高速航空主轴轴承实验器的动静态特性分析

【类型】学位论文

【作者】孙德智 

【关键词】 轴承实验器 有限元 温度 变形 振动 模态分析

【摘要】航空、航天和国防领域使用的滚动轴承工作的条件都极其苛刻，其工况主要为高速、高温、重载。轴承在这样的工况下能否正常工作，现有的结构能否满足要求，都是轴承设计中所要面临的重要问题。轴承的研制过程主要分为：材料实验、实验器实验、台架实验和整机实验几个阶段。台架实验和整机实验的周期长，成本高，限制了它的应用。而应用实验器进行工况的模拟，对轴承进行极限工况适应性实验，再对实验数据进行分析，则是一种可靠性强、成本低、效率高的办法。 实验器要在一定的载荷谱、温度谱、转速谱条件下工作，模拟轴承的实际工况。最大轴向载荷10t，最大径向载荷6t，最高温度250℃，最大转速24000转/分。在各种工况条件下，实验器可能发生的失效形式以及它们之间的影响因素，都是在设计中必须要考虑的问题。 本文利用有限单元法对实验器机体进行了静力分析、热-应力耦合分析和模态分析。分析中，采用实体建模方法建立了机体的有限元模型；对结合部进行了简化处理；用实体等效轴承的作用；采用间接法耦合了热载荷和机械载荷的作用；应用锤击法对机体和轴系进行了动态性能实验。分析结果表明，工作温度在常温到100℃时，机械载荷的作用为影响应力的主要因素，箱体的应力值在90MPa以下，底板上的应力值在180MPa以下；温度在100℃以上时，温度载荷的作用成为主要影响因素，应力的分布与温度梯度的分布相一致，这时应力主要是由于温度梯度产生的热应力。根据分析结果对结构提出了改进措施，增厚轴承支撑的加强筋，以提高其抵抗变形和应力的能力，同时对机体要外加冷却散热方式，降低热应力的影响。在模态分析结果中可以看出，在实验器的工作频段内存在多阶共振频率，在编制转速谱时要避开这些转速，避免发生共振。最后通过动态特性实验验证了实验结果和计算结果具有很好的吻合性，说明在分析过程中，有限元模型的建立，边界和载荷条件的处理是正确的。本文的分析过程对同类型实验器的分析计算具有指导意义，有一定的工程实用价值。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】哈尔滨工业大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】王黎钦

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