微接触区滑差影响下滚动轴承热特性研究

发布时间：2020-07-13 12:00

【摘要】：滚动轴承是机械装备中重要基础零部件,主要功能是支撑机械旋转体。相比滑动轴承具有转动摩擦力矩低、轴承变形对载荷变化的敏感性小、润滑方便、互换性好等优点。针对高速轻载工况条件,滚动体打滑将导致轴承套圈滚道摩擦热加剧,这些摩擦热必须有效地从轴承中散热走,否则使轴承系统温度不断上升引发润滑油失效,乃至轴承失效破坏。本文主要考虑将滑差作为输入来研究轴承热特性,推导出带有滑差因子的滚动轴承摩擦热分析模型,进而深入讨论滑差与轴承摩擦生热的影响机理。论文首先推导了滚动轴承简单运动学关系;其次,讨论了不含滑差因子滚动轴承摩擦热的经验计算公式,并分析了圆柱滚子轴承摩擦热随着内圈转速和润滑油运动粘度变化关系;研究表明:在满足润滑质量条件下,尽量选用相同温度条件下运动粘度低的润滑油。从轴承局部热源计算入手引入滑差因子,推导出带有滑差因子滚动轴承摩擦热分析模型;通过有限元软件ANSYS数值仿真轴承组件整体温度场分布;通过热弹流(Thermal EHL)数值分析轴承承载区最大承载滚动体与内圈滚道微接触区局部温度值。研究表明:随着滑差因子、内圈转速和润滑油运动粘度增加,轴承总的摩擦热增加;内圈滚道摩擦热随径向游隙增加小幅度减小,其他接触部位摩擦热基本不变;有限元法和Thermal EHL法分析内圈滚道温度结果大致吻合,温度不超过10℃。以最常用整体法经验公式Palmgren与本文新建的轴承局部摩擦热分析模型对比分析,低速时,整体法和局部法分析结果大致相近,但是随着内圈转速的增加,经验公式计算结果偏低而不适用高速工况。采用MATLAB软件开发带有滑差因子的滚动轴承摩擦热软件,可以获得特定工况条件和轴承几何参数下滚动轴承不同接触部位摩擦热随滑差因子变化曲线和具体热量数值。针对圆柱滚子轴承,设计出测量轴承保持架转速和内圈滚道温度测试试验台。通过试验测试数据和理论计算结果对比,实验值和理论值基本吻合,两者相差均在5℃内,验证了本论文建立的带有滑差因子滚动轴承摩擦热分析模型的合理性,可在适当的精度范围内能够较为近似地估算轴承系统工作温度。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH133.33
【图文】：

热不平衡,保持架,总数,中介轴

西安工业大学硕士学位论文表 1.1 航空发动机主轴轴承失效数据统计分析[2]故障类型后中介轴承/套后轴承/套总数/套百分比/%摩擦磨损 136 84 220 16.96锈蚀锈斑 58 106 164 12.64打滑蹭伤 255 224 479 36.93划伤压坑 95 70 165 12.72疲劳剥落 1 30 31 2.39其他 102 136 238 18.35故障总数 647 650 1297 100

结构图,滑差,研究方案,热特性

但具体打滑和热量之间的定量定性影响机理没有进行深入讨论。在试验方面，国内外学者通过热传感器测量轴承外圈温度来验证理论分析，但是，轴承内圈滚道和滚动体表面无法安装热传感器以致温度无法获取，使得内圈滚道温度理论值无法得到试验验证。本课题主要定量定性讨论在滑差影响下轴承系统的摩擦热和温度场分布规律，推导带有滑差因子滚动轴承摩擦热分析模型，深入讨论滑差因子和滚动轴承摩擦热量之间的影响机理；开发带有滑差滚动轴承热分析模型软件，并且应用有限元法和热弹流法数值计算轴承工作温度场分布，前者侧重于轴承整体温度场分布，后者侧重于承载区滚动体与内圈滚道接触点的局部温度值；设计测量滚动轴承保持架转速和内圈温度试验测试系统，通过试验验证理论模型的有效性。1.3 论文研究的主要内容图 1.2 为微接触区带有滑差滚动轴承热特性研究方案结构图，具体来说，论文的主要研究内容有以下几部分：

运动学关系,圆柱滚子轴承,滚动轴承

运动关系建立滚动轴承滚动体与套圈滚道之间运动关想的，即在滚动体与套圈滚道接触区之间只是滚动，简称滚动轴承纯滚动。本章主要阐述滚动轴承内部简算轴承摩擦热对比分析；并且重点讨论了在纯滚动下内圈转速和润滑油运动粘度下滚动轴承热特性研究。单运动学关系分析低速和中等载荷的情况下，推导滚动轴承简单的运动在推导确定轴承元件之间的简单运动关系之前需采用虑接触变形影响；2）忽略径向游隙的影响；3）滚动，4）不考虑油膜作用[46]。旋转，以短圆柱滚子轴承为例，应用机械原理知识推转角速度和平均速度。滚动轴承简单运动关系见图针转动方向为负。

【参考文献】