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摘要：采用先进的计算机、多目标优化设计和拟动力学分析模型，为高温高速轴承的开发设计和轴承产品的性能提供了可靠的理论分析。本程序设计的产品质量好，安全可靠航空发动机轴承结构，使用寿命长。
关键词：航空发动机；主轴轴承；优化设计；拟动力分析
航空发动机主轴 轴承 需要所有滚动 轴承 中最高的高温和高速性能。为了满足高温高速球轴承的设计要求，我们开发了一款三维CAD软件，专门用于主轴的优化设计、拟动力学分析和实体建模。航空发动机 轴承。
1 软件介绍
该软件利用高速计算计算机运行复杂模型以优化设计。程序流程如图1所示，它的工作过程通过一系列的形式构成了一个设计指南，用户可以在指南的帮助下轻松完成轴承的设计过程。通过优化设计方案，可以从众多设计方案中选出技术经济性能最佳的方案。解决方案。然后再次对优化后的轴承进行伪动态分析，得到轴承的动态性能参数和轴承的内部负载分布，从而了解轴承的工作状态和性能，为轴承的合理设计提供理论分析工具。然后可以绘制清晰的二维平面图和逼真的三维实体造型，方便用户进行设计验证。完成设计后可以在 轴承 库中进行最后的润色。轴承库还可以存储以往设计的轴承参数，方便日后对比分析。最后，优化后的轴承图纸可以直接输出，用户也可以随意选择自己想要的轴承机型进行图纸输出。这不仅提高了设计的综合性，而且减轻了设计人员的工作量，缩短了设计时间。轴承库还可以存储以往设计的轴承参数，方便日后对比分析。最后，优化后的轴承图纸可以直接输出，用户也可以随意选择自己想要的轴承机型进行图纸输出。这不仅提高了设计的综合性，而且减轻了设计人员的工作量，缩短了设计时间。轴承库还可以存储以往设计的轴承参数，方便日后对比分析。最后，优化后的轴承图纸可以直接输出，用户也可以随意选择自己想要的轴承机型进行图纸输出。这不仅提高了设计的综合性，而且减轻了设计人员的工作量，缩短了设计时间。
2 现有功能
(1) 面向设计，帮助设计师完成设计过程。
(2) 形位公差自动查询。根据计算结果自动查询形位公差。
图1 程序流程图
(3) 便捷的轴承参数修改功能，完成最终的修改。
(4) 强大的轴承库管理功能。管理设计好的轴承。
(5) 完善的绘图输出功能，可自由输出轴承库中的轴承。
(6) 三维实体参考模型的生成。通过参数化生成具有强大功能的实体，生成 轴承 的 3D 实体模型图。
3 使用平台
硬件：（推荐配置）
PIII处理器
128M内存 20G硬盘
3D图形加速卡软件：支持/98/Me/2000
以上版本。
4轴承优化设计
数学优化方法是计算机辅助设计的基础和核心。由于高温高速轴承运行环境复杂，对轴承优化设计的要求不仅是某项技术指标好，还需要多项技术指标优秀。例如，如果要求疲劳寿命尽可能长，则以额定动载荷为目标函数，取其最大值；如果要减小轴承的内部滑动和温升，则以旋转-滚动角速度比为目标函数，取其最小值；如果是为了避免增加摩擦生热，甚至造成划痕，那么就用低滑移率作为目标函数；如果希望最小油膜厚度能够完全分离滚动面以提高轴承疲劳寿命，则以足够厚的弹性流体动力润滑油膜为目标函数。这种需要几个技术指标同时最优的问题称为多目标函数的最优设计。当然，一般很难同时达到多个目标的最优值，需要在各个目标的最优值之间进行协调，才能得到各个目标更好的解。现在，根据高温和高速轴承的特点，球轴承多目标（高额定动载荷，
4.1 约束
(1)球径的选择应符合经验值范围
其中 =0.45；=0.60。
(2)为便于装配，钢球的数量和直径应满足装球角的要求
(3)钢球中心圆直径满足约束0.495(D+d)≤Dm≤0.515(D+d)
(4)内外圈槽的曲率半径应不小于0.51×Dw，不大于0.60×Dw
其中，0.51≤fi≤0.60；0.51≤fe≤0.60
4.2 设计变量
目标函数中取5个设计变量X1=Dw；X2=Z；X3=Dm；X4=铁；X5=
4.3 目标函数
根据高温高速球轴承的特性和性能要求，确定轴承的目标函数一般为：径向额定基本动载荷越大越好，取max(铬); spin-to-roll 越小越好，取 min(ω)。
(1)(x)=最大(Cr)
bm和fc的具体取值可参见文献[2]。
(2)(x)+min(ω)
在公式
D轴承外径
d轴承内径
Dw钢球直径
Dm钢球中心圆直径
Z球数
Cr 径向基本额定动载荷
fi 内圈槽曲率系数
fe 外圈槽曲率系数
