朱運
摘 要:以滾動軸承動力學理論為基礎,組成了圓柱滾子軸承動力學微分方程組,并采用預估-校正GSTIFF變步長積分計算方法來對該方程組進行計算,主要分析圓柱滾子軸承合套參數(shù)在滿足CN組條件的情況下,軸承滾道直徑和滾子直徑對軸承振動特性的影響。結果表明:隨著內(nèi)滾道直徑、滾子直徑的增加,軸承振動值和各倍頻的幅值均呈先增大后減小的趨勢;隨著外滾道直徑的增加,軸承振動值和各倍頻的幅值均呈增大趨勢;滾子直徑直接影響著軸承的徑向振動幅度,是影響最大的一部分,其次才是外滾道直徑以及內(nèi)滾道直徑。
關鍵詞:圓柱滾子軸承;動力學;合套參數(shù);振動特性
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.15.014
0 引言
現(xiàn)如今,很多航空發(fā)動機中的主軸系統(tǒng)中,一般都是采用滾動軸承來對主軸轉子結構進行支撐,圓柱滾子軸承憑借著自身獨有的優(yōu)勢與特點,在航天發(fā)動機制造中得到了非常廣泛的應用。不過圓柱滾子軸承在應用過程中,會出現(xiàn)一定程度的振動,而這一現(xiàn)象的出現(xiàn),會給整個主軸系統(tǒng)帶來了極大的影響。
1 圓柱滾子軸承動力學坐標
圓珠滾子軸承的保持架是通過外圈來進行引導的。如果軸承工作面有著理想的幾何形狀,那么其形心以及質心會出現(xiàn)重合。按照該軸承的結構形式,可以建立以下幾種坐標系:
(1)軸承慣性坐標系{O;x,y,z},在該坐標系中,x軸與軸承的轉軸是重合的,y與z的面與軸承中心徑向平面是平行的,所以,其他坐標系可以根據(jù)該坐標系來進行確定。
(2)滾子質心坐標系{Or;xr,yr,zr},該坐標系中的原點Or是與滾子幾何中心相重合的,yr軸與軸承的徑向方向符合,zr軸與軸承的周向方向符合,這一坐標系是隨著滾子的轉動而移動的。
(3)保持架質心坐標系{Oc;xc,yc,zc},該坐標系中的Oc與保持架幾何中心重合,且會隨著保持架的轉動而轉動。
(4)內(nèi)圈質心坐標系{Oi;xi,yi,zi},這一坐標系是通過慣性坐標系的平移得出的,該坐標系中Oi與內(nèi)圈幾何中心相重合,會隨內(nèi)圈轉動。
(5)保持架兜孔中心坐標系{Op;xp,yp,zp},此坐標系的Op與保持架兜孔的中心點是重合的,每一個兜孔中都有著相應的坐標系。
2 圓柱滾子軸承振動特性分析
對NU2307ME型圓柱滾子軸承的運行狀態(tài)進行研究與分析,該軸承所選擇的滾子以及套圈材料是GCr15,選擇的保持架材料是ZCuZn40。軸承合套之后,徑向游隙如果在CN組之內(nèi),那么其游隙則為25~50μm。如果軸承合套后游隙沒有在CN組內(nèi)的話,那么數(shù)據(jù)則無效,反之數(shù)據(jù)有效。采用預估-校正GSTIFF變步長積分計算方法來進行動力學微分方程組的計算與分析。
2.1 滾道直徑和滾子直徑對軸承振動特性的影響
2.1.1 內(nèi)滾道直徑對軸承振動特性的影響
滾子直徑設定為11.998mm,外滾道直徑設定為70.220mm,內(nèi)滾道直徑在46.186~46.190mm之間選擇,圓柱滾子軸承合套完成后,徑向游隙處于CN組之內(nèi)。通過對內(nèi)滾道直徑變化的分析可以得知,內(nèi)滾道直徑越短,圓柱滾子軸承的振動值就越大,內(nèi)滾道直徑為46.190mm時,軸承整體的振動值是最小的,所以,這時候可以實現(xiàn)軸承振動的降低。
2.1.2 外滾道直徑對軸承振動特性的影響
滾子直徑設定為11.998mm,內(nèi)滾道直徑設定為46.188mm,外滾道直徑則在70.216~70.224mm之間選擇,圓柱滾子軸承合套完成后,徑向游隙處于CN組之內(nèi)。通過對外滾道直徑變化的分析可以得知,隨著外滾道直徑的不斷增加,圓柱滾子軸承的振動值以及振動頻率會越來越高,外滾道直徑為70.216mm的時候,振動值以及振動頻率是最小的,這時候可以實現(xiàn)軸承振動的降低。
2.1.3 滾子直徑對軸承振動特性的影響
外滾道直徑設定為70.22mm,內(nèi)滾道直徑設定為46.188mm,滾子直徑則在11.990~12.005mm之間選擇,圓柱滾子軸承合套完成后,除滾子直徑之外,其他徑向游隙都處于CN組之內(nèi),通過對滾子直徑變化的分析可以得知,隨著滾子內(nèi)徑的增加,圓柱滾子軸承的振動值以及振動頻率會隨之降低,當滾子直徑為12.003的時候,軸承振動幅度是最小的,這時候可以實現(xiàn)軸承振動的降低。
2.2 軸承合套參數(shù)對軸承振動特性的影響
對圓柱滾子軸承內(nèi)滾道直徑、滾子直徑以及外滾道直徑進行深入的分析與比對,它們的直徑取值分別是:46.186~46.190mm、11.990~12.005mm以及70.216~70.224mm。采用正交算法來對其進行計算與試驗,并進行了25次試驗,試驗中第2,4,8,10,21,23次試驗合套后的游隙不在CN組別內(nèi),故數(shù)據(jù)無效。
2.3 滾道直徑和滾子直徑推薦選配尺寸
單一因素的影響并不能直接代表圓柱滾子軸承合套后的振動影響,所以,需要采用正交優(yōu)化計算方法來進行分析與計算,推薦低振動值下的滾道直徑以及滾子直徑尺寸。如果直徑均在CN組合套游隙之內(nèi),那么游隙越小,圓柱滾子軸承合套振動值就越低。
3 結論
(1)在圓柱滾子軸承合套參數(shù)滿足CN組的情況下,內(nèi)滾道的直徑越長,那么圓柱滾子軸承的振動值就越小,在內(nèi)滾道直徑是46.190mm的時候,圓柱滾子軸承振動幅度是最小的。
(2)在圓柱滾子軸承合套參數(shù)滿足CN組的情況下,外滾道的直徑越長,那么圓柱滾子軸承的振動值就越大,在外滾道直徑是70.216mm的時候,圓柱滾子軸承振動幅度是最小的。
(3)在圓柱滾子軸承合套參數(shù)滿足CN組的情況下,滾子直徑越長,那么圓柱滾子軸承的振動值就越小,在滾子直徑是12.003mm的時候,圓柱滾子軸承振動幅度是最小的。
(4)通過試驗與分析可以得知,在圓柱滾子軸承合套參數(shù)滿足CN組的情況下,滾子直徑的振動影響是最大的,外滾道直徑的振動影響次之,內(nèi)滾道直徑的振動影響則是最小的。所以,為了使圓柱滾子軸承振動值得到有效降低,保證其運行的穩(wěn)定性,軸承合套進行選擇的時候,需要先確定滾子以及外滾道尺寸,再確定內(nèi)滾道尺寸,然后再對其進行整合。
參考文獻:
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