滚动轴承的动静态特性研究

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。

滚动轴承两自由度动力学方程
滚动轴承是一种常见的机械元件，用于支撑旋转机械部件，并
在其中承受载荷。

滚动轴承的动力学行为对于机械系统的稳定性和
性能具有重要影响。

在研究滚动轴承的动力学行为时，我们需要考
虑其两自由度动力学方程。

滚动轴承的两自由度动力学方程描述了轴承内部滚动体和外部
环的相对运动。

这些方程通常涉及到轴承的几何形状、材料特性和
运动状态等因素。

通过这些方程，我们可以分析轴承在不同工况下
的动态响应，从而评估其性能和稳定性。

滚动轴承的两自由度动力学方程通常包括惯性力、摩擦力、弹
性变形和外部载荷等因素。

这些因素相互作用，影响着轴承的振动、噪音和磨损等特性。

因此，通过建立和求解这些方程，可以帮助工
程师更好地设计和优化滚动轴承，提高其工作效率和使用寿命。

除了理论分析，现代工程中还可以利用计算机模拟和实验测试
来验证滚动轴承的两自由度动力学方程。

通过与实际数据的比较，
可以进一步改进模型，提高预测精度，并为实际工程应用提供支持。

总之，滚动轴承的两自由度动力学方程是研究和设计滚动轴承的重要工具，它们为我们提供了深入了解轴承动态特性的途径，有助于改进轴承设计，提高其性能和可靠性。

滚动轴承综合性能测试分析 实验报告一、 实验目的（10分）1. 让学生了解在总轴向和径向载荷作用下，滚动轴承径向载荷分布及变化情况，特别是轴向载荷对滚动轴承径向载荷分布的影响；2. 让学生了解滚动轴承元件上的载荷随时间的变化情况，掌握滚动轴承元件上载荷波动特性。

二、 实验台型号名称及主要组成（10分） 1. 圆锥滚子轴承：1对； 2. 可移动的滚动轴承座：1对；3. 滚动轴承轴向加载装置、径向加载装置：各一套；4. 滚动轴承径向载荷传感器：精度等级：0.05；量程：5000N ，16个；5. 总径向载荷传感器：量程：10000N ，1个；6. 轴向载荷传感器：量程：10000N ，3个；7. 微型电机：YYJ90-180W N=180W;8. 计算机：1台9. 操作面板。

三、 实验数据及曲线打印（40分） 1.静态只加径向载荷2.静态既有径向载荷又有轴向载荷3.动态只加径向载荷四、思考题（40分）1、圆锥滚子轴承受径向载荷后，本实验台为什么就可测出它受有轴向力？（10分提示:从书本内容和实验台相关内容两方面来回答）答：书本内容：圆锥滚子轴承受径向载荷后，由于存在接触角，轴承本身会产生一个轴向力实验台：由于实验台已知接触角，并且有轴向和径向载荷的力传感器，即可以通过受的径向载荷，来计算测出它所受的轴向力。

2、本实验台一对正装的圆锥滚子轴承支撑的轴系受外部轴向载荷后，左右圆锥滚子轴承承受的轴向载荷将怎样变化？（20分提示：先通过派生轴向力及外加轴向载荷的计算与分析，判定被“放松”或被“压紧”的轴承；然后确定被“放松”轴承的轴向力仅为其本身派生的轴向力，被“压紧”轴承的轴向力则为除去本身派生的轴向力后其余轴向力的代数和。

）答：（1）画出本实验台轴向力示意图（F S1表示左轴承内部轴向力，F S2表示右轴承内部轴向力，Fa 表示轴向外载荷方向向左）。

（2）F S2+Fa<F S1 ,则左 被放松（被放松，被压紧），右 被压紧（被放松，被压紧）， 则Fa 1= F S1 （用计算式表达） ，则Fa 2= F S1-Fa （用计算式表达） 。

