集成力学与弹流理论的轴承喷油润滑流动与热分析研究

发布时间：2020-06-11 03:52

【摘要】：轴承力学与润滑研究多为单独开展研究,较少将两者相结合,无法获得从接触界面出发的压力场分布、膜厚分布及温度场分布,影响了轴承摩擦生热计算的准确性,对温度场边界条件的计算产生影响。考虑到航空轴承重载高速的严苛工况,目前基于狭窄工况或经验公式的摩擦热源计算方法无法满足高性能轴承的分析及设计需求,基于此,本文将力学模型与弹流润滑模型相结合,对喷油润滑角接触球轴承进行流场及温度场仿真分析,为航空轴承的喷油润滑参数设计及生热散热机理研究提供分析方法。首先,建立了考虑油膜作用的角接触球轴承拟静力学模型,采用牛顿-拉夫森法获得载荷分布及运动参数,且分析工况及结构参数对其影响规律;将计算结果与不考虑油膜作用的拟静力学、动力学计算结果进行了对比分析,验证了该方法的有效性;同时,讨论了含气泡的油膜厚度计算方法,表明对轴承力学分布的影响较小。然后,推导了含气率对椭圆等温接触润滑性能的影响规律;采用二维数字滤波法模拟高斯粗糙表面,与确定性模型对比分析;将高斯表面粗糙度代入膜厚方程,建立考虑自旋速度及高斯粗糙表面的热弹流润滑模型,采用多重网格积分法、渐进网格加密法等对偏微分方程组进行求解,分析表面粗糙度、工况参数及滑油参数对角接触球轴承润滑性能的影响。再者,建立了角接触球轴承喷油润滑轴承腔流体域模型,研究了流场边界条件的选择方法,分析喷油速度、喷嘴数量、喷嘴位置、转速对流场内部润滑油体积、压力分布及速度分布的影响,且对流场的影响参数进行灵敏度分析。最后,基于力学分析得到的轴承载荷分布和速度参数,以及弹流润滑得到的摩擦系数与切应力,采用局部生热法对角接触球轴承摩擦生热进行计算,将热源作为边界条件输入轴承喷油润滑温度场模型,获得不同喷油速度、喷嘴数量、喷嘴位置、滑油参数情形下的轴承温度场分布,且对其影响规律进行了分析。
【图文】：

路线图,研究技术,路线

南京航空航天大学硕士学位论文考虑油膜作用的角接触球轴承拟静力学模型，研究润滑油含气率对轴承步研究不同工况及结构参数对角接触球轴承速度参数及受载情况的影响等温椭圆接触润滑模型，研究不同的润滑油含气率对润滑膜厚、压力分间序列的二维数字滤波法模拟高斯粗糙表面，并与确定性粗糙度模型进相关参数对高斯粗糙表面的影响；进一步将粗糙表面代入考虑自旋及热流润滑模型中，研究不同的粗糙度参数及轴承工况对角接触球轴弹流润比分析研究。角接触球轴承三维模型及喷油润滑轴承腔流体域模型，研究不同的喷油体域润滑油含量、压力及速度分布的影响。静力学计算得到的载荷与速度参数及弹流润滑计算得到摩擦系数为基础角接触球轴承的摩擦生热量，并以体热源施加在轴承的内、外圈及滚动及喷嘴参数对轴承腔流体域温升的影响，为轴承的润滑散热性能研究提此本文研究路线如图 1.1 所示。

角接触球轴承,几何参数

避免轴承提前失效。在设计轴承结构及制造轴承时，为提前了解其润滑性能及对测，需要先对其进行模拟仿真，建立较为精确的模型是必要的前提，，模型建立后受力及运动分析，进而分析轴承在不同工况参数下，准确的预测轴承的受载及运的研究提供较为准确的参数。章主要是基于赫兹接触理论、外圈沟道控制理论、受载分析以及滚动轴承的运动接触球轴承的受力平衡方程组，采用牛顿-拉夫森法求解非线性方程组，获得轴承运动状态，在此基础上研究工况参数对角接触球轴承载荷分布及运动状态的影响接触球轴承结构参数计算方法接触球轴承在自由状态时，滚动体与内、外沟道接触于一点，都属于点接触，可无限大平面接触。因此可采用 Herzt 点接触理论来求解角接触球轴承的接触载荷，而 Herzt 点接触理论的运用，又需要角接触球轴承的基本参数为前提。 2.1 为忽略了游隙的角接触球轴承结构示意图，0 为角接触球轴承不受载荷时的轴承节圆直径等于内外滚道直径的平均值，有：dm=0.5(di+do) di为角接触球轴承内圈直径，mm，do为角接触球轴承外圈直径，mm。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V229.2

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