深沟球轴承热特性分析及试验研究

发布时间：2017-04-07 10:07

  本文关键词：深沟球轴承热特性分析及试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：深沟球轴承广泛应用于各类机械部件中,为齿轮及其他转动体支撑运转,在提高机械零部件效率方面发挥着重要的作用。轴承的实际工作环境比较复杂,高载荷、高转速对轴承的可靠性有重要影响。轴承在运转过程中由于内部零件间的摩擦及外加载荷的作用将生成大量的热量,当散热速率慢于生热速率,轴承中将会聚集较多的热量,从而影响润滑脂润滑特性,进而降低轴承寿命。相比较于国外轴承产品,国内轴承的寿命较低。本文主要采用仿真计算及试验分析相结合的方式,研究轴承的热特性。本文在前人研究的基础上,主要探讨以下几个方面的内容:基于赫兹点接触理论,完成深沟球轴承的接触分析,在此基础上对轴承的运动及承载状态下的特征进行分析,从而为轴承的发热量分析奠定基础。具体分析各种生热模型,并结合深沟球轴承的特点,通过数学计算软件设计出相应的计算程序,计算不同载荷、转速下轴承的生热率。根据轴承的结构特点,结合传热学理论,划分相应的网络节点,根据热传递网络建立轴承的热传递路径,结合合适的对流换热计算模型,计算出轴承的温度场分布。通过有限元法分析轴承的温度分布特性。根据有限元分析方法的具体步骤,模拟出轴承在有、无密封圈状态下,轴承的温度场情况,初步分析出密封圈对温升的影响。对轴承进行热耦合分析,模拟温度变化对轴承热变形的影响。同时研究了转速、对流换热系数对温升的影响。搭建轴承温升试验平台,采用红外成像系统分析密封圈、注脂量、载荷、转速对轴承温升的影响程度,结果显示轴承的密封圈对轴承的温升影响较大,在不同的润滑粘度下轴承的温升不同。将有限元分析结果与试验情况相对比,二者具有较高的吻合度。最后,在现有分析的基础上,总结出当前研究的不足,并指出未来的研究方向。
【关键词】：深沟球轴承 热分析 有限元 试验研究
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.33
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstracts7-15
• 1 绪论15-23
• 1.1 课题背景与意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-21
• 1.2.1 滚动轴承生热研究16-18
• 1.2.2 滚动轴承热分析研究18-21
• 1.3 研究现状的总结21-22
• 1.4 论文主要研究内容22
• 1.5 本章小结22-23
• 2 滚动轴承接触理论及动力学分析23-37
• 2.1 引言23
• 2.2 轴承的基本结构计算23-26
• 2.2.1 轴承基本参数23-25
• 2.2.2 轴承主曲率与曲率差函数25-26
• 2.3 轴承赫兹接触理论计算和分析26-32
• 2.3.1 点接触理论26-30
• 2.3.2 赫兹线接触理论30-32
• 2.4 轴承承载动力学分析32-36
• 2.4.1 轴承的负荷分布特征：32-34
• 2.4.2 球轴承承载动力学分析34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 3 深沟球轴承生热、传热研究及热传递网络模型37-51
• 3.1 引言37
• 3.2 轴承生热量计算模型37-40
• 3.2.1 滚动轴承摩擦力矩的近似计算模型37-38
• 3.2.2 Palmgren生热量计算模型38-39
• 3.2.3 Harris经验公式39
• 3.2.4 轴承生热量分配39-40
• 3.2.5 轴承发热量总结40
• 3.3 生热量计算界面设计40-42
• 3.3.1 Matlab GUI界面40
• 3.3.2 深沟球轴承生热计算40-41
• 3.3.3 生热数据分析41-42
• 3.4 热网络节点划分42-47
• 3.4.1 热传递阻值分析42-43
• 3.4.2 轴承热阻分析43-45
• 3.4.3 热分析示意图45-47
• 3.5 节点温度场求解47-50
• 3.5.1 热网络方程组47-48
• 3.5.2 热网络中的热阻计算48-49
• 3.5.3 热分析程序求解界面49-50
• 3.5.4 热分析结果50
• 3.6 本章小结50-51
• 4 基于ANSYS Workbench的轴承温度场及热应变耦合分析51-64
• 4.1 引言51
• 4.2 ANSYS workbench有限元分析基本理论51-54
• 4.2.0 有限元理论51-52
• 4.2.1 热分析简介52
• 4.2.2 热分析相关理论52-54
• 4.3 轴承稳态温度场仿真分析过程54-62
• 4.3.1 有限元模型的建立55-56
• 4.3.2 轴承有限元仿真过程56-59
• 4.3.3 轴承温度场结果分析59-62
• 4.4 温升影响因素的分析62-63
• 4.5 本章总结63-64
• 5 深沟球轴承温度场试验研究64-78
• 5.1 引言64
• 5.2 轴承温升试验方案64-66
• 5.2.1 试验目的64
• 5.2.2 试验原理64-65
• 5.2.3 试验装置65-66
• 5.3 试验步骤66-67
• 5.4 试验结果分析67-77
• 5.4.1 密封圈对温升的影响67-71
• 5.4.2 径向载荷对温升的影响71-72
• 5.4.3 注脂量对轴承温升的影响72-74
• 5.4.4 轴承瞬态温升74-76
• 5.4.5 仿真与试验数据的对比76-77
• 5.5 本章小结77-78
• 6 总结与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-83
• 作者简历83

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