基于滚动轴承动力学的热弹流研究

发布时间：2017-05-21 11:01

  本文关键词：基于滚动轴承动力学的热弹流研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：过去对热弹流润滑的研究和轴承的热分析多是相互独立进行的。热弹流润滑的研究多局限于单个的点接触或线接触，很少考虑轴承的尺寸参数、动力学和运转工况；在实际轴承的功率损失和温度计算分析中，由于数值计算的复杂性，只是采用简化计算，多数不进行完全热弹流润滑数值分析。本文基于滚动轴承拟动力学分析，将其与热弹流润滑计算模型结合，对高速角接触球轴承中的功率损失和温度进行了研究。论文主要内容和结论如下： 在假设弹流润滑中沿膜厚方向上温度分布为抛物线形的基础上，结合简化能量方程和点热源积分法建立了热混合润滑计算模型，求得了油膜以及接触界面的温度场。模型中同时考虑了对流散热、传导散热、压缩发热和剪切发热对温度场的影响。当卷吸速度较低时，对流散热和压缩发热对温度分布无明显影响；随着卷吸速度的增大，对流散热和压缩发热对温度分布逐渐产生影响，且主要影响入口处温度分布；表面粗糙度引起接触区压力和温度显著波动。 考虑自旋运动和非牛顿效应建立了热弹流计算模型，发展了有效求解算法，研究了自旋运动对热弹流润滑的影响。结果表明，由于自旋角速度的存在，温度场和油膜厚度都受到了显著影响，自旋运动对油膜中间层温度的影响和滑滚比大小有关。 将轴承拟动力学模型和非牛顿自旋热弹流计算模型相结合，研究了高速角接触球轴承中的功率损失和接触区温度分布。结果表明：轴承不同位置处，钢球和滚道接触点的滑滚比和最大赫兹接触压力都会影响滑动功率损失，，钢球和滚道接触点的自旋角速度和最大赫兹接触压力都会影响自旋功率损失；轴承的转速，所承受的载荷直接影响轴承的功率损失和温升。在高速下，自旋成为热效应的主要因素。 基于红外热成像技术，搭建了弹流润滑测温实验台，实现了对接触区温度的实时测量。接触区盘表面温度实验值和理论计算值吻合较好，验证了建立的热弹流混合润滑模型。
【关键词】：温度 非牛顿热弹流 自旋 拟动力学分析 功率损失 红外测温
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-12
• 注释表12-16
• 第1章 绪论16-25
• 1.1 研究背景和意义16-17
• 1.2 研究现状及发展趋势17-23
• 1.2.1 滚动轴承的力学分析模型研究现状17-19
• 1.2.2 热弹流研究现状及发展趋势19-22
• 1.2.3 接触区温度测量法研究现状及发展趋势22-23
• 1.3 论文的主要研究内容23-25
• 第2章 基于移动点热源积分法的弹流润滑温度场计算25-43
• 2.1 数学模型25-31
• 2.1.1 流体润滑区压力和固体接触区压力25-26
• 2.1.2 膜厚方程26
• 2.1.3 载荷方程26-27
• 2.1.4 黏度与压力、温度的关系27
• 2.1.5 密度与压力、温度的关系27
• 2.1.6 能量方程27-30
• 2.1.7 温升30-31
• 2.2 基本方程无量纲化31-33
• 2.2.1 无量纲 Reynolds 方程32
• 2.2.2 无量纲膜厚方程32
• 2.2.3 无量纲载荷平衡方程32
• 2.2.4 无量纲黏度公式32
• 2.2.5 无量纲密度公式32-33
• 2.2.6 无量纲能量方程33
• 2.2.7 无量纲温升方程33
• 2.3 数值计算方法33
• 2.4 差分格式33-35
• 2.5 计算流程35-36
• 2.6 模型验证36-38
• 2.7 计算结果与分析38-42
• 2.7.1 对流散热和压缩发热的影响38
• 2.7.2 表面粗糙度的影响38-40
• 2.7.3 温度反求计算40-42
• 2.8 本章小结42-43
• 第3章 考虑自旋的非牛顿流体热弹流润滑分析43-59
• 3.1 物理模型43-44
• 3.2 基本方程44-47
• 3.2.1 Ree-Eyring 流变模型44
• 3.2.2 Reynolds 方程44-45
• 3.2.3 能量方程45-47
• 3.3 基本方程无量纲化47-48
• 3.3.1 无量纲能量方程48
• 3.3.2 无量纲温升48
• 3.4 数值计算方法48-49
• 3.5 模型验证49-50
• 3.6 计算结果与分析50-58
• 3.6.1 自旋角速度的影响50-54
• 3.6.2 载荷的影响54-56
• 3.6.3 滑滚比的影响56-57
• 3.6.4 润滑油非牛顿特性的影响57-58
• 3.7 本章小结58-59
• 第4章 高速球轴承拟动力学分析59-72
• 4.1 轴承元件的运动和速度59-62
• 4.1.1 轴承的运动分析59-60
• 4.1.2 滚动体的公转和自转角速度60-61
• 4.1.3 滚动体相对于滚道的自旋分量和滚动分量61-62
• 4.1.4 滚动体相对于滚道的滑动速度62
• 4.2 滚道控制理论和姿态角62-63
• 4.3 高速球轴承的传统拟动力学模型63-67
• 4.3.1 滚动体的受力平衡方程63-67
• 4.3.2 轴承受力平衡方程67
• 4.4 拟动力学模型67-71
• 4.4.1 自转姿态角67-69
• 4.4.2 滚动体受力平衡方程69-70
• 4.4.3 轴承受力平衡方程70
• 4.4.4 计算流程图70-71
• 4.5 本章小结71-72
• 第5章 考虑滚动轴承动力学的热弹流润滑研究72-80
• 5.1 轴承功率损失计算72
• 5.2 计算结果与分析72-78
• 5.2.1 不同位置的影响73-76
• 5.2.2 载荷的影响76
• 5.2.3 轴承转速的影响76-78
• 5.3 本章小结78-80
• 第6章 热弹流温度场实验研究80-87
• 6.1 实验装置80-82
• 6.2 实验步骤82-83
• 6.3 实验结果与分析83-86
• 6.3.1 载荷的影响84-85
• 6.3.2 卷吸速度的影响85
• 6.3.3 滑滚比的影响85-86
• 6.4 本章小结86-87
• 结论87-90
• 主要结论87-88
• 创新性88-89
• 展望89-90
• 参考文献90-95
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单95-96
• 致谢及校对报告96

【参考文献】

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  本文关键词：基于滚动轴承动力学的热弹流研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：383422