【摘要】：基于球軸承擬靜力學(xué)模型,考慮潤滑油流變特性、熱源和結(jié)構(gòu)尺寸隨溫度的時變特性。利用熱網(wǎng)格法建立了高速球軸承瞬態(tài)熱計算模型,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,為高速球軸承潤滑參數(shù)選取、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、熱失效機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)降低潤滑油的黏度、增大空氣的對流系數(shù)有利于減小軸承熱誘導(dǎo)載荷;預(yù)測結(jié)果和文獻測試結(jié)果吻合較好。
【圖文】：

ωsi(2)保持架與引導(dǎo)套圈間滑動摩擦生熱量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為接觸長半軸;b為接觸短半軸;v為滾子滾道間相對滑動速度;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為拖動阻力;ωm為球公轉(zhuǎn)速度;Dm軸承節(jié)圓直徑;N為球個數(shù)。1．2軸承熱網(wǎng)格傳遞模型圖1給出了整個軸系的熱網(wǎng)格模型，假設(shè)軸系結(jié)構(gòu)軸對稱、周向溫度均勻分布，選取關(guān)鍵點將模型劃分為25個節(jié)點。圖1中黑點代表節(jié)點位置分布。計算得到的熱量分配，球與套圈間的差速滑動摩擦熱、自旋摩擦熱一半進入套圈、一半進入球體;保持架與引導(dǎo)面摩擦熱和球攪油摩擦熱全部進入潤滑油。圖1熱網(wǎng)格模型Fig．1Thethermalnetworkofballbearing在熱網(wǎng)格模型中，由于各節(jié)點溫差不太大故忽略熱輻射影響，僅考慮熱傳導(dǎo)和熱對流兩種換熱方式，模型中各個節(jié)點通過熱阻連接，熱傳導(dǎo)熱阻和對流熱阻可表示為Ｒc=LKA(5)ＲV=1hA(6)式中:L為導(dǎo)熱特征長度;A為換熱面積;K為材料導(dǎo)熱系數(shù);h對流系數(shù);Nu為努塞爾數(shù)。根據(jù)傳熱學(xué)理論，對流換熱系數(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)驗公式求得。1．3軸承熱膨脹計算模型由于溫升影響，軸承各部件會產(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計算流程圖Fig．2Theflowchartofcalculation式中:η0為給定溫度T0時的潤滑油黏度;Toil為潤滑油的工作溫度;γ為潤滑油的黏溫系數(shù)。2模型驗證為了驗證模型的正確性，本文利用文獻［12］中的高速球軸承進行分析，將本文熱網(wǎng)格模型的預(yù)測結(jié)果與文獻［12］實驗結(jié)果進行對比。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°;球個數(shù)為16;球直徑為7．14mm;軸承座外徑為100mm。潤滑油牌號MIL-L-23699，121℃時黏度值取為0．00506Pa·s，，潤滑油的比熱容為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，不同轉(zhuǎn)速下利用本文瞬態(tài)熱分析模型達到熱平衡時得到的高速球軸承外圈溫度和總體生熱量與文獻［12］中的實驗測試結(jié)果對比。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)增長趨勢，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;同時還可以看出本文預(yù)測結(jié)果和文獻測試結(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)測結(jié)果與文獻實驗結(jié)果對比Fig．3Comparisonofthepredictedtemperaturetothemeasuredvalueoftheliterature3計算實例及結(jié)果分析本節(jié)分析在內(nèi)徑35mm的高速球軸承、MIL-L-23699潤滑油條件下計算，瞬態(tài)熱分析的迭代步長均取為0．1s，供油溫度和環(huán)境溫度均為121℃，此時潤滑油黏度值為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，軸承座外表面對流換熱系數(shù)為9．7W/(m2·K)，潤滑油黏度為0．00506Pa·s時，軸承各節(jié)點溫度、生熱量和接觸載荷隨時間的變化特性。從圖4可以知，在前1000s?

【參考文獻】

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

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

3 王燕霜;祝海峰;劉U

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