高速角接触球轴承油气润滑二相流流固耦合热特性分析

发布时间：2019-09-04 20:20

【摘要】：高速角接触球轴承是高速电主轴等高速旋转机械的常用支承件,高速运行过程中角接触球轴承的滚动体、套圈、保持架之间的摩擦发热引起的温升,导致轴承发生较大变形,使运行不平稳、效率降低,最终影响电主轴的性能。油气润滑是高速角接触球轴承的常用冷却润滑方式,研究油气润滑二相流对轴承热特性的影响,对提高角接触球轴承的冷却润滑效率及其支承装置的性能,具有重要的意义。本文以弹流润滑理论、轴承运动学和热力学等理论为基础,建立7006C角接触球轴承流体域和固体域物理模型,应用CFD方法和有限元法,对轴承油气润滑的热特性进行了流固耦合数值分析,研究了润滑参数和工况参数对轴承油气润滑特性和变形特性的影响。分析结果表明:1)轴承油气润滑入口和出口处油气的马赫数超过0.3,对轴承油气润滑流场进行数值模拟,若不考虑空气的可压缩性,轴承温升的数值分析结果偏高,与实验结果相比误差较大;考虑空气的可压缩性,轴承温升的数值分析结果与实验结果相近,有一致的变化趋势。2)轴承油气润滑流场入口、出口处流速较大,小球和保持架附近流速较小;小球间的区域会产生油气涡旋;润滑油主要分布在内、外滚道表面和小球表面,保持架附近润滑油分布较少;轴承腔内部静压压强随供气压力增大而增大;径向载荷和转速的增大使轴承生热量增加,轴承温度升高,增加油气入口数量和增大供气压力使油气的对流换热作用增强,轴承温度降低;油气入口采用对称分布使轴承温度场分布均匀。3)轴承内、外套圈固体域内的温度场受油气润滑流场的温度场影响,具有相似的分布规律,高温区分布在小球与滚道接触区附近,低温区分布在入口附近;轴承摩擦产生的部分热量通过套圈内壁面沿壁面法线方向向外传导、扩散,套圈固体域内的温度场呈放射状分布。4)轴承套圈内温度较高处热变形能较大,温度较低处热变形能小,轴承温度升高使套圈热变形能增加,热应变增大;增加油气入口数量使空气流量增加,轴承温升降低,轴承套圈热变形能减小,热应变减小;油气入口采用轴对称分布时,热变形分量沿垂直对称轴方向相互抵消,套圈总热变形减小。轴承油气润滑流场和流场对轴承套圈热变形的影响的研究,为研究轴承油气润滑提供了有效的方法,对轴承相关参数设计和优化具有一定的参考价值。
【图文】：

高速角接触球轴承油气润滑二相流流固耦合热特性分析8)润滑膜沿厚度方向粘度不变；) 一般形式的雷诺方程体微团定义为与微分无限小含义相同的由大量流体质点组成的质点团，小，相对流体质点足够大，包含大量流体分子，能够被看成是连续介质V，，图 2.1 是直角坐标系下运动的流体微团模型。

高速角接触球轴承油气润滑二相流流固耦合热特性分析环状流的管壁上有一层液膜，中心为气核，气核中带有因气流撕裂管壁液膜小液滴，如图 2.2(e)所示。(6) 弥散流当管道中的含气量继续增加到最大值时，中心气柱直径几乎等于管道直径，完全的雾化，管壁上的液相薄膜也将彻底消失，仅仅存在星星点点的随机分中的液滴随着气柱的流动而流动，如图 2.2(f)所示。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH117.2;TH133.3

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 曾群锋;刘成;张进华;;高速轴承油气润滑系统的研究及应用现状[J];润滑与密封;2015年03期

2 刘成;张进华;闫柯;翟强;曾群锋;;喷嘴结构对高速滚动轴承油气润滑两相流特性的影响[J];润滑与密封;2015年01期

3 王钰德;;轴承套圈热变形原因及应对方法探析[J];中国高新技术企业;2014年32期

4 吕亚国;张美华;刘振侠;胡剑平;;航空发动机轴承腔油气两相流流动数值研究及验证[J];航空动力学报;2014年11期

5 陈薄;陈国定;王涛;;轴承腔中均匀流体/壁面油膜分层流动分析[J];机械工程学报;2014年21期

6 孙启国;周正辉;王跃飞;汪雄师;;油气两相流管道含油率及油膜波动速度实验研究[J];润滑与密封;2014年07期

7 孙恒超;陈国定;陈薄;;泛结构条件下轴承腔油气两相流动的模化方法[J];航空动力学报;2014年08期

8 翟强;朱永生;闫柯;王宁;刘成;王东峰;;高速角接触轴承油气润滑两相流动特性数值研究[J];西安交通大学学报;2014年06期

9 孙启国;王莹;王跃飞;周正辉;汪雄师;;基于ECT对油气润滑中油膜厚度的研究[J];机电产品开发与创新;2014年03期

10 赵静宇;刘振侠;胡剑平;吕亚国;;考虑油气传热传质耦合的轴承腔内壁油膜运动研究[J];推进技术;2014年07期

相关会议论文 前1条

1 蒋书运;;高速滚动轴承油气二相流润滑试验研究[A];2006全国摩擦学学术会议论文集（三）[C];2006年

相关博士学位论文 前3条

1 孟杰;高速电主轴动力学分析与实验研究[D];重庆大学;2008年

2 李强伟;油气两相流流量及相关参数测量研究[D];浙江大学;2007年

3 王微微;气液两相流参数检测新方法研究[D];浙江大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈功;油气润滑高速机械主轴轴承的温度特性研究[D];南京航空航天大学;2016年

2 刘牧原;高速滚动轴承油气润滑实验研究[D];青岛理工大学;2015年

3 姚松亮;油气两相流润滑静压油垫轴承承载机理研究[D];广东工业大学;2015年

4 王跃飞;油气环状流流动和润滑性能的实验与仿真研究[D];北方工业大学;2014年

5 牛鹏;滚动轴承油气两相流润滑特性研究[D];北方工业大学;2012年

6 张永锋;油气润滑系统应用理论与实验研究[D];燕山大学;2011年

7 王斌;油气两相流流型的研究[D];浙江大学;2006年

8 吴建荣;油气润滑系统及其在热轧平整机中应用的研究[D];东北大学;2006年

9 王志坤;高速电主轴滚动轴承油气两相流润滑试验研究[D];东南大学;2005年

10 黄晓明;高速电主轴热态特性的有限元分析[D];广东工业大学;2003年

本文编号：2531978