基于热机耦合模型的球轴承接触特性数值仿真

发布时间：2020-03-26 06:59

【摘要】： 滚动轴承具有摩擦力矩低、功率损耗小、维护方便、寿命长等特点,是应用极为广泛的重要机械基础件。随着工业技术的高速发展,对滚动轴承性能提出了愈来愈高的要求。而滚动轴承热流耦合、热机耦合以及动力分析方面的研究还处于起步阶段,是目前研究的热点。论文课题来源于国家自然科学基金项目。将流体力学、传热学、接触力学、结构动力学等理论相结合,针对高速滚动轴承系统,对轴承的多体静力接触、接触传热、动力接触等特性进行研究。本文的主要研究工作如下: ①探讨了滚动球轴承接触分析模型不同网格划分形式对计算结果的影响;通过滚动球轴承多体静力接触有限元分析,得到了径向载荷作用下的位移场、应力场和应变场。 ②针对单个滚动体与滚道的接触模型,应用APDL编写了滚道曲率优化设计的命令流文件。在满足强度的前提下,采用一阶优化方法对滚动球轴承滚道曲率进行了优化设计,使其受载时的弹性变形有所减小。 ③建立了滚动球轴承内腔润滑油热流耦合有限元模型,分析得到了流体的温度场及速度场的分布云图。将得到的热边界条件,结合结构力学边界条件,建立了热机耦合模型,对滚动轴承进行了接触特性数值仿真,得到了滚动体与套圈间的接触应力、变形以及轴承温度场。与未考虑温度时分析结果比较,轴承自身摩擦发热对滚动球轴承的变形及接触应力有较大影响。 ④综合考虑轴承径向载荷及转速的影响,应用ANSYS/LS-DYNA软件建立了滚动球轴承多体动力接触有限元模型;用显式动力学有限元法对内圈施加不同转速时的滚动球轴承进行动力接触分析,得出了滚动球轴承运转过程的动态响应及滚动体的应力分布。 ⑤应用Java及ANSYS/APDL语言开发了集参数化造型、网格划分、边界条件设置、图形显示于一体的滚动球轴承建模和分析程序。可以方便、快捷地建立参数化有限元模型,给合ANSYS有限元分析软件对滚动球轴承进行静力接触分析、热机耦合分析和动力接触分析,得到合理的计算结果。
【图文】：

示意图,模型,示意图,外滚道

触部分进行了局部细化。在计算精度基本一样的情况下，，两种模型显著不同，其中模型 2 的规模小，见表 2.2。表 2.1 滚动轴承参数Table 2.1 The parameters of rolling bearing SKF6206描述数值单位轴承宽度 16.0 mm滚动体直径 9.525 mm轴承内径 30.0 mm轴承外径 62.0 mm内滚道直径 40.7 mm轴承直径 46.0 mm外滚道直径 52.8 mm内滚道曲率半径 4.905 mm外滚道曲率半径 4.905 mm滚动体数目 9

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泊松比 ν=0.3。本文选用 8 节点 SOLID185 单元采用映射网格的方法进行网格划分，建立图 2.3 和图2.4 所示的两种模型。模型 1 采用了较密的单元划分网格。模型 2 的网格划分较粗，但对接触部分进行了局部细化。在计算精度基本一样的情况下，两种模型的计算规模却显著不同，其中模型 2 的规模小，见表 2.2。表 2.1 滚动轴承参数Table 2.1 The parameters of rolling bearing SKF6206符号描述数值单位B 轴承宽度 16.0 mmD 滚动体直径 9.525 mmDi轴承内径 30.0 mmDo轴承外径 62.0 mmdi内滚道直径 40.7 mmdm轴承直径 46.0 mmdo外滚道直径 52.8 mmri内滚道曲率半径 4.905 mmre外滚道曲率半径 4.905 mmZ 滚动体数目 9图 2.3 模型 1 示意图Fig.2.3 Schematic model 1
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH133.33

【参考文献】