活塞式压缩机弹性曲轴——滚动轴承系统动力学分析

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6L2K活塞式压缩机滑动轴承失效分析

－7－科技论坛6L2K 活塞式压缩机滑动轴承失效分析王松竹1吴子红1向寓华1曾杰2（1、湖南化工职业技术学院，湖南株洲4120042、湖南宜化有限责任公司，湖南冷水江417506）1概述6L2K 氮氢气活塞式压缩机是双列六级卧式压缩机；这种机型的压缩机在湖南宜化有限责任公司现有二台，于1976年投入运行，主轴承采用的是巴氏合金滑动轴承。

由于滑动轴承相关零件制造不良、安装不良以及管理、操作不当,造成巴氏合金轴瓦失效时有发生的，课题组对此进行了分析和研究。

2滑动轴承失效分析2．1滑动轴承的工作原理滑动轴承是用来支承轴类零件并使承载面间能作相对滑动的重要机械元件。

滑动轴承工作时，轴颈在轴承中转动，轴颈与轴瓦内表面接触，形成滑动摩擦；滑动轴承的工作表面间需注入润滑油，以便减少轴颈与轴承的摩擦和磨损。

在滑动轴承工作过程中，由于加注润滑油的动力粘度η、转动轴的转速n 和轴承的比压P 不同，将产生不同的工作特性，使轴颈和轴承的摩擦表面间处于非液体摩擦和液体摩擦状态（工作特性曲线如图1所示）。

理想的滑动轴承工作为液体摩擦状态（如图2所示），工作时轴颈和轴承工作表面被一层油膜完全隔开，摩擦阻力由润滑油的内摩擦所产生，明显地减轻了轴颈和轴承的摩擦与磨损，显著提高了轴承的使用寿命。

2.2滑动轴承的正常工作条件滑动轴承最理想的装配情况是先确定一个适宜的初间隙值，使轴与轴瓦在液体摩擦的情况下工作。

这时，轴颈与轴瓦工作表面间完全为润滑层所隔开，使轴与轴瓦的工作面几乎没有摩擦。

但是，设备在工作过程中经常需要停止和启动，速度经常变化，而载荷变动和振动都会破坏液体摩擦条件而引起磨损。

滑动轴承因磨损而不能正常工作，一般表现为两种基本形式：一种是轴与轴瓦间隙增加；另一种是轴瓦的几何形状发生变化。

这二种表现都反映出当轴与轴瓦的间隙达到某一最大值S max 以后，磨损就剧烈增长而转为事故状态。

所以，滑动轴承应该规定轴颈与轴瓦间的初间隙S 初（安装间隙）和极限允许间隙值S max （检修、更换间隙）。

滚动轴承两自由度动力学方程

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。

滚动轴承故障机理的动力学分析基础阅读札记

《滚动轴承故障机理的动力学分析基础》阅读札记一、内容描述本书《滚动轴承故障机理的动力学分析基础》围绕滚动轴承的故障机理进行了深入而详尽的阐述。

在阅读过程中，我对于书中内容进行了详细的札记记录，对理解轴承故障机理的动力学分析过程起到了很大的帮助。

本书的主要内容可以概括为以下几个方面：滚动轴承的基本结构和工作原理：对滚动轴承的基本构造，如内圈、外圈、滚动体及保持架等进行了介绍，并对其工作原理进行了简要说明。

这是理解后续故障机理分析的基础。

滚动轴承的力学特性分析：对滚动轴承的力学特性进行了深入的分析，包括其动力学模型、载荷分布、应力分布等，为理解滚动轴承的故障产生提供了理论基础。

滚动轴承的故障类型及原因：详细介绍了滚动轴承可能出现的各种故障类型，如磨损、疲劳、断裂等，并对这些故障产生的原因进行了深入剖析。

这些内容为后续的动力学分析提供了重要的依据。

故障机理的动力学分析：重点介绍了滚动轴承故障机理的动力学分析方法，包括振动分析、温度场分析、油膜动力学分析等，这些分析方法为滚动轴承的故障诊断提供了重要的理论依据。

