高速角接触球轴承腔内润滑脂流动及热特性分析

摘要

高速角接触球轴承是高速主轴的主要支撑部件，脂润滑是高速角接触球轴承的一种主要润滑方式。润滑脂具有出油的特性，可不断的向附近的摩擦副提供润滑油，对摩擦副表面具有一定的保护作用。特别是在高速工况下，润滑脂可有效防止轴承的磨损。因此，对轴承腔内润滑脂流动及其温升特性进行深入分析，有着重要的理论意义和应用价值。 本文基于计算流体力学方法，针对润滑脂在轴承运行过程中的流动特性，建立了轴承腔内脂润滑的流动分析模型，对脂润滑轴承腔内的流动特性进行了深入分析。结果表明：在内圈旋转的情况下，润滑脂主要分布在外滚道两侧的空间中，且流动速度很低；在保持架内侧粘附较多的润滑脂，具有较高的速度；轴承转速的增加会使更多的润滑脂粘滞在外滚道两侧，内滚道与保持架之间的润滑脂减少；润滑脂粘度、保持架宽度和填脂量的增加，会使润滑脂在轴承腔内的分布相对均匀、保持架与内滚道之间的润滑脂量增加，有利于轴承润滑；受离心作用影响，润滑脂主要分布在外滚道，造成外滚道润滑充分和内滚道润滑不足的状态；在轴承外圈旋转的情况下，在轴承内、外圈滚道的两侧的空间中均分布着较多的润滑脂，更有利于轴承润滑。 在角接触球轴承脂润滑流场分析的基础上，建立了实验轴承的固体域有限元模型，在考虑流体域和固体域之间相互传热的条件下，对流体域和固体域的温度场进行耦合计算，结果表明：随着转速的提高，轴承腔内各个组件的表面传热系数均有增大的趋势，其中，轴承外圈的表面传热系数增长速度最快，滚珠次之，内圈最低；在轴承外圈，润滑脂分布比较集中的区域，表面传热系数最大，表明润滑脂在轴承温度传递的过程中吸收了较多的热量，其影响是不可忽视的；最后对试验轴承内圈的温升进行了测量，对比了轴承内圈温升的仿真值和实验值，验证了分析结果的正确性。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 轴承脂润滑的研究与发展

1.3 课题的研究意义

1.4 课题研究的主要内容

1.5 本章小结

第2章 轴承脂润滑流场分析基本理论

2.1 引言

2.2 计算流体力学在轴承领域的应用

2.3 数值求解方法

2.4 数值模拟基本控制方程

2.5 动区域模型

2.6 多相流模型

2.7 作用于流体上的力

2.8 本章小结

第3章 高速角接触球轴承腔内润滑脂流动分析

3.1 引言

3.2 润滑脂的流变特性

3.3 轴承的运动分析

3.4 几何模型和网格划分

3.5 求解设置

3.6 结果与分析

3.7 本章小结

第4章 脂润滑高速角接触球轴承热特性分析

4.1 引言

4.2 角接触球轴承摩擦生热分析

4.3 轴承温度场分析

4.4 轴承内圈温升测量试验

4.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

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