高速角接觸球軸承油氣潤滑二相流流固耦合熱特性分析.pdf

1、高速角接觸球軸承是高速電主軸等高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的常用支承件，高速運(yùn)行過程中角接觸球軸承的滾動體、套圈、保持架之間的摩擦發(fā)熱引起的溫升，導(dǎo)致軸承發(fā)生較大變形，使運(yùn)行不平穩(wěn)、效率降低，最終影響電主軸的性能。油氣潤滑是高速角接觸球軸承的常用冷卻潤滑方式，研究油氣潤滑二相流對軸承熱特性的影響，對提高角接觸球軸承的冷卻潤滑效率及其支承裝置的性能，具有重要的意義。
　　本文以彈流潤滑理論、軸承運(yùn)動學(xué)和熱力學(xué)等理論為基礎(chǔ)，建立7006C角接觸球軸承

2、流體域和固體域物理模型，應(yīng)用CFD方法和有限元法，對軸承油氣潤滑的熱特性進(jìn)行了流固耦合數(shù)值分析，研究了潤滑參數(shù)和工況參數(shù)對軸承油氣潤滑特性和變形特性的影響。分析結(jié)果表明：
　　1)軸承油氣潤滑入口和出口處油氣的馬赫數(shù)超過0.3，對軸承油氣潤滑流場進(jìn)行數(shù)值模擬，若不考慮空氣的可壓縮性，軸承溫升的數(shù)值分析結(jié)果偏高，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比誤差較大；考慮空氣的可壓縮性，軸承溫升的數(shù)值分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近，有一致的變化趨勢。
　　2)軸承油

3、氣潤滑流場入口、出口處流速較大，小球和保持架附近流速較?。恍∏蜷g的區(qū)域會產(chǎn)生油氣渦旋；潤滑油主要分布在內(nèi)、外滾道表面和小球表面，保持架附近潤滑油分布較少；軸承腔內(nèi)部靜壓壓強(qiáng)隨供氣壓力增大而增大；徑向載荷和轉(zhuǎn)速的增大使軸承生熱量增加，軸承溫度升高，增加油氣入口數(shù)量和增大供氣壓力使油氣的對流換熱作用增強(qiáng)，軸承溫度降低；油氣入口采用對稱分布使軸承溫度場分布均勻。
　　3)軸承內(nèi)、外套圈固體域內(nèi)的溫度場受油氣潤滑流場的溫度場影響，具有相似

4、的分布規(guī)律，高溫區(qū)分布在小球與滾道接觸區(qū)附近，低溫區(qū)分布在入口附近；軸承摩擦產(chǎn)生的部分熱量通過套圈內(nèi)壁面沿壁面法線方向向外傳導(dǎo)、擴(kuò)散，套圈固體域內(nèi)的溫度場呈放射狀分布。
　　4)軸承套圈內(nèi)溫度較高處熱變形能較大，溫度較低處熱變形能小，軸承溫度升高使套圈熱變形能增加，熱應(yīng)變增大；增加油氣入口數(shù)量使空氣流量增加，軸承溫升降低，軸承套圈熱變形能減小，熱應(yīng)變減?。挥蜌馊肟诓捎幂S對稱分布時，熱變形分量沿垂直對稱軸方向相互抵消，套圈總熱變形減