【摘要】：基于球軸承擬靜力學(xué)模型,考慮潤(rùn)滑油流變特性、熱源和結(jié)構(gòu)尺寸隨溫度的時(shí)變特性。利用熱網(wǎng)格法建立了高速球軸承瞬態(tài)熱計(jì)算模型,通過求解熱平衡方程得到軸承瞬態(tài)變化特性,研究了工況參數(shù)對(duì)軸承生熱量、溫度和熱誘導(dǎo)載荷的影響規(guī)律,為高速球軸承潤(rùn)滑參數(shù)選取、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、熱失效機(jī)理和故障分析提供了理論依據(jù)。結(jié)果表明:內(nèi)圈轉(zhuǎn)速和軸向載荷的變化均對(duì)軸承的熱平衡溫度和熱誘導(dǎo)載荷有顯著影響;適當(dāng)降低潤(rùn)滑油的黏度、增大空氣的對(duì)流系數(shù)有利于減小軸承熱誘導(dǎo)載荷;預(yù)測(cè)結(jié)果和文獻(xiàn)測(cè)試結(jié)果吻合較好。
【圖文】：

ωsi(2)保持架與引導(dǎo)套圈間滑動(dòng)摩擦生熱量Qc=0．5DcFcωc(3)球公轉(zhuǎn)引起的攪油生熱量:Qd=∑Ni=1Fdωmdm2(4)式中:下標(biāo)i、o和c分別代表軸承內(nèi)圈、外圈和保持架;a為接觸長(zhǎng)半軸;b為接觸短半軸;v為滾子滾道間相對(duì)滑動(dòng)速度;μ為摩擦因數(shù);σ為法向接觸應(yīng)力;Msi為自旋摩擦力矩;ωsi為球自旋速度;Dc為保持架引導(dǎo)面直徑;Fc為套圈與引導(dǎo)面摩擦力;ωc為保持架轉(zhuǎn)速;Fd為拖動(dòng)阻力;ωm為球公轉(zhuǎn)速度;Dm軸承節(jié)圓直徑;N為球個(gè)數(shù)。1．2軸承熱網(wǎng)格傳遞模型圖1給出了整個(gè)軸系的熱網(wǎng)格模型，假設(shè)軸系結(jié)構(gòu)軸對(duì)稱、周向溫度均勻分布，選取關(guān)鍵點(diǎn)將模型劃分為25個(gè)節(jié)點(diǎn)。圖1中黑點(diǎn)代表節(jié)點(diǎn)位置分布。計(jì)算得到的熱量分配，球與套圈間的差速滑動(dòng)摩擦熱、自旋摩擦熱一半進(jìn)入套圈、一半進(jìn)入球體;保持架與引導(dǎo)面摩擦熱和球攪油摩擦熱全部進(jìn)入潤(rùn)滑油。圖1熱網(wǎng)格模型Fig．1Thethermalnetworkofballbearing在熱網(wǎng)格模型中，由于各節(jié)點(diǎn)溫差不太大故忽略熱輻射影響，僅考慮熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流兩種換熱方式，模型中各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過熱阻連接，熱傳導(dǎo)熱阻和對(duì)流熱阻可表示為Ｒc=LKA(5)ＲV=1hA(6)式中:L為導(dǎo)熱特征長(zhǎng)度;A為換熱面積;K為材料導(dǎo)熱系數(shù);h對(duì)流系數(shù);Nu為努塞爾數(shù)。根據(jù)傳熱學(xué)理論，對(duì)流換熱系數(shù)可表示為h=NuKV/L(7)式中:KV為流體導(dǎo)熱系數(shù)，依據(jù)換熱形式的不同由相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)公式求得。1．3軸承熱膨脹計(jì)算模型由于溫升影響，軸承各部件會(huì)產(chǎn)生不同程度的熱膨脹位移，從而引起軸承內(nèi)部接觸狀態(tài)的變化。高速球軸承徑向熱膨脹位移可表示為［11］ub=βbTbDb(8)ui=βiTiDi(9)uo=βo3(1+v)DoDo+D

圖2計(jì)算流程圖Fig．2Theflowchartofcalculation式中:η0為給定溫度T0時(shí)的潤(rùn)滑油黏度;Toil為潤(rùn)滑油的工作溫度;γ為潤(rùn)滑油的黏溫系數(shù)。2模型驗(yàn)證為了驗(yàn)證模型的正確性，本文利用文獻(xiàn)［12］中的高速球軸承進(jìn)行分析，將本文熱網(wǎng)格模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與文獻(xiàn)［12］實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。高速球軸承具體結(jié)構(gòu)參數(shù)如下:軸承內(nèi)徑為35mm;軸承外徑為62mm;節(jié)圓直徑為48．5mm;軸承寬度為14mm;初始接觸角為24°;球個(gè)數(shù)為16;球直徑為7．14mm;軸承座外徑為100mm。潤(rùn)滑油牌號(hào)MIL-L-23699，121℃時(shí)黏度值取為0．00506Pa·s，，潤(rùn)滑油的比熱容為2000J/(kg·K)。軸承材料的比熱容為500J/(kg·K)，熱傳導(dǎo)系數(shù)為12．5×10－6W/(m·K)。圖3給出了軸承軸向載荷為667N時(shí)，不同轉(zhuǎn)速下利用本文瞬態(tài)熱分析模型達(dá)到熱平衡時(shí)得到的高速球軸承外圈溫度和總體生熱量與文獻(xiàn)［12］中的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)比。從圖3可知，隨著轉(zhuǎn)速的增大軸承外圈的溫度快速升高，近似呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，這主要是轉(zhuǎn)速升高引起軸承總體生熱量顯著增大的結(jié)果;同時(shí)還可以看出本文預(yù)測(cè)結(jié)果和文獻(xiàn)測(cè)試結(jié)果吻合很好，從而證明了本文建立的瞬態(tài)熱分析模型的正確性。圖3本文預(yù)測(cè)結(jié)果與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Fig．3Comparisonofthepredictedtemperaturetothemeasuredvalueoftheliterature3計(jì)算實(shí)例及結(jié)果分析本節(jié)分析在內(nèi)徑35mm的高速球軸承、MIL-L-23699潤(rùn)滑油條件下計(jì)算，瞬態(tài)熱分析的迭代步長(zhǎng)均取為0．1s，供油溫度和環(huán)境溫度均為121℃，此時(shí)潤(rùn)滑油黏度值為0．00506Pa·s。圖4給出了軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)速為10000r/min、軸向載荷為6kN，軸承座外表面對(duì)流換熱系數(shù)為9．7W/(m2·K)，潤(rùn)滑油黏度為0．00506Pa·s時(shí)，軸承各節(jié)點(diǎn)溫度、生熱量和接觸載荷隨時(shí)間的變化特性。從圖4可以知，在前1000s?

【參考文獻(xiàn)】

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1 周子超;王伊卿;吳文武;洪軍;;機(jī)床主軸軸承熱誘導(dǎo)預(yù)緊力及剛度計(jì)算與實(shí)驗(yàn)研究[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2015年02期

2 曹宏瑞;李亞敏;何正嘉;朱永生;;高速滾動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)時(shí)變軸承剛度及振動(dòng)響應(yīng)分析[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2014年15期

3 王燕霜;祝海峰;劉U

本文編號(hào)：2561622