滚动轴承动态响应特性研究
高速滚动轴承动力学分析模型与保持架动态性能研究
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。
滑动轴承动态特性参数识别研究综述
网功率因数的主要因素以及低压无功补偿的几种实用方法 ! 介绍了确定无功补偿容量 从而提高电力系统功率因数的一般方法 " 关键词 # 功率因数 ) 影响因素 ) 补偿方法 ) 容量确定 中图分类号 #)*’+ 文献标识码 #提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量 "
功率因数是指电力网中传输的有功功率与视在功率的比值 " 在电力 网的运行中 ! 我们希望功率因数越大越好 ! 如能做到这一点 ! 则电路中的 视在功率将大部分用来供给有功功率 ! 而无功功率的消耗相对减少 " 用 户 功 率 因 数 的 高 低 !对 于 电 力 系 统 发 $供 $用 电 设 备 的 充 分 利 用 !有 着 显 著的影响 " 适当提高用户的功率因数 ! 不但可以充分地发挥发 $ 供电设备 的生产能力 $ 减少线路损失 $ 改善电压质量 ! 而且可以提高用户用电设备 的工作效率和为用户节约电能 " 因此 ! 对于全国广大供电企业 $ 特别是对 现阶段全国性的一些改造后的农村电网来说! 若能有效地搞好低压补 偿 !不 但 可 以 减 轻 上 一 级 电 网 补 偿 的 压 力 !而 且 能 够 有 效 地 降 低 电 能 损 失 ! 减少用户电费 " 其社会效益及经济效益都是非常显著的 "
8>8
异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备 异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无
功的主要因素 " 而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功 率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成 " 所以要改善异步电动机 的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率 " 变压器消 耗无功的主要成分是它的空载无功功率 ! 它和负载率的大小无关 " 因而 ! 为了改善电力系统和企业的功率因数 ! 变压器不应空载运行或长期处于 低负载运行状态 "
高速滚动轴承动态性能分析的研究进展探析
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。
高速滚动轴承动态性能分析的研究进展
拟静力学模型 、拟 动力学模 型和动力 学模 型。最早的滚动轴承静力 滚子轴承做 了一系列的动力学研究 ，建立 了全 自由度的轴承元件动
学模 型是 Ｓｔｒｉｂｅｃｋ应用 Ｈｅｒｔｚ理论 建立 的球 轴承静 力分析 模型 ，由 力学模型嘲，系统地研究 了滚动轴承动力学 的时变性 能。１９８５年 Ｐ．
对滚 动体转速 引起 的离心力和 陀螺力矩进行 了考 虑存并 提 出了套 滚动轴承 的仿 真研 究是随着轴承力学模型 的发 展 同步前进 的。
圈控制理论 ，基于此建 立的球轴 承拟 静力学分析模型对滚动体 的载 Ａ．Ｂ．Ｊｏｎｅｓｔｓｌ于 １９６０年首 次编写计算机程序对轴承载荷分 布 、刚度 以
发展到拟动力学分析阶段 。随后 ，在近 ３Ｏ年 的时间里 ，拟动力学分 不 断 完 善 ，拟 静 力 学 方 针 软 件 也 在 不 断 升 级 ，２００２年 Ｊ．ｖ．
析模 型不 断完善并获得 了广泛应用 ，但是 由于拟动力学将差 分代 替 Ｐｏｐｌａｗｓｋｉ等开发出了 目前 为止 最完善 的拟静力学分析软件 ＣＯＢＲＡ
关键词：滚动轴承：动 态性 能；仿真分析
工作在高速重载工况 下的滚动轴承常出现提前失效 ，通过对其 学 问 题 。
失效形式 统计 发现轴 承承载性能 和动 态稳定性是 导致 轴承 提前失 为 了模拟轴承运转过程 中的时变性能 ，研 究轴承 的瞬态动力学
效的主要原因 。为准确预测轴承的动态性能 ，轴承动力学分析是必 行为 ，轴承 的拟动力学分析模型逐渐被完全动力学分析模 型替代。
预定 的方位 附 近检 测期 间获 得满 意 的通 信效 果 ，就不 需要 进 行 ５结 论
３６０。 盘 旋 飞 行 试 验 。
本文依据 ＣＣＡＲ２５与 ＡＣ２５—７Ａ的相关规定 ，及 甚高频系统 的
滚动轴承的动静态特性研究
滚动轴承的动静态特性研究滚动轴承作为广泛应用于机械领域的重要部件，其性能的稳定和可靠性对于机械设备的正常运转至关重要。
在实际应用中，由于受到多种因素的影响，滚动轴承的动静态特性会发生变化，这直接影响轴承的寿命和使用效果。
因此，研究滚动轴承的动静态特性至关重要。
一、滚动轴承的结构和工作原理滚动轴承是包含滚珠、圆柱和圆锥等的闭合式结构，通过外部的载荷或力矩的作用下，轴承内部的滚珠在滚道上滚动，从而实现滚动轴承的转动。
在不同的载荷和转速下，轴承内部的滚珠会受到不同的力的作用，从而导致动静态特性的变化。
二、滚动轴承的动静态特性1. 动态特性动态特性主要是指滚动轴承在运转过程中的振动情况，包括衬套与滚珠之间的滚动摩擦、滚珠与内外滚道之间的碰撞等。