滚动轴承动态响应特性研究作为机械设备中重要的传动部件之一，滚动轴承在现代工业生产中发挥着至关重要的作用。

滚动轴承的寿命和性能直接影响着机械设备的可靠性和安全性能。

因此，对滚动轴承的动态响应特性进行深入研究，对于提高机械设备的使用寿命和性能具有一定的理论和实践意义。

1. 滚动轴承的结构与工作原理滚动轴承是由内外圆环、滚珠、保持架和密封圈组成的。

通常，滚动轴承是安装在机器设备的可旋转部件和固定部件之间，以承载旋转部件的重量和力。

当轴承内、外圆环间相对旋转时，滚动体在内外圆环之间转动，并将力沿轴线方向传递。

2. 滚动轴承的动态响应特性在滚动轴承运转过程中，存在一种称为动态响应的现象，即滚动体在运动过程中与轴承内、外圆环之间产生的相互作用力导致的振动。

滚动轴承的动态响应特性受到很多因素的影响，如滚动体数量、轴承负荷、失效模式等。

3. 滚动轴承振动分析方法通常使用有限元方法和多体动力学方法，来进行滚动轴承的动态响应特性模拟和分析。

其中，有限元方法可以计算轴承内、外圆环和保持架的受力情况，多体动力学方法可以计算轴承的振动情况和外部激励下的响应模式。

4. 滚动轴承动态响应特性研究现状国内外学者对滚动轴承动态响应特性的研究已有数十年历史。

研究成果包括轴承振动的特性分析、噪声特性分析、轴承的寿命预测、失效分析等方面。

国内外已有很多的研究成果，是开展滚动轴承动态响应特性研究的基础。

5. 滚动轴承动态响应特性研究存在的问题和展望目前，对滚动轴承动态响应特性研究的探讨尚存在着一些问题。

例如，缺乏滚动体大小对轴承寿命和响应影响的研究，缺乏低负载条件下的轴承动态响应分析等。

未来，需要加强对滚动轴承动态响应特性进行研究，以更好地掌握其运作特性和影响因素，从而针对其失效机理进行有效预测和防范措施。

在实际工程中，滚动轴承的动态响应特性研究对提高设备使用寿命和性能有着重要的意义。

未来，我们也可以结合高精度测量技术，针对滚动体、内外圆环之间的相对滑动和油膜流动等问题进行深入研究，进一步提高滚动轴承的精度和可靠性。

目录第一章绪论 (1)1.1本论文研究的意义 (1)1.2 滚动轴承动力学分析的基本方法 (1)1.3 本论文的主要内容 (2)第二章滚动轴承的动力学理论分析 (3)2.1 概述 (3)2.2 滚动轴承的力学模型 (3)2.2.1 拟静力学模型 (4)2.2.2 动力学模型 (6)2.2.2.1基本理论方程 (6)2.2.2.2 球轴承准动力学分析方法简述 (6)2.3 滚动球轴承的准动力学模型及求解 (7)2.3.1 球轴承内部几何关系 (7)2.3.2 赫兹理论与椭圆接触区 (9)2.3.3钢球动负荷 (11)2.3.4球轴承运动学及准力学约束 (11)第三章弹性流体动力润滑 (16)3.1润滑牵引模型的一般考虑 (16)3.1.1动体/套圈接触区 (16)3.1.2润滑剂流变学 (16)3.1.3典型的牵引—滑动性能 (17)3.2点接触基本参数和无量纲参数 (18)3.2.1基本参数 (18)3.2.2无量纲参数 (19)3.3油膜厚度计算及润滑状态判定 (20)3.3.1点接触全膜弹流的油膜厚度公式 (20)3.3.2热效应 (21)3.3.3阀油效应 (21)3.3.4润滑状态 (22)第四章滚动轴承结构有限元分析 (23)4.1概述 (23)4.2轴对称载荷作用下四节点等参环元的单元刚度矩阵 (23)4.2.1 等参环元的位移函数 (24)4.2.2节点载荷 (25)4.3用ANSYS对滚动轴承进行结构分析 (26)4.3.1概论 (26)4.3.2滚动轴承的实体分析模型 (27)4.3.3滚动轴承的有限元分析模型 (28)4.3.4模型简化与边界条件的设定 (29)4.3.5静态分析 (30)4.3.6模态分析 (31)第五章全文总结 (35)5.1 本课题的主要内容 (35)5.2 今后的展望 (35)参考文献 (36)致谢 (38)攻读学士学位期间发表的学术论文 (39)滚动轴承的动力学分析摘 要在任何旋转的机械系统中，允许静止零件与运动零件作相对运动的轴承都是都是整个系统的关键零件。

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。

滚动轴承性能分析研究滚动轴承是机械制造中常用的轴承类型之一，属于滚动轴承的范畴。

相比于其他轴承结构，滚动轴承具有更高的承载能力和更长的使用寿命。

因此，滚动轴承被广泛应用于各个行业，如汽车制造、机械加工等领域。

然而，滚动轴承在实际使用中也会面临各种各样的问题，例如寿命短、发热等。

因此，对滚动轴承性能的分析研究有着重要的实际意义。

一、滚动轴承概述在介绍滚动轴承性能分析之前，先简要介绍滚动轴承的结构和原理。

滚动轴承通常由内外圈、滚动体和保持架组成。

内外圈两侧之间的空隙被填充了滚珠或者滚柱，这些滚动体可以在内外圈之间滚动，从而实现对轴的支撑。

保持架起到固定滚动体的作用。

滚动轴承的工作原理类似于滚动，滚动体可以在内外圈之间滚动，并且因此减少了摩擦力。

在使用过程中，轴向力和径向力会施加在滚动轴承上并产生相应的接触应力，导致轴承内部的应力分布发生变化。

为了确保滚动轴承的正常工作，需要对其性能进行深入分析。

二、滚动轴承性能分析的方法滚动轴承性能分析的方法主要包括实验和仿真两种。

1. 实验方法实验方法是目前应用最为广泛的一种滚动轴承性能分析方法。

实验方法可以通过制作滚动轴承试验台并对滚动轴承进行一系列实验来获得相关性能参数。

例如，可以通过实验来测量轴承的承载能力、疲劳寿命、接触应力等参数，从而获得轴承性能的实际表现。

2. 仿真方法除了实验方法，仿真方法也被广泛应用于滚动轴承性能分析中。

仿真方法利用数学模型对轴承的工作原理进行模拟，并通过模拟结果来推断轴承的性能参数。

常用的仿真方法包括有限元分析和多体系统动力学仿真。

这些方法可以模拟轴承在不同负载和旋转速度下的应力分布和变形情况，从而确定轴承的设计参数和性能指标。

三、滚动轴承性能分析的应用滚动轴承性能分析的应用非常广泛。

以下介绍几个典型案例。

1. 减少摩擦和磨损滚动轴承在使用过程中，会产生磨损和摩擦，从而影响其寿命和性能。

为了减少摩擦和磨损，需要对滚动轴承的摩擦力进行评估，并通过改进材料和润滑方式来降低摩擦力。