高铁轴承试验机陪试轴承散热分析

发布时间：2017-09-19 21:25

  本文关键词：高铁轴承试验机陪试轴承散热分析

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【摘要】：在高铁轴承的国产化进程当中，轴承试验是轴承设计、制造过程中一个不可缺少的环节，高铁轴承试验机为了完成轴承多种工况的实验任务，对试验机中重要支撑部件—陪试轴承的工作状态的稳定性有着更高的要求。试验机在高速重载的工况条件下工作时，陪试轴承的摩擦生热量很大，会导致陪试轴承温升过高，进而影响试验机主轴的稳定性。为解决陪试轴承的发热问题，，本文通过对陪试轴承生热机理、散热方式进行分析，探讨影响轴承发热的主要因素，深入研究陪试轴承的有效散热方式，从而减小陪试轴承在高速重载工况下的温升，提高轴承使用的可靠性。 本文以高铁轴承试验机陪试轴承为研究对象，完成了对陪试轴承的选型，分析了轴承的生热机理及影响轴承生热的因素，并对轴承内部的传热进行分析探讨。建立了试验机支承系统的有限元模型，分析了陪试轴承及支承系统的温度分布状况。同时，根据支承系统的结构特点，在陪试轴承支座上设计沟槽散热系统，实现了对散热沟槽结构的改进，并对改进后的结构进行应力分析，保证其支撑强度。 基于传热学原理，利用数值差分方法建立散热管道流体的简化温度场分析数学模型，通过对散热管道流场速度和温度分布规律的计算分析，得到流场的努赛尔数和表面换热系数随不同参数的变化情况。为了深入研究陪试轴承的散热机理，通过建立完整的管道流体对流散热有限元仿真模型，探讨流体入口速度、初始温度和物性参数对换热的影响规律。 对流场的散热进行模拟试验，验证了理论和仿真分析结果的一致性，保证理论计算分析的可靠性，为高铁轴承试验台的设计提供相关数据参考。 本文经过大量的理论分析与仿真计算，探究出提高陪试轴承散热性能的方式方法。研究结果表明：在陪试轴承支座上设计沟槽散热系统可以有效降低陪试轴承的温升，水冷的效果比油冷更为明显；当流体入口速度达到一定值时，再单纯的提高流体入口速度已不能使对流换热性能得到明显强化；适当降低流体初始温度可以显著提高对流换热的性能。
【关键词】：高铁轴承试验机 陪试轴承 散热分析 数值模拟 对流换热
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U270.33;TH133.3
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.1.1 课题研究背景10
• 1.1.2 课题研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 课题的研究内容13-15
• 1.3.1 课题来源13
• 1.3.2 研究目的和主要内容13
• 1.3.3 课题研究方法13-15
• 第2章 陪试轴承选型及热特性分析15-37
• 2.1 陪试轴承选型15-16
• 2.1.1 陪试轴承选型依据15
• 2.1.2 陪试轴承工况条件15-16
• 2.1.3 轴承基本参数16
• 2.2 摩擦力矩和功率损失16-21
• 2.2.1 轴承摩擦力矩的计算16-20
• 2.2.2 轴承功率损失20-21
• 2.2.3 影响圆柱滚子轴承摩擦力矩的主要因素21
• 2.3 轴承传热基础理论21-23
• 2.3.1 热传导22
• 2.3.2 热对流22-23
• 2.3.3 热辐射23
• 2.3.4 陪试轴承散热模型简化23
• 2.4 轴承传热系统热态特性有限元分析23-30
• 2.4.1 材料的选取及属性参数24-25
• 2.4.2 几何模型的创建25-26
• 2.4.3 边界条件和热载荷26-29
• 2.4.4 结果分析29-30
• 2.5 轴承座散热槽结构设计30-36
• 2.5.1 轴承座承载计算30-31
• 2.5.2 最大支反力P0 的计算31-32
• 2.5.3 接触线长度计算32-33
• 2.5.4 轴承座散热槽结构33-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第3章 槽道对流换热的数值模拟37-55
• 3.1 模型简化和控制方程的建立37-39
• 3.2 对流换热的边界条件39-40
• 3.2.1 流体温度场的边界条件分类39
• 3.2.2 边界条件的确定39-40
• 3.3 对控制方程进行无因次化变换40-41
• 3.4 基本数值方法41-43
• 3.4.1 交错网格法41-42
• 3.4.2 压力修正法42-43
• 3.5 基本控制方程的离散43-48
• 3.5.1 连续方程43-44
• 3.5.2 动量方程44-46
• 3.5.3 能量方程46-48
• 3.6 数值计算结果48-54
• 3.6.1 计算流程图48
• 3.6.2 程序正确性验证48-50
• 3.6.3 数值计算结果50-54
• 3.7 本章小结54-55
• 第4章 轴承散热系统仿真分析55-63
• 4.1 轴承座散热结构流场的仿真分析55-61
• 4.1.1 流场的仿真计算55-57
• 4.1.2 不同流体的仿真结果分析57-58
• 4.1.3 散热与流体初始速度的关系58-59
• 4.1.4 散热与流体初始温度的关系59-60
• 4.1.5 散热与槽道结构的关系60-61
• 4.2 轴承散热系统热分析61-62
• 4.3 本章小结62-63
• 第5章 槽道散热性能模拟试验研究63-69
• 5.1 试验目的63
• 5.2 试验设计63-65
• 5.2.1 试验方法和试验设备63-65
• 5.2.2 试验过程65
• 5.3 试验结果及分析65-68
• 5.3.1 轴承温升测试65-66
• 5.3.2 水冷和油冷散热效果对比66-67
• 5.3.3 流体速度对散热的影响67-68
• 5.3.4 试验结论68
• 5.4 本章小结68-69
• 第6章 结论和展望69-71
• 6.1 结论69
• 6.2 展望69-71
• 参考文献71-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间的研究成果75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：884008