参数密封致使密封激振作用极易发生，并导致转子失稳。

因此，为加强该类系统的运行稳定性与工作安全性，研究含有密封激振力作用下的转子系统动力学特征并分析一些典型参数影响规律有着重要的意义。

多年以来，国内外许多专家学者在含有密封的转子动力学领域作了大量研究，比如在求解密封动力特性系数并分析其影响因素方面，wang等通过应用单控制体模型及摄动法对含有迷宫密封的转子系统进行动力学建模并对其进行计算;文献[2-3]利用cFX-TAscflow流体动力学软件计算了密封转子动力系数，并研究了它的影响因素等。

文章编号：２０９５－１２４８（２０２１）０１－００３５－０５微型航空发动机气体轴承－转子系统临界转速分析张　强，张霞妹（中国飞行试验研究院发动机所，西安７１００８９）摘要：近些年来微型涡轮发动机已经成为国内外航空发动机领域的研究热点。

其中气体轴承及其超高速转子系统动力学问题是微型涡轮发动机的关键技术之一。

为了解决微型涡轮发动机的转子结构设计及临界转速确定的基础性问题开展了相关研究。

首先阐述了气体轴承的工作原理，轴承承载力以及等效刚度的计算方法，其次计算了气体轴承－转子系统的临界转速和振型，最后分析了气体轴承参数对转子临界转速的影响，得出了通过改变气体轴承的平均径向间隙、长径比以及偏心率可以控制转子系统临界转速的结论，对微型发动机超高速转子系统设计具有重要的指导意义和参考价值。

关键词：微型涡轮发动机；气体轴承；刚度；转子；临界转速中图分类号：Ｖ２１１ 文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－１２４８．２０２１．０１．００６Ｃｒｉｔｉｃａｌｓｐｅｅｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇａｓｂｅａｒｉｎｇ ｒｏｔｏｒｆｏｒｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅＺＨＡＮＧＱｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧＸｉａ ｍｅｉ（ＡｅｒｏｅｎｇｉｎｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｉｎａＦｌｉｇｈｔＴｅｓｔＥｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ，Ｘｉ’ａｎ，７１００８９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｍｉｃｒｏ ｔｕｒｂｉｎｅｅｎｇｉｎｅｈａｓｂｅｃｏｍｅａｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｓｐｏｔｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆａｅｒｏａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ Ｆｏｒｍｉｃｒｏｔｕｒｂｉｎｅｅｎｇｉｎｅ，ｔｈｅｇａｓｂｅａｒｉｎｇａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐｒｏｂｌｅｍｏｆｓｕｐｅｒｈｉｇｈｓｐｅｅｄｒｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｒｏｔｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｒｉｔｉｃａｌｓｐｅｅｄｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｍｉｃｒｏｔｕｒｂｉｎｅｅｎｇｉｎｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｃａｒｒｉｅｓｏｕｔｒｅｌａｔｅｄｒｅｓｅａｒｃｈ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｇａｓｂｅａｒｉｎｇｗｅｒｅｅｘｐｏｕｎｄｅｄ，ｔｈｅｎｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｓｐｅｅｄａｎｄｍｏｄｅｏｆｇａｓｂｅａｒｉｎｇ ｒｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｇａｓｂｅａｒｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｒｏｔｏｒｃｒｉｔｉｃａｌｓｐｅｅｄｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｓｐｅｅｄｉｓｏｂｖｉｏｕｓ ｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｇａｓｂｅａｒｉｎｇ’ｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅａｖｅｒａｇｅｒａｄｉａｌｃｌｅａｒａｎｃｅ，ａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏａｎｄｅｃｃｅｎ ｔｒｉｃｉｔｙ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｂｅｕｓｅｄｔｏｃｈａｎｇｅｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｓｐｅｅｄｏｆｒｏｔｏｒ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｗｏｕｌｄｈａｖｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｇｕｉｄｉｎｇｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅａｎｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｖａｌｕｅｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｓｕｐｅｒｈｉｇｈｓｐｅｅｄｒｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍｏｆｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏ ｔｕｒｂｉｎｅｅｎｇｉｎｅ；ｇａｓｂｅａｒｉｎｇ；ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ；ｒｏｔｏｒ；ｃｒｉｔｉｃａｌｓｐｅｅｄ收稿日期：２０２０－０５－０７作者简介：张强（１９８０－），男，陕西西安人，高级工程师，主要研究方向：航空动力装置结构强度振动飞行试验技术，Ｅ ｍａｉｌ：３３５１９２０３９＠ｑｑ ｃｏｍ。