圆锥滚子轴承润滑性能及热特性研究

摘要

圆锥滚子轴承广泛应用于汽车变速器中，其具有能够承受较大的径向和轴向载荷，同时能够降低变速器的噪声、简化变速器构造并提高变速器的寿命等优点。圆锥滚子轴承在工作过程中由于载荷过大、润滑不当等将引起保持架及滚动体打滑，使得摩擦生热急剧增加，热量得不到及时有效地散发，导致轴承部件表面烧灼、胶合甚至引发圆锥滚子轴承的失效，从而影响变速器的正常工作。针对变速器上承受较大载荷的圆锥滚子轴承，采用喷油润滑对其进行润滑是一种有效的润滑方式。因此，确保圆锥滚子轴承在工作过程中得到良好的润滑和冷却，对提高变速器的运转可靠性和使用寿命具有重要的意义。 本文以某DCT变速器输出轴上的圆锥滚子轴承为研究对象，采用数值仿真方法对轴承润滑性能及热特性进行了研究。所做工作及主要结论如下： ①根据变速器输出轴上的圆锥滚子轴承的几何参数建立了轴承内部流体域模型并采用ANSA软件对流体域模型进行了网格划分，然后基于Fluent软件对轴承内部流场进行仿真分析，并验证了仿真方法的正确性。为了得到较适宜的网格数目，对不同数目的网格模型进行了网格无关性研究。 ②圆锥滚子轴承的滚动体包含自转运动与公转运动，在对圆锥滚子轴承流体域的两相流动进行仿真时，对比了考虑滚动体自转与不考虑滚动体自转时的仿真结果，发现考虑滚动体自转时的仿真结果更加可信。对不同参数例如轴承内圈转速、喷油量以及喷嘴数目等对轴承润滑性能的影响进行了研究，发现轴承流体域的油体积分数随着轴承内圈转速的增加呈先增加后降低的趋势，而油体积分数随着喷油量以及喷嘴数目的增加呈上升的趋势。 ③建立了圆锥滚子轴承流固复合传热仿真模型，采用Fluent软件对圆锥滚子轴承进行不同工况下的流固复合传热仿真。在仿真过程中，热量添加在滚动体与内外圈接触位置并使该接触带随着滚动体的运动而实时的移动，接触宽度利用赫兹接触计算得到。根据仿真结果可以知道圆锥滚子轴承的温度分布不均匀，滚动体与轴承内外圈接触处的温度较高，且滚动体的温度与轴承内外圈相比较高。不同工况下的轴承的最高温度都未达到轴承钢能承受的最高温度，因此现用的润滑方式能够满足轴承的冷却要求。

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