这些因素影响了轴承的振动幅度和频率，从而也会影响轴承的噪声和寿命。
2. 静态特性静态特性是指滚动轴承在未受到外部载荷或力矩作用时的状态。
由于轴承内部的滚珠表面粗糙度和形状精度的差异，导致在静态情况下，轴承的内部间隙不均匀，从而直接影响轴承的负荷承载能力和使用寿命。
三、滚动轴承的动静态特性研究方法1. 轨道分析法轨道分析法是指通过分析滚动轴承内部滚道的几何形状和相互作用力学，计算出轴承内部的应力分布、滚动摩擦力以及滚珠与滚道之间的接触点位置等。
通过轨道分析法，可以分析轴承内部不同位置的应力状态，从而探索轴承的静、动态特性。
2. 振动分析法振动分析法是指通过测量轴承内部的振动信息，从而研究轴承的动态特性。
通过分析轴承的振动频率和幅度，可以了解轴承内部的摩擦状态、滚珠与滚道之间的碰撞情况以及轴承的寿命和负荷承载能力。
3. 数值模拟法数值模拟法是指通过建立轴承的模型，采用有限元分析法、多体动力学模拟等方法，研究轴承的静、动态特性。
通过数值模拟，可以分析轴承内部不同位置的应力状态和运动状态，并针对优化轴承的结构和材料提出具体方案。
四、结论研究滚动轴承的动静态特性，可以为优化轴承的结构和材料提供基础理论依据。
滚动轴承-柔性碰摩转子系统非线性动力学响应分析
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＝ ｓ ｉ ｎ ｑ ￣
（ 、 ５ Ｊ ） ，
假设轴承外圈与外支承之间刚性连接 ， 内圈与 转子轴之间刚性连接 ， 滚动体等距排列 ， 滚动体与
滚道 之 间为纯 滚动 ， 含 接触 角 的滚 动球 轴 承 动力 学
则 轴 承 Ａ非线 性滚 动轴 承力 可 以表示 为 ：
２ ０ １ ３ － ０ ２ － ２ ２ 收到第 ｌ 稿， ２ ０ １ ３ － ０ ４ － ０ ２ 收到修改稿 国家高技术研究 发展计划 项 目 （ ２ ０ １ ２ Ａ Ａ ０ ４ ０ １ ０ ４） 十通讯 作者 Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ：ｙ ｕ ａ ｎ － ｈ ｑ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
应， 建立 了滚动轴承 一柔性对称碰 摩转子系统 非线性 集 中质量模 型． 通过数 值计算 与 比较 ， 结果表 明 ： 低转
速下系续响应主要表现为滚动轴承的变刚度振动 ， 高转速下轴承变刚度振动的影响相对减弱， 转子不平衡
和碰摩故 障对系统的影响逐渐增强 ， 陀螺效应对高转速下对称转子 的响应不容忽略．
图 １中转 子 系统 两端 由相 同的滚 动轴 承 支 承 ， 质量 为分 别 为 ｍ 和 ｍ ， 轴承 支反 力在 ， Ｙ方 向 的
以上对滚动轴承． 转子系统动力学 的研究 多是 基于深沟球轴承一 刚性转子模型 ， 并且忽略 了圆盘 陀螺效应对滚 动轴 承一 转 子系统 非线性 响应 的影
轴承 ， 对 系统 的非线 性 振 动 进 行 了数 值 分 析 ， 得 到 了转子 系统 的超 谐 波 、 亚谐 波 和 混 沌 运 动 规 律 ； 文
莱截面图和频谱图讨论转速 、 轴承游隙 、 碰摩 刚度
轴承组件动态特性研究
力。
承座等零件组成 ， 在进行轴承组件动态分析时， 牵 涉到零件之 间的接触 和摩擦 接触 等问题 … ， 得卫 使 星动量 轮轴 承 组件 系 统呈 现 非线 性 。本 文在 轴 Ｊ
承组件 系统 动力学分 析 的基 础上 ， 用有 限元 建立 利
［ ］ 五 ＋［ ｛ ｝ ０ ｛ ｝ ］ ＝
（） ３
由（ ） ３ 式可求 出轴承组 件系统 的 固有 频率 。 １２ ２ 轴承组件 系统动 力 学建模 中的接 触 问题 ．．
（ 在轴 承 组 件系 统 中 ， 承 和轴承 座 的接 触 １ ） 轴
和摩擦 特性 呈非 线 性 ， 非 线 性 表 现 为分 离 和 粘 其
（ 在动态 响应分析中， ６ ） 第一阶模态起主要作
用。
１２ 轴 承组件 系统动 力学方程 ．
了轴承组件系统动态响应分析数学模 型， 运用子空
间算 法和 Ｎ ｗ ｒ 算 法 ， ｅｍａｋ 对轴承 组件 的动态特性 进 行分 析和试 验验 证 ， 出的分 析方法 为动 量轮轴 承 提 组件 结构优 化设 计奠定 了基础 。
中图分类号 ：Ｈ ３ ．３ Ｔ ８６ Ｔ １３ ３ ；Ｐ ０ 文献标志码 ： Ｂ 文章编号 ：００— ７ ２ ２ ０ ）２－ ０ ９一 ４ １０ ３ ６ （ ０７ ０ ０ １ ｏ
卫 星动量 轮是卫 星姿控 系统 的关 键 执行部 件 ， 而轴 承组件是 动量轮 的核心 部件 ， 的工作 动态 特 它
轴 承组件 动力学方 程可表示 为 ： ［ ］ 五 ＋［ ］ 五 ＋［ ｛ ｝ 足 ｝ （ ） ｛ ｝ Ｃ ｛ ｝ ］ ＝｛ １
式 中： ］ ［ 为总质量矩阵；Ｃ 为总阻尼矩阵；Ｋ］ ［］ ［
滚动轴承性能分析研究
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。
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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。