滚动轴承外圈热误差分析

发布时间：2017-04-24 09:11

  本文关键词：滚动轴承外圈热误差分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：滚动轴承作为旋转机构中的重要支撑件,结构简单,载荷性能良好、替换性强等特点,得到了广泛的应用。滚动轴承在运转过程中,轴承组件(内外圈、滚珠、保持架以及密封圈等)间相互摩擦生热,以及润滑油搅拌热等,导致轴承各组件温度升高,形状尺寸发生变化,从而影响轴承的精度和寿命。针对滚动轴承的受热变形这个现象,根据相关知识,建立轴承外圈的合理温度场模型,分析轴承的传热方式,探究其形状的改变量。本文针对滚动轴承外圈的热误差研究的主要内容:(1)简单介绍了轴承分析理论和轴承力学分析模型,采用Hertz弹性接触理论,分析轴承在静载作用下,滚道和滚珠在接触区域的应力应变关系,并且推导出了轴承径向和轴向计算公式。(2)分析了轴承组件间的接触模型类型,推导出了摩擦力矩导致的热量损失计算公式。对轴承外圈的温度场进行了建模分析,通过分离变量法,结合贝塞尔函数的求解,得到了轴承外圈温度场的精确解。(3)通过分析轴承系统中的不同形式的热传递,推导出轴承组件的热阻抗模型,建立了轴承系统温度节点热阻抗网络方程,从而对轴承外圈的节点温度进行求解。(4)通过仿真软件ANSYS Workbench,对轴承外圈的温升特点进行了仿真分析,在在实验平台上,以深沟球轴承61816和角接触球轴承7024C为实验对象,测得外圈温升数据和应变量,对比试验结果,得出结论。通过上述研究得到,深沟球轴承61816在轻载中低速工况条件下,在径向载荷一定时,轴承外圈温升随着转速的增大,温升持续增大,并呈现一定的线性关系;而角接触球轴承7024C,在重载中高速阶段,径向载荷一定时,轴承外圈温升并不是随着转速的增大而持续增大,在径向载荷力大于600N,转速大于在4500r/min时,外圈温升将会出现波动。通过弹性热应力理论,在实验的基础上,对比试验结果,理论得出的热误差比试验要小,差值控制在(10~60)-10~6。
【关键词】：滚动轴承外圈 数学建模 有限元仿真 热误差分析
【学位授予单位】：中国计量大学
【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
• abstract7-14
• 1 引言14-18
• 1.1 背景14
• 1.2 滚动轴承热误差发展现状14-16
• 1.3 研究内容16-17
• 1.4 本章小结17-18
• 2 滚动轴承的静载基础分析18-25
• 2.1 滚动轴承的经典理论介绍18-19
• 2.1.1 Hertz弹性理论模型18-19
• 2.1.2 刚性套圈假设理论19
• 2.1.3 套圈控制理论19
• 2.1.4 弹性流体动力润滑理论19
• 2.2 Hertz接触理论19-22
• 2.3 线接触22-23
• 2.4 轴承径向位移和轴向位移23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 滚动轴承外圈温度场分析25-32
• 3.1 滚动轴承的摩擦介绍25-26
• 3.1.1 接触变形导致的摩擦25
• 3.1.2 弹性滞后导致的摩擦25
• 3.1.3 微观滑动摩擦25-26
• 3.2 轴承的摩擦生热分析26-27
• 3.2.1 摩擦力矩计算公式26-27
• 3.3 轴承外圈温度场建模分析27-31
• 3.3.1 轴承外圈温度场理论建模27-29
• 3.3.2 轴承外圈温度场的求解29-31
• 3.4 本章小结31-32
• 4 滚动轴承的热特性分析32-40
• 4.1 概述32-33
• 4.2 热传递分析33-34
• 4.2.1 热传导33
• 4.2.2 热对流33-34
• 4.3 轴承系统的传热分析34-38
• 4.3.1 热阻分析法35-38
• 4.3.2 有限差分法38
• 4.4 轴承系统热阻法温度场求解38-39
• 4.5 本章小结39-40
• 5 滚动轴承的热变形仿真研究40-62
• 5.1 热变形理论基础40-43
• 5.1.1 热应力40-41
• 5.1.2 热弹性力学的基本方程41-43
• 5.2 轴承外圈的仿真研究43-51
• 5.2.1 球轴承模型的创建43-44
• 5.2.2 材料属性设置44
• 5.2.3 球轴承的网格划分44-47
• 5.2.4 仿真结果分析47-51
• 5.3 实验分析51-61
• 5.3.1 试验台简介51
• 5.3.2 轴承外圈温升实验结果分析51-61
• 5.4 本章小结61-62
• 6 总结与展望62-64
• 6.1 全文总结62-63
• 6.2 不足与展望63-64
• 参考文献64-67
• 作者简介67

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