高速滚动轴承保持架自由振动特性研究.pdfVIP

2001 年 10 月 北 京 航 空 航 天 大 学 学 报 October 　2001 　第27 卷 第5 期 Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics Vol . 27 　No5 高速滚动轴承保持架自由振动特性研究 周延泽 　　王春洁 　　陆　震 (北京航空航天大学 机械工程及 自动化学院) 　　摘 　　　要 : 通过对航空发动机主轴承保持架自由振动的计算分析 ,表明:保持 架不存在小于 751. 12 Hz 的固有频率 ;在整体按圆环的规律振动的同时 ,过梁和侧梁 存在弯曲、剪切等局部振型 ; 由于保持架的转动 ,存在不相等且与转动速度相关的前 后行波频率 ,保持架可能共振的频率数 目增多 ,而保持架又受到多种周期性的干扰 , 高速转动时更易激发共振 ,造成破坏 ,因此在设计中必须对保持架的振动问题给予重 视. 关 　键 　词 : 滚动轴承 ; 保持架 ; 自由振动 中图分类号 : TH 133 . 33 + 4 ( ) 文献标识码 : A 　　　　文 章 编 号 : 2001 　　保持架作为滚动轴承的组成元件 ,将滚动体 沿圆周均匀地分开. 在一般用途的轴承中 , 由于转 1 　保持架的自由振动 速较低 ,保持架都能够满足工作要求. 但是在航空 1. 1 　计算模型 发动机主轴承中 , 由于工作条件苛刻 ,转速高 ,对 以某航空发动机主轴球轴承为例进行计算分 保持架也提出了较高的要求 ,特别是其动力特性 析. 轴承参数为 : 内孔直径 90 mm ,滚动体数 14 ,滚 直接影响到滚动轴承的性能和寿命. 空军某机型 动体直径 22 . 225 mm ,保持架材料为青铜合金 ,弹 主轴球轴承就曾多次发生过因保持架疲劳断裂造 性模量 E = 1. 05 ×1011 Pa ,泊松比0 . 33 . 成的轴承失效 , 因此在设计中需要对保持架的动 有限元动力分析程序很多 , 本文采用 Algor 力学性能进行较为精确的计算和估计. 国外在这 ( ) 有限元计算程序 程序计算. 考虑到保持架的形 方面的研究主要关注的是保持架的运动与不稳定 状及局部振型 ,有限元模型网格划分较密 ,共分为 性问题[ 1]～[4 ] , 国内的研究比较少 ,对于其振动方 1008个 8 节点三维块单元 ,2 296个节点. 保持架在 面的研究则鲜见报道. 工作过程中 , 由外圈引导转动 ,计算中取自由边界 航空发动机主轴承保持架一般为整体结构 , 条件. 为增大轴承承载能力和减轻重量 ,滚动体较多 ,滚 本文计算了其前 50 阶 自由振动的频率及相 动体间的距离较小 , 因而保持架结构柔性较大易 应的振动模态 , 由此可以研究其共振 、变形及应力 变形 ; 由于沿圆周方向质量不均匀 ,变形沿周向也 状态. 不均匀 ;高速旋转的保持架类似于圆环 ,有圆环平 1. 2 　自由振动模态 面内的振动 , 同时有在垂直于环的平面内弯曲与 保持架是圆环类零件 ,其振动具有环类零件 扭转振动 ; 由于采用套圈导引 , 因此变形受到限 振动[5 ] 的特征 ,将计算结果进行归纳