车辆传动高速球轴承非等温两相流场及传热研究

发布时间：2017-05-02 16:18

  本文关键词：车辆传动高速球轴承非等温两相流场及传热研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着车辆传动装置向着高功率密度的方向发展,轴承的转速在不断升高,相应产生大量的热,引起轴承温升的增加,进而影响轴承的工作性能和使用寿命。因此,为了更合理的控制球轴承的温升,我们需要对球轴承的非等温两相流动特性有更深入的了解。针对喷油润滑高速球轴承非等温两相流动的问题,开展喷油润滑球轴承非等温两相流动特性、参数影响规律和球轴承两相流动试验研究。本文首先建立了轴承内腔两相流场及包含轴、轴承座、轴承内外圈、保持架及滚动体的固体区域的耦合传热模型,引入MRF方法解决了相对运动表面数值传递的问题,两相流模型采用VOF模型,通过数值计算得到喷油润滑下轴承的非等温流动特性,并提出了一种简化的轴承平均温度的理论计算方法。轴承内圈的温度要高于外圈温度,且内圈温度周向较为均匀,球轴承内部流场及轴承外圈的温度分布与油气分布呈现负相关关系,润滑油含量越多的地方温度越低,因而轴承内部流场及轴承外圈的温度周向分布并不均匀,在喷嘴附近轴承内部流场的温度最低,沿旋转方向温度逐渐增加,在旋转到另一侧靠近喷嘴处温度又有所下降。在球轴承耦合传热数值模型的基础上,通过建立不同参数包括轴承工作转速、喷油流量、喷嘴数目和喷油速度的传热模型,对各参数下的喷油润滑球轴承的非等温两相流动特性展开深入研究,得到各参数的影响规律。轴承温度会随工作转速的升高而升高,流场流动的平均速度和搅油扭矩同样随转速增加而增加,内部流场含油率最高的位置在喷嘴附近,但当转速变化时,含油率最高的位置沿旋转方向移动,当转速增大时,轴承内部油气分布的不均匀程度减弱,外圈温度更加均匀;轴承温度随润滑油流量的增加而下降。外圈温度随喷油流量的变化相对内圈温度的变化不显著;轴承的温度随喷嘴数目的增加而降低,多喷嘴喷油润滑的球轴承内部流场油气分布在轴承周向上随喷嘴数目的变化呈现周期性的分布规律,在每个分布周期内油气分布与单喷嘴时相似,因而外圈和流场的温度分布呈现相似的规律,搅油扭矩同样随着喷嘴数目在上升;喷油速度越高,轴承的温度也会越高。通过改变喷油速度并不能有效的改善含油率最低的位置的润滑油含量。对轴承非等温两相流动特性影响参数的研究,为高速轴承的精确润滑提供了参考依据。最后,本文借助于UMT摩擦机,进行改造安装了试验轴承及喷油润滑系统。利用单反相机得到不同参数流场的流型,对数值计算进行了验证。同时利用自带扭矩传感器测得轴承摩擦转矩,并得到其随各喷油参数及轴承工作转速的变化规律。
【关键词】：高速球轴承 两相流动 流型 耦合传热 数值模拟
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 课题背景及意义11
• 1.2 国内外研究现状11-19
• 1.2.1 滚动轴承喷油润滑研究现状11-12
• 1.2.2 两相流动研究现状12-16
• 1.2.3 滚动轴承摩擦生热研究16-17
• 1.2.4 滚动轴承传热研究17-19
• 1.3 本文的主要研究内容19-20
• 第2章 喷油润滑球轴承非等温两相流动特性研究20-46
• 2.1 球轴承流固耦合传热20-22
• 2.2 球轴承流固耦合传热数值模型22-31
• 2.2.1 控制方程22-24
• 2.2.2 两相流模型24-25
• 2.2.3 湍流模型25-26
• 2.2.4 网格模型26-28
• 2.2.5 数值计算方法28
• 2.2.6 边界条件设置28-30
• 2.2.7 收敛条件30-31
• 2.3 球轴承产热31-33
• 2.4 球轴承流固耦合传热数值计算结果与分析33-44
• 2.4.1 球轴承流固区域温度场分析33-40
• 2.4.2 球轴承两相润滑温度估算40-44
• 2.5 本章小结44-46
• 第3章 喷油润滑球轴承非等温两相流动特性的参数影响规律46-73
• 3.1 转速对球轴承非等温两相流动特性的影响46-51
• 3.1.1 转速对球轴承两相流场的影响46-49
• 3.1.2 转速对球轴承温度场的影响49-51
• 3.2 喷油流量对球轴承非等温两相流动特性的影响51-55
• 3.2.1 喷油流量对球轴承两相流场的影响51-54
• 3.2.2 喷油流量对球轴承温度场的影响54-55
• 3.3 喷嘴数目对球轴承非等温两相流动特性的影响55-60
• 3.3.1 喷嘴数目对球轴承两相流场的影响55-58
• 3.3.2 喷嘴数目对球轴承温度场的影响58-60
• 3.4 喷油速度对球轴承非等温两相流动特性的影响60-64
• 3.4.1 喷油速度对球轴承两相流场的影响60-62
• 3.4.2 喷油速度对球轴承温度场的影响62-64
• 3.5 参数的灵敏度分析64-71
• 3.5.1 各参数对球轴承两相流场的灵敏度分析64-69
• 3.5.2 各参数对球轴承温度场的灵敏度分析69-71
• 3.6 本章小结71-73
• 第4章 喷油润滑球轴承两相流动试验73-85
• 4.1 喷油润滑球轴承两相流动试验原理74-75
• 4.2 喷油润滑球轴承两相流动试验设备75-78
• 4.3 试验结果及分析78-83
• 4.3.1 两相流动油气分布78-81
• 4.3.2 球轴承摩擦力矩81-83
• 4.4 本章小结83-85
• 总结85-88
• 参考文献88-92
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单92-93
• 致谢93-94

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