在阅读过程中，我对每个部分的内容都进行了详细的札记记录，包括对一些重要概念的理解、对一些复杂问题的思考等。

这些内容不仅帮助我深入理解了滚动轴承的故障机理及其动力学分析过程，也为我后续的研究工作提供了重要的参考。

《滚动轴承故障机理的动力学分析基础》是一本对滚动轴承故障研究非常有价值的书籍。

二、滚动轴承基本概念及结构滚动轴承作为一种重要的机械基础元件，广泛应用于各种机械设备中，其主要功能在于支撑旋转部件并减少其摩擦。

本节主要介绍了滚动轴承的基本概念及其结构。

滚动轴承的核心组成部分是内外滚道及滚动的球体或圆柱体，这些组件之间通过接触表面进行相互作用，形成一个稳定的承载结构。

滚动轴承的主要作用是支撑旋转部件，并使其运转平稳，同时降低摩擦和磨损。

其工作原理基于滚动摩擦原理，相较于滑动摩擦，滚动摩擦具有更低的摩擦系数，从而减少了能量的损失和磨损的产生。

活塞式压缩机主运动——曲柄滚动轴承系统动力学仿真分析

环的数目及高度）及上裙高度Ｈ。在保证气环良好工作４
的条件下，宜缩短Ｈ１，以力求降低整机的高度尺寸。
３顶岸高虏ｈ（．即第—道活塞环槽到活塞顶的距离）１越小，第一道环本身的热负荷也越高。应根）ｈ据热负荷及冷却状况确定ｈ，使第一道活塞环的工作温度不超过允许极限（８～２＊约１０２０Ｃ）。２）在保证第一道环工作可靠的情况下，尽量缩小
１Ｏ信息系统工程ｌ０１１０５１．．２１２
６根据活塞顶部应力、刚度及散热要求来决定是的，小型高速柴油机的铝活塞，如满足顶部有足够的传
热截面，则顶部的机械强度一般也是足够的。热应力随
隙 △ｏ和垂直销孔方向的裙部间隙 △ 。减小 △ｏ上可以降
低活塞头部的热负荷，减小 △ 可以减弱活塞换向时倾上侧摆动与敲击缸套现象，从而可大大减轻缸套的穴蚀，但活塞间隙过小，也容易引起活塞的损伤和拉缸。在销孔轴线方向的裙部不承受推力负荷，其间隙 △ 稍大一ｘ些对活塞运行性能的影响不很大，因此在设计上ＡΒιβλιοθήκη 的Ｘ选择可以有较大的差别。
４活塞环的数日及排列．１）活塞环数目一般为：高速机气环２３，油环１２；～道～道
中速机气环３４，油环２（～道道少数用一道）
２）油环布置：采用一ｊ油环时，油环装在销孔上方。酋
５环槽尺寸环槽的轴向高度等于活塞环的轴向高．
度ｂ。
１塞高度Ｈ．１）活塞高度取决于以下因素：
式中Ｄ活塞名义直径；ｔ活塞环径向厚度；

【技术贴】动力学分析中的滚动轴承

【技术贴】动力学分析中的滚动轴承大家好！随着EXCITE Power Unit软件在齿轮箱分析领域的开疆拓土，有越来越多的CAE工程师开始采用EXCITE Power Unit进行齿轮箱动力学分析。

尤其针对齿轮箱NVH分析，EXCITE以其高分析精度广受业界好评。

另外，新版本也在建模便利性和计算效率上不断推陈出新，力求更好的用户友好性。

滚动轴承作为齿轮箱建模必不可少的一环，它的建模在EXCITE Power Unit中有多种方式，而每种方式都各有特点，用户可以根据实际情况进行合理选择。

本期技术贴给大家详细介绍每种滚动轴承建模方式及各自特点，以期为EXCITE齿轮箱动力学分析用户提供建模和分析参考。

一．前言：滚动轴承作为轴和壳体或轴和轴之间的连接部件，在动力学分析中，传递体与体之间的作用力。

它的核心参数与其他连接副并无它异，即刚度和阻尼。

但是，由于滚子的存在，内外圈之间的连接刚度会随着滚子位置不同或作用力方向不同而发生微小的变化；另外，对于高速运转的轴承，滚子的离心力也会随转速升高逐渐增大，从而变得不可忽视，它的作用会使得外圈受力大于内圈受力，如果是角接触球轴承，受力方向还会受离心力的影响。