fc 是与 轴承 零件的几何形状、制造精度和材料相关的系数
bm 常用材料和工艺质量的评级因数因轴承类型和设计而异
α轴承 的标称接触角
αi 滚动体与内圈滚道的接触角
αe滚动体与外圈滚道的接触角
αroll 滚动体公转角速度
ωsi滚动体相对于内圈滚道的滚动角速度
ωse 滚动体相对于外圈滚道的滚动角速度
(ωsi/ωroll) 钢球与内圈滚道接触点的滚动比
ωseωroll 钢球与外圈滚道接触的自旋滚动比
β钢球旋转轴与x'o'y'平面的夹角
x'、y'、z'坐标系的原点o'为滚动体的中心，
x'轴与x轴平行，坐标系以滚动体的公转角速度绕x轴旋转
5轴承伪动力学分析
对于高速运行的滚动轴承，内部传动动力学因素及其影响非常重要，往往成为轴承故障的主要原因。例如离心力和陀螺转矩的作用，不仅影响接触载荷和疲劳寿命，还会改变滚动体的运动状态，可能引起打滑和陀螺转动，增加摩擦磨损和温升。 轴承 急剧。因此，高速轴承的设计必须考虑动态力、惯性力及其影响、油的拖曳特性、保持架的受力和钢珠的滑移等。为此，它需要明确高速旋转时的运动规律，进行力分析和热分析，
综合考虑高温高速球轴承特有的各种惯性效应和轴承中各种结构元素之间的相互作用，建立了伪动力学物理模型，得到6n+8个方程形成并求解（包括5个内圈平衡方程，8个保持架平衡方程，6n个钢球平衡方程）。在平台下，用VB语言开发了相应的高速球轴承伪动力学分析优化程序。具体内容如下：
(1) 高速球轴承拟动力学分析模型及计算机程序的建立。
(2) 弹性流体动力润滑油膜和牵引力分析模型、计算机程序和润滑方法研究。
(3)轴承热模拟分析及计算机程序。
(4)轴承结构优化设计与性能预测分析方案。
(5)轴承寿命计算及相关数据验证[3]。
对优化结果进行拟动力学分析，可以得到任意时刻钢球和保持架的位置、速度和内部滑动情况，可用于分析运动的过渡过程，如载荷或速度的突然变化，保持架运动的不稳定性，等，可以获得轴承的变形、刚度、寿命、发热、摩擦力矩等性能参数，还可以获得轴承的内部载荷分布。从而了解轴承的工作状态和性能。然后根据用户的要求，选择最合理的一组优化结果[4]。
6 电脑参数化绘图
计算机参数化绘图本质上是与高级语言的接口。一方面，当用户给出参数，经过高级语言处理后，再传送给计算机，就可以生成所需要的图形。直观且标有实际尺寸的图形很有帮助。设计师检查、分析、修改；另一方面，通过该接口，生成的图形经高级语言编写的程序处理后，可直接用于计算机辅助制造CAM。
6.1 二维映射
方便为设计者判断设计的合理性提供直观的依据，让设计者一目了然的知道轴承各部分的尺寸是否相互干扰等，很容易修改，可以大大减少绘图的工作量，不仅精度高而且方便快捷。二维图形修改尺寸后，可全部存入后台数据库，供CAM和多人共享调用[5]。
6.2 3D 视图
采用嵌入式VBA语言编程，编译后的宏文件后缀为DVB，即在VB环境下直接控制Auto的VBA完成各种操作。由于VBA共享内存，代码执行速度相当快，甚至比ARX库函数还要快。由于没有3D实体倒角和圆角的VBA命令，我们使用VC6.0语言重新开发了CAD的ARX库。调用该库函数可以成功进行轴承的3D实体几何建模。由于加入了轴承拟动力学分析模型，在三维立体的表面和内部产生了温度场，真正的三维显示直观真实，
7 结论
利用电子计算机的先进性，实现便捷的人机对话，大大提高工作效率。多目标优化设计和拟动力学分析模型为高温高速轴承的开发设计提供了可靠的理论分析依据。优化后的结果首先通过伪动力学分析进行验证，然后在二维平面视图中再次进行分析，最后通过三维立体视图的最终动力学进行验证。综合各种影响因素得到的设计可靠实用，使该类型轴承的产品设计、性能研究和寿命预测形成一个完整的研究体系。实践证明，使用本程序设计的轴承产品性能良好，
参考：
[1]万长森．滚动轴承分析方法[M]．北京：机械工业出版社航空发动机轴承结构，1985。
[2] GB/-1995. 额定动载荷和额定寿命。滚动轴承。
[3] 贾群义．滚动轴承的设计原理和应用技术。洛阳工学院, 1989.
[4]徐荣宇．提高航空发动机主轴寿命和可靠性的研究报告 轴承 研究子项目。洛阳轴承研究所，1996。
[5] 吴晨诚．二次开发工具简介[M]. 北京：电子工业出版社，2000．
[6] 陈志远．Visu.0编程详解[M]．北京：清华大学出版社，2001.（完）
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