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角接触球轴承的弹流及时变热混合润滑数值分析

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摘要

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 滚动体-内外圈接触应力分析

1.3 角接触球轴承的几何参数

1.3.1 密合度

1.3.2 接触角

1.3.3 径向游隙

1.4 点接触润滑国内外研究现状

1.4.1 点接触热弹流润滑数值分析

1.4.2 表面形貌对点接触热弹流润滑的影响

1.4.3 点接触热混合润滑数值分析

1.4.4 点接触时变混合润滑数值分析

1.5 球轴承润滑的国内外研究现状

1.5.1 球轴承的弹流润滑数值分析

1.5.2 考虑自旋的球轴承弹流润滑

1.5.3 轴承启停过程中的润滑机理

1.6 含固体颗粒的弹流润滑分析

1.7 本文的主要研究内容

第2章 考虑自旋的角接触球轴承弹流润滑数值分析

2.1 模型及运动学方程

2.1.1 润滑模型

2.1.2 运动学方程

2.2 基本方程及其边界条件

2.2.1 Reynolds方程

2.2.2 载荷方程

2.2.3 膜厚方程

2.2.4 接触参数

2.3 结果分析与讨论

2.3.1 数值方法

2.3.2 考虑自旋的轴承弹流润滑状况

2.3.3 自旋条件下节圆直径的影响

2.3.4 内圈转动速度的影响

2.3.5 承受载荷的影响

2.4 本章小结

第3章 角接触球轴承的热弹流润滑数值分析

3.1 模型、参数及运动学方程

3.1.1 模型及参数

3.1.2 运动学方程

3.2 数学模型

3.2.1 Reynolds方程

3.2.2 膜厚方程

3.2.3 载荷方程

3.2.4 粘压粘温关系式

3.2.5 密压密温关系

3.2.6 油膜能量方程

3.2.7 固体能量方程

3.3 数值方法

3.4 结果分析与讨论

3.4.1 基本参数

3.4.2 角接触球轴承典型热解

3.4.3 密合度对弹流润滑特性的影响

3.4.4 节圆直径dm对压力及膜厚分布的影响

3.4.5 球体直径Dw对弹流润滑特性的影响

3.4.6 转速ω对弹流润滑特性的影响

3.4.7 载荷w对弹流润滑特性的影响

3.5 本章小结

第4章 表面形貌对角接触球轴承热弹流润滑的影响

4.1 角接触球轴承计算模型

4.2 润滑控制基本方程

4.2.1 Reynolds方程

4.2.2 考虑表面粗糙度的膜厚方程

4.2.3 载荷方程

4.2.4 粘压粘温关系式

4.2.5 密压密温关系

4.2.6 油膜能量方程

4.2.7 固体能量方程

4.3 数值方法

4.4 结果分析与讨论

4.4.1 基本参数

4.4.2 光滑及粗糙条件下的弹流数值解

4.4.3 粗糙度波幅对油膜压力、膜厚及温度的影响

4.4.5 波长对弹流润滑的影响

4.5 本章小结

第5章 角接触球轴承启停过程的瞬态热混合润滑分析

5.1 模型及运动学方程

5.1.1 润滑模型

5.1.2 运动学方程

5.2 基本方程及边界条件

5.2.1 Reynolds方程

5.2.2 膜厚方程

5.2.3 油膜能量方程

5.2.4 套圈及滚动体的能量方程

5.3 结果分析与讨论

5.3.1 数值方法

5.3.2 轴承启动过程的瞬态热混合润滑

5.3.3 制动过程的轴承瞬态热混合润滑

5.4 本章小结

第6章 考虑固体颗粒的角接触球轴承热弹流润滑分析

6.1 模型及运动学方程

6.2 基本方程及边界条件

6.2.1 考虑固体颗粒的Reynolds方程

6.2.2 膜厚方程

6.2.3 油膜能量方程

6.2.4 套圈及滚动体的能量方程

6.3 结果分析与讨论

6.3.1 等温条件下颗粒对轴承弹流润滑的影响

6.3.1 颗粒对轴承热弹流润滑的影响

6.3.2 颗粒位置对轴承热弹流润滑的影响

6.4 本章小结

结束语

参考文献

攻读硕士学位期间完成的学术论文及专利

致谢

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摘要

良好的润滑是延长轴承使用寿命的有效途径之一,本文以建立的角接触球轴承内圈与滚动体的几何和润滑模型为研究对象,从理论上对角接触球轴承正常工作下的润滑状况、启动和制动过程中的润滑机制、考虑固体颗粒的轴承润滑状况进行了分析考察。
  建立了角接触球轴承的弹流及时变热混合润滑模型,运用多重网格法求解Reynolds方程,用多重网格积分法求解膜厚方程中的弹性变形项,采用逐列扫描法求解能量方程,得到了角接触球轴承的弹流润滑完全数值解。主要内容包括:
  首先,建立了角接触球轴承的考虑自旋的等温弹流润滑模型,得到了考虑自旋的角接触球轴承的完全数值解;分析了考虑自旋时轴承不同节圆直径下的压力及膜厚变化,得到了较大速度及载荷范围内的油膜压力及膜厚分布。
  其次,建立了角接触球轴承热弹流润滑的数学模型,综合考虑了轴承的几何参数如密合度和节圆直径等对轴承热弹流润滑性能的影响,得到了不同转速和载荷条件下角接触球轴承的热弹流润滑完全数值解。
  第三,基于所建立的角接触球轴承的热弹流润滑模型,对考虑表面粗糙度的角接触球轴承弹流润滑进行了数值模拟,在缺乏实测数据的情况下采用了两表面带有余弦粗糙度的粗糙度函数模型,分析了表面形貌对轴承润滑性能的影响。
  第四,建立了角接触球轴承的时变热混合润滑模型,讨论了不同滑滚比下角接触球轴承在启动和制动过程中的压力、膜厚及温度变化,同时也分析了不同加速度对轴承启动中压力、膜厚及温度的影响。
  第五,考虑了轴承入口区的固体颗粒影响,建立了考虑固体颗粒的套圈-滚动体接触热润滑模型,考察了颗粒对轴承热弹流润滑状况的影响,以及颗粒位置的影响。

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