不论是刚度变化还是离心力的影响，都会导致轴承力的波动，从而传递到结构体引起结构振动，产生振动噪声。

常见的滚动轴承类型及示意图如下表所示：二．滚动轴承建模方式：考虑到动力学模型中滚动轴承的核心参数依然是刚度和阻尼，在EXCITE Power Unit中建立滚动轴承推荐采用的单元有FTAB单元和Rolling Elements Bearing，其中FTAB单元实际上是通用的非线性连接副，它可以通过T able的形式定义任意自由度的非线性刚度和阻尼，所以滚动轴承自然也可以采用。

而Rolling Element Bearing则是EXCITE Power Unit中专门用于滚动轴承连接副的单元，所以它能够考虑的因素也是最全面的。

滚动轴承-转子系统动力学特性分析

Ｔｅｒｓｌｈｗｔａ：ｈｏａｉｎｆｅｕｎｙｏｏｏｌｙｘｓｓｉｈｙｔｍ，ｔｅｖｒｉｇｓｉｎｓｅｕｎｙｏｕ・ｈｅｕｔｓｏｈｔＴｅｒｔｔｑｅｃｆｔｒａｗａｓｅｉｔｔｅｓｓｅｓｏｒｒｎｈａｙｎｔｆｅｓｆｑｅｃｆｓｐｆｒ
ｉｇｇｏｔｃｐａｔｒｎｒｉｇｃｎｉｏｓｏｈｙａｃｃａａｔｒｓｉｓｏｅｒｎｎｅｍｅｒａｍｅｅｓａｄｗｏｋｎｏｄｔｎｎｔｅｄｎｍｉｈｃｅｔｆａｉｇ— ｒｔｒｓｓｅａｅａａｙｅ．ｉｒｉｒｉｃｂｏｏｙｔｍｒｎｌｚｄ
径向载荷的增大而增强；在一个最佳转速区间，存在此区间内，系统的非线性特性较弱。关键词：滚动轴承；转子系统；动力学特性；动频率；刚度振动转变
中图分类号：Ｈ１３３；Ｈ１７１Ｔ３．３Ｔ１．文献标志码：Ａ文章编号：００—３６（０２１００ — ６１０７２２１）０— ０１０
ＣＮ４ｌ一１４／Ｈ１８Ｔ
０墨Ｑ鱼Ｂｅｒｎ０２Ｎｏ．０璺＝Ｚ轴承ｇ２１年１期ａｉ２１０２，１
１—６．２４
●产品设计与应用
滚动轴承一转子系统动力学特性分析
魏彬李建华邓四二，，
ｂａｉｎｆｅｕｎｙｃｍｐｎｎｓｅｉｔｇｉｅｓｓｅａｅｃｎｔｎｅａｄｅｓｏｅｃａｇｆｏｖｕｖｔｒａｉｓＣ — ｒｔｒｑｅｃｏｏｅｔｘｓｉｎｔｙｔｍｒｏｓａｔｇｌｓｆｔｈｎｅｏｏｅｃｒａｕｅｒｄｕＯｏｎｈｒｒｈｒｇｅｆｃｅｔｆｉｎｒａｄｏｔｒｒｎｓｔｅｎｎｉｅｒｙｏｅｓｓｅｉｗｅｋｎｄｗｔｈｎｒａｅｏａｌｎｍｂｒｎｒ・ｆｉｎｓｏｎｅｎｕｅｇ；ｈｏｌａｉｆｈｙｔｍｓａｅｅｉｔｅｉｃｅｓｆｂｌｕｅｓａｄｐｅｉｉｎｔｔｈｌａｏｃｎｎａｃｄｗｔｅｉｃｅｓｆａｉｏｃ；ｈｒｎｏｔｌｏａｉｎｓｅｄｚｎ，ｎｗｈｃｅｎｎｉｅｒｏｄｆｒｅａｄｅｈｎｅｉｔｎｒａｅｏｄａｆｒｅｔｅｅｉａｐｉｈｈｒｌｓｍａｒｔｔｐｅｏｅｉｉｈｔｏｌａ－ｏｈｎ

