高速角接触球轴承油气润滑二相流温升数值分析

摘要

高速电主轴是高速加工机床的核心功能部件，角接触球轴承是高速电主轴主要的支承方式。角接触球轴承高速运行中的摩擦发热是导致其过早失效的主要因素，因此良好润滑和冷却对保证轴承的正常运行至关重要。油气润滑作为近年来发展起来的一种新型气液两相流冷却润滑技术，以其优良的性能和清洁环保特性成为了高速轴承润滑冷却的首选。鉴于此，本文对角接触球轴承油气润滑二相流温升进行了深入分析。
　　本文基于轴承生热理论，分析了油气润滑的条件下角接触球轴承的生热的机理，计算了不同条件下的轴承生热率和对流换热系数。建立了7006C角接触球轴承轴承腔的几何模型，并利用Fluent从转速、供油量、供气压力、润滑油粘度、入口位置、入口数目6个方面对其进行了温度场数值分析，分析结果表明：
　　(1)轴承腔内的高温区主要分布在滚动体与滚道接触的区域，这是由接触区的摩擦生热和润滑油的搅动生热导致的；轴承腔油气入口区的温度相对最低，距离入口区最远的出口区温度最高。
　　(2)随着转速的提高，轴承腔内温度显著提高，且升高幅度越来越大；随着供油量的增加轴承腔内温度先降低后升高，存在一个最佳供油量。
　　(3)压缩空气在油气润滑中不仅是传递油液的作用，最主要的作用是冷却散热。在一定范围内，随着供气压力的增加，轴承腔内温度明显降低，冷却效果明显；随着润滑油粘度的升高，轴承腔温度先下降后升高，存在最佳的润滑油粘度。
　　(4)随着入口数目的增加，轴承腔内温度分布变化明显。在供气量一定的情况下，拥有两个入口的轴承腔内温度情况最好。同时注意到当入口增多时，轴承腔内温度相对均匀，高温区域减少。因此，增加入口数量的同时适当加大供气量可以达到更好的效果。
　　通过与实验数据的对比，数值分析结果与实验结果基本一致。该研究成果为角接触球轴承油气润滑系统设计及最佳润滑参数的确定提供了一种有效方法和参考。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2轴承润滑的研究与发展

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容及意义

1.5 本章小结

第2章 弹流润滑理论及气液二相流理论

2.1 引言

2.2 弹流润滑理论

2.3 气液二相流基本理论

2.4 油气润滑系统的组成及其工作原理

2.5 本章小结

第3章 油气润滑下的角接触球轴承生热分析

3.1引言

3.2摩擦力矩

3.3 发热量的计算

3.4 生热率的计算

3.5 对流散热系数的计算

3.6 本章小结

第4章 高速角接触球轴承腔内温升仿真分析

4.1引言

4.2 计算模型的选用

4.3 轴承腔仿真模型的建立与边界条件设置

4.4 仿真结果分析

4.5 仿真结果与实验结果对比

4.6 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

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