航空發(fā)動機高速滾動軸承動力學(xué)行為研究.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：TH133.33學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：621.822密級：公開工學(xué)博士學(xué)位論文工學(xué)博士學(xué)位論文航空發(fā)動機高速滾動軸承動力學(xué)行為研究博士研究生：葉振環(huán)導(dǎo)師：王黎欽教授申請學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：機械設(shè)計及理論所在單位：機電工程學(xué)院答辯日期：2013年3月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要I摘要航空發(fā)動機不斷向大推重比、長壽命和高可靠性方向發(fā)展，對航空發(fā)動機高速滾動軸承的轉(zhuǎn)速、載荷等指標(biāo)提出了越來越苛刻的要求。長期工

2、作在高轉(zhuǎn)速和重載荷情況下的滾動軸承常呈現(xiàn)應(yīng)力過大、溫升過高等特點，發(fā)生擦傷、燒傷等失效，嚴(yán)重的還會帶來軸承卡死抱軸等嚴(yán)重后果。為此，對高速滾動軸承作了大量的結(jié)構(gòu)及材料方面的改進和創(chuàng)新，然而快速提升的苛刻工況條件已經(jīng)逼近了現(xiàn)有材料的使用極限。同時，航空發(fā)動機在工作過程中的高轉(zhuǎn)速巡航以及多工況轉(zhuǎn)換的特點，使得滾動軸承的動態(tài)穩(wěn)定性問題日益凸顯，帶來保持架斷裂、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)失穩(wěn)等嚴(yán)重后果，在此背景下航空發(fā)動機高速滾動軸承的全工況包絡(luò)設(shè)計顯得不可或缺

3、。因此，對航空發(fā)動機高速滾動軸承進行動態(tài)性能分析，研究其高速動力學(xué)行為，是面向工況進行軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)化、保證軸承工作可靠性和延長軸承壽命的必不可少的共性基礎(chǔ)研究課題。本文圍繞航空發(fā)動機軸承典型苛刻工況條件，通過建模和仿真展開軸承動態(tài)性能研究，為軸承性能優(yōu)化提供依據(jù)，為軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性增長研究奠定基礎(chǔ)。論文通過軸承內(nèi)部零件間的運動和位置關(guān)系分析，建立了零件間的相互作用模型，建立了高速球軸承和滾子軸承的完全動力學(xué)模型。采用Newto

4、wnRaphson算法和RungeKutta算法結(jié)合的方法對動力學(xué)模型求解，解決了套圈和滾動體之間高頻振動對計算效率的影響，同時保證了動力學(xué)結(jié)果的精度。分析結(jié)果為分析不同工況條件下軸承的動力學(xué)行為提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。建立的動力學(xué)模型適用于油潤滑和固體潤滑軸承計算，可以分析軸承裝配、溫差及離心作用影響，可以分析球軸承保持架的橢圓兜孔形式以及滾子軸承的母線輪廓修型影響。針對軸承裝配導(dǎo)致的內(nèi)外圈軸線不對中現(xiàn)象，分析了軸承內(nèi)外圈偏斜對承載區(qū)載荷特性

5、的影響：軸承內(nèi)外圈偏斜不僅導(dǎo)致承載滾動體發(fā)生偏載現(xiàn)象，引起局部接觸應(yīng)力過大，在軸承運轉(zhuǎn)過程中還會因為變剛度振動而影響承載區(qū)最大接觸應(yīng)力的波動。隨著內(nèi)外圈偏轉(zhuǎn)角度的增大，軸承接觸區(qū)內(nèi)最大接觸應(yīng)力值呈現(xiàn)逐漸上升趨于平穩(wěn)的狀態(tài)，而承載區(qū)最大接觸應(yīng)力的波動幅度呈現(xiàn)先減小而后小幅增大的趨勢。以改善內(nèi)外圈偏斜對承載區(qū)最大接觸應(yīng)力的影響為目的，兼顧承載區(qū)應(yīng)力波動幅度變化，給出了增加滾子數(shù)量及滾子母線對數(shù)修型的定量依據(jù)。根據(jù)建立的高速球軸承和滾子軸承動