机床主轴_滚动轴承系统非线性动力学分析

振　动　与　冲　击第27卷第9期JOURNAL OF V I B RATI O N AND SHOCKVol .27No .92008　机床主轴2滚动轴承系统非线性动力学分析基金项目:国家重点基础研究发展计划“973”项目(2005CB724101)和国家自然科学基金项目(10702040)资助收稿日期:2007-12-14　修改稿收到日期:2008-02-01第一作者张伟刚男,硕士生,1981年生张伟刚,　高尚晗,　龙新华,　孟　光(上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室,上海　200240) 摘　要:通过对机床主轴2滚动轴承系统的研究,建立了一个基于Hertz 接触力模型的6自由度系统动力学微分方程,初步探讨在非平衡力作用下,具有负游隙的机床主轴-滚动轴承系统的非线性动态特性和稳定性。

结果表明,由于游隙和变刚度的影响,随控制参数频数比的变化,系统将出现失稳和复杂的非线性现象;通过对比正、负游隙下的系统响应,可得到负游隙有助于提高机床主轴-滚动轴承系统稳定性的结论,该结论与其他学者[10]实验所证明的轴承预紧有助于提高主轴-轴承系统的固有频率,进而提高系统稳定性的结论相吻合。

关键词:滚动轴承;非线性动力学;游隙;稳定性中图分类号:O322;TH133 文献标识码:A 现代制造业对高速、高精度的要求使得我们有必要对机床主轴-轴承系统的非线性动态特性进行深入的分析和研究。

而轴承滚子和轴承内、外圈之间的非线性接触力是机床主轴-轴承系统振动响应的主要非线性因素。

为此,众多研究者在该非线性接触力对主轴-轴承系统动态特性的影响方面展开了广泛的研究。

Ya ma mot o [1]通过研究滚动轴承游隙对Jeffcott 转子振动特性的影响,发现其振动幅度会随着轴承游隙的增加而降低;在此工作基础上,Ti w ari 等[2-5]研究了轴承游隙及变刚度对非平衡Jeffcott 转子非线性动态特性的影响;Sopanen 和M ikkola [6,7]对转子-轴承系统建立了一个6自由度的力学模型,通过对该系统动力学模型的研究,分析游隙对系统固有频率和振动响应的影响;在以上的研究中,转速皆假定为常数,L i ouli os和Ant oniadis [8]研究变转速对转子-轴承系统动态特性的影响,结果表明:即使转子转速发生很小的波动,也可能导致系统动态特性发生很大变化。

