基于红外测温方法的关节轴承摩擦温度场研究

发布时间：2017-08-12 15:07

  本文关键词：基于红外测温方法的关节轴承摩擦温度场研究

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【摘要】：本文在HDM-20端面磨损试验机的试验参数基础上,选择适当尺寸的推力型和角接触型关节轴承为试验对象并设计了试验用夹具。试验过程中实时测量各工况下的摩擦力矩,使用红外热像仪拍摄摩擦过程中轴承侧表面温度分布,使用红外探头直接测量轴承摩擦面的实时温度。同时开发了传感器与计算机的高速通讯程序,实现温度的自动测量、曲线显示和数据保存。 温度场建模过程中,首先分析了轴承在轴向载荷下的接触应力,并根据试验所得摩擦力矩反推出动态摩擦系数,再结合接触应力及摩擦系数求出摩擦热流率。使用APDL语言对ANSYS软件进行二次开发,实现结构场与温度场的间接顺序耦合,进行了轴承非定常温度场有限元分析,最后检验了仿真结果的可靠性。 仿真与试验结果表明：(1)该温度场计算模型解决了球面摩擦副摩擦系数的精确计算和热流率的时间-空间分配问题；(2)建模时忽略轴承球面间隙会直接影响接触应力分布的计算结果并造成温度场分布出现较大误差,考虑球面间隙可以得到更精确的轴承摩擦温度场；(3)轴向载荷下推力和角接触关节轴承的摩擦热集中在球面的底端产生,而轴承外壁与摩擦面存在较大的温差,因此根据轴承外表面温度判定轴承是否失效的传统测量方法也有待改进。
【关键词】：关节轴承 球面间隙 接触应力 温度场 红外测量 有限元
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-23
• 1.1 引言16-17
• 1.2 摩擦温度场国内外研究现状17-19
• 1.3 关节轴承摩擦温度场国内外研究现状19-21
• 1.4 课题研究意义及研究方法21
• 1.5 本文主要研究内容21-23
• 第二章 摩擦温度场理论及红外测量23-35
• 2.1 摩擦生热理论23-25
• 2.1.1 滑动摩擦热源理论23
• 2.1.2 摩擦热的传导23-24
• 2.1.3 导热问题边界条件24
• 2.1.4 试验中热传递方式24-25
• 2.2 温度场的有限元计算25-28
• 2.2.1 有限元方法的演变25-26
• 2.2.2 有限元处理过程26-27
• 2.2.3 有限元软件27-28
• 2.3 温度场的测量28-34
• 2.3.1 红外测温原理28
• 2.3.2 红外探头28-32
• 2.3.3 红外热像仪32-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 关节轴承摩擦生热试验35-45
• 3.1 试验装置设计35-37
• 3.1.1 试验机的选型35-36
• 3.1.2 试样选择及夹具改装36-37
• 3.2 试验原理37-38
• 3.3 发射率的标定38-41
• 3.3.1 标定方法38-40
• 3.3.2 标定结果40-41
• 3.4 试验过程41-42
• 3.4.1 试验步骤41
• 3.4.2 试验方案41-42
• 3.5 实验结果42-44
• 3.5.1 轴承摩擦力矩42-43
• 3.5.2 轴承磨痕图43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 轴承瞬态温度场的建模及边界条件45-58
• 4.1 摩擦热计算难点45
• 4.2 摩擦热问题求解45-46
• 4.3 球面曲率半径测量46-47
• 4.4 接触应力47-51
• 4.4.1 球面间隙建模48-50
• 4.4.2 接触参数设置50-51
• 4.5 摩擦系数的反推51-52
• 4.6 摩擦热流率的计算52-53
• 4.7 模型边界条件53-55
• 4.7.1 对流散热53-54
• 4.7.2 对流换热计算54-55
• 4.8 温度场计算流程55-57
• 4.9 本章小结57-58
• 第五章 数值计算与试验结果分析58-69
• 5.1 建模尺寸对温度场的影响58-62
• 5.1.1 球面间隙处理58
• 5.1.2 建模与试验条件58-59
• 5.1.3 接触应力分布对比59
• 5.1.4 摩擦系数及热流率对比59-60
• 5.1.5 温度分布对比及验证60-62
• 5.2 分析结果验证62-65
• 5.2.1 推力轴承温度场验证62-63
• 5.2.2 角接触轴承温度场验证63-64
• 5.2.3 误差分析64-65
• 5.3 轴承摩擦温度场分布规律65-67
• 5.3.1 推力关节轴承温度65-66
• 5.3.2 角接触关节轴承温度66-67
• 5.4 轴承摩擦面与外表面温差67-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 课题总结69-70
• 6.2 课题展望70-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况74

【参考文献】

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本文编号：662207