滚动轴承两自由度动力学方程

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，用于支撑和转动机械设备中的轴。

在工程设计和分析中，对滚动轴承的动力学行为进行建模和分析是非常重要的。

其中，滚动轴承的两自由度动力学方程是描述其运动行为的数学模型。

滚动轴承的两自由度动力学方程是基于轴承内部滚动体的运动和轴承外部环境的相互作用而建立的。

这个方程通常包括轴承内部滚动体的运动方程和轴承与外部环境的相互作用力。

其中，轴承内部滚动体的运动方程可以描述滚动体在轴承内部的运动状态，包括滚动体的旋转速度、加速度等参数。

而轴承与外部环境的相互作用力则包括了外部载荷、摩擦力、惯性力等因素，这些力会影响轴承的运动状态和稳定性。

通过建立滚动轴承的两自由度动力学方程，工程师和研究人员可以对轴承的运动行为进行定量分析和预测。

这有助于优化轴承设计、提高轴承的运行性能和寿命，同时也为轴承在各种工程应用中的可靠性和稳定性提供了理论基础。

总之，滚动轴承的两自由度动力学方程是描述其运动行为的重
要数学模型，对于理解轴承的运动特性、优化设计和改进性能具有重要意义。

通过对这一方程的研究和分析，可以推动滚动轴承技术的发展，为工程领域的发展做出贡献。

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（１．先进数控和伺服驱动技术安徽省重点实验室，安徽，芜湖
摘
要：以某ｗ型活塞式压缩机的曲轴一滚动轴承系统为研究对象，利用动力学仿真软件ＡＤＡＭＳ，研究了额定
工况作用下弹性曲轴一滚动轴承系统的动力学行为。首先，在有限元软件ＡＮＳＹＳ中建立弹性曲轴的有限元模型。
ｅｌａｓｔｉｃｃｒａｎｋｓｈａｆｔｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎＡＮＳＹＳ，ａｋｉｎｄｏｆＦｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｔｆｗａｒｅ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ａｓａｔｔｉｃａｌｌｙｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｅｐｒｏｂｌｅｍｏｒｆｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｉｓｓｔｕｉｅｄｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｐｐｌｙｉｎｇｌｏａｄａｎｄｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｂｅａｉｔｎｇ，ｆｏｒｃｅｍｅｔｈｏｄａｎｄＨｅｒｔｚｈｅｔｏｒｙａｒｅｕｓｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｓａｔｔｉｃａｌｌｙｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｅｐｒｏｂｌｅｍ．Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｐｐｌｙｉｎｇｌｏａｄａｎｄｔｈｅｒｅｌｅｖａｔｎｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｂｅａｉｒｎｇｒｅａａｃｑｕｉｒｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｎａｙｉｃｍａｌｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｃｒａｎｋｓｈａｔ－ｆｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｎｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓｂｕｉｌｔｉｎＤＡＡＭＳ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ
２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅ
ＣＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈｕ，Ａｎｈｕｉ２４１ ห้องสมุดไป่ตู้ ００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆａｎｅｌａｓｔｉｃｃｒａｎｋｓｈａｆｔ・－ｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｉｎｒｇｓｙｓｔｅｍｉｎａＷ・・ｔｙｐｅｐｉｓｔｏｎｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ
关键词：超静定问题；弹性曲轴一滚动轴承系统：动力学仿真中图分类号：ＴＰ３９３文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－８０８５．２０１３．０２．０１７
ＤＹＮＡＭＩＣＳＩＭＵＬＡＴＩｏＮＦｏＲＴＨＥＥＬＡＳＴＩＣＣＲＡＮＫＳＨＡＦＴ．ＲｏＬＬＩＮＧＢＥＡＲＩＮＧＳＹＳＴＥＭｏＦＡＲＥＣＩＰＲｏＣＡＴＩＮＧＣｏＭＰＲＥＳＳｏＲ
其次，利用Ｈｅｒｔｚ公式和超静定问题的解法（力法）推导出滚动轴承受力与变形关系的计算公式并得到数值解。
最后，在ＡＤＡＭＳ软件中建立弹性曲轴一滚动轴承系统动力学仿真模型，仿真求解并得到相应的动力学响应。所
得到的计算结果对进一步了解压缩机动力学性能和主轴承设计有指导作用
文章编号：１６７４－８０８５（２０１３）０２ — ００７５ — ０４
活塞式压缩机弹性曲轴
滚动轴承系统
动力学分析
陈磊，一，何芝仙
２４１０００；２．安徽工程大学机械与汽车工程学院，安徽，芜湖２４１０００）
第３４卷第２期
２０１３年３月
Ｖ０１．３４Ｎｏ．２
Ｍａｒ．２０１３
井冈山大学学报（自然科学版）
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｎｇｇａｎｇｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）７５
ａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙＡＤＡＭＳ，ｓｐｅｃｉａｌｓｏｔｆｗａｒｅｆｏｒｄｙｎａｍｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｉｆｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ＊ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅ
‘ ＣＨＥＮＬｅｉ，一
，
ＨＥＺｈｉ — ｘｉａｎｌ，
（１．ＡｎｈｕｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＮｕｍｅｒｉｃａｌ＆ＳｅｗｏＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈｕ，Ａｎｈｕｉ２４１０００，Ｃｈｉｎａ；