高速角接触球轴承油气润滑温升特性研究

油气润滑系统广泛应用于高速滚动轴承,油气润滑条件下轴承温升特性与温度场分布是影响轴承极限转速与动态工作稳定性的重要因素.基于高速滚动轴承摩擦学与两相流理论,以角接触球轴承为研究对象,建立了油气润滑条件下轴承与流体域之间的流固耦合模型.利用流体仿真软件Fluent对油气润滑条件下高速角接触球轴承与流体之间的传热方式及温度场分布进行了数值模拟分析,得到了轴承与轴承腔体的温度场分布.并进一步研究了供油量、润滑油粘度、轴承转速和载荷对轴承温升的影响,得到了油气润滑参数等与轴承温度场热平衡之间的关系.结果 表明:轴承转速与径向载荷是影响高速滚动轴承生热量与温升的主要因素,轴承内部温度场分布不均匀,对于特定工况存在最佳供油量与润滑油黏度使轴承温升最小.     

油气出口位置对轴承腔内油气两相流和温升的影响

针对高速角接触球轴承腔内润滑冷却问题,采用VOF模型和多重坐标系(MRF)法对高速角接触轴承腔内润滑油流动特性进行数值分析,分析油气出口位置对轴承腔内油相体积分数和温升的影响。结果表明:轴承腔内的油相体积分数和温升在周向上分布并不均匀,油相体积分数最低处和温升最高处位于沿轴承回转方向相对入口240°位置;从180°到240°改变油气出口沿轴承回转方向相对入口角度时,轴承腔内温升降低且油相体积分数增大,从240°到270°改变相对入口角度时,轴承腔内温升升高且油相体积分数减小;当转速升高时,出口位置对轴承腔内油相体积分数和温升影响减弱,油相分布与温升分布在周向上更为均匀。因此,选择合适的油气出口位置能够得到更好的润滑效果。     

表面织构对角接触球轴承润滑性能的影响

为研究油气润滑状态下表面织构对角接触球轴承润滑性能的影响,在角接触球轴承的内圈滚道上设计表面织构,基于气液两相流理论,采用多重参考坐标系(MRF)模型和流体体积(VOF)法,对高速角接触球轴承腔内润滑油流动特性进行数值分析,对比分析长沟槽、短沟槽、矩形、圆柱形4种表面织构对角接触球轴承润滑性能的影响,发现长沟槽形的表面织构对改善角接触球轴承的润滑性能效果最为显著,并进一步分析长沟槽形表面织构结构参数对轴承润滑性能的影响。结果表明：轴承腔内油相体积分数随着沟槽深度和面积率的增大先增大后减小,随着沟槽宽度的增加逐渐增大,存在最佳织构参数使得轴承腔内油相体积分数最大。因此,合理地设计织构参数能有效提高角接触球轴承润滑性能,该研究结果对角接触球轴承表面织构设计具有一定的参考价值。     

高速角接触球轴承油气润滑两相流温升数值分析

基于轴承摩擦学和两相流理论,以7006C角接触球轴承为研究对象,分析了轴承的摩擦生热,建立了轴承腔内油气两相流的CFD分析模型,在考虑空气可压缩性的情况下对轴承腔内油气两相流的温升进行了数值分析。结果表明:考虑空气可压缩性有利于提高数值分析的准确性;增加入口数量可降低轴承温升,入口对称分布有利于轴承腔流场温度分布的均匀性;增大供气压力可增大强制对流换热,降低轴承温升;载荷和转速的增大加剧轴承摩擦发热,使轴承腔内温度随之升高;两相流中气相对轴承散热起主要作用。     

保持架引导方式对球轴承油气润滑两相流流型的影响

滚动轴承高速运转时,轴承腔内润滑油与空气相互作用形成涡旋,影响油气运输及整体润滑性能.针对角接触球轴承腔内油气两相流的流动状态,运用VOF方法和滑移网格,建立油气两相流三维瞬态仿真模型,分析了在保持架不同引导方式下角接触球轴承腔内油相流型、轴承腔内周向流型以及涡旋等变化规律.该研究对高速轴承结构设计、润滑结构及润滑参数...     

复杂工况下脂润滑推力角接触球轴承温升特性研究

复杂工况下,脂润滑角接触球轴承的温升特性对轴承的安全运行具有重要影响。针对脂润滑推力角接触球轴承在复杂工况下的温升特性进行研究,建立了推力角接触球轴承摩擦发热率数学模型;基于传热学理论,分析主轴-轴承-轴承座系统传热方式,建立轴承温升模型,通过试验验证了模型的合理性;基于轴承温升模型,分析了轴承工况参数和结构参数对轴承外圈温升特性的影响规律。结果表明,所建模型可以较好地预测复杂工况下轴承外圈温升,仿真结果与试验结果最大误差为8.3%;轴承在运行开始后20 min内,轴承外圈温升速率较快;载荷、转速的增大以及环境温度的升高均能使轴承外圈温升增大;钢球数增多和沟曲率半径系数增大均能使轴承外圈温升下降。研究结果为脂润滑推力角接触球轴承的优化设计提供了理论依据。     

角接触球轴承内圈织构设计及对油气润滑两相流的影响

针对角接触球轴承油气润滑中内圈润滑油含量少和保持性差的问题,提出在轴承内圈滚道设计圆凹坑形表面织构的润滑增效方法。基于气液两相流模型和多重参考系方法,建立内圈织构化角接触球轴承腔内油气两相流数值分析模型,分析内圈织构对轴承油气两相流动及润滑增效的影响。结果表明：织构化轴承可以显著提高润滑油在内圈的保持量,同时改善轴承腔内润滑油分布不均的状况;在微织构附近油气两相流动更不规则,所产生的压力梯度和速度梯度有利于提高气液两相膜的承载力;随着轴承转速的升高,内圈织构润滑增效效果相对减弱;随着供油量的增加,内圈织构润滑增效效果更加显著。     

考虑热效应的角接触球轴承弹流润滑数值分析

建立角接触球轴承的几何和数学模型,通过求解考虑热效应的Reynolds方程,对角接触球轴承的弹流润滑问题进行数值模拟,得到角接触球轴承的点接触热弹性流体动力润滑完全数值解,分析了考虑热效应时角接触球轴承的几何参数(接触角、吻合度、径向游隙等)、速度及载荷对压力和膜厚的影响。结果表明:设计角接触球轴承时,尽量提高内圈与球体在轴向方向的吻合度以有利于润滑油膜的形成,在轴承整体参数不变的情况下选择较小的节圆直径,可改善轴承润滑;从弹流润滑角度讲,选择合适的球体直径可使压力、膜厚、温度处于合适范围内,改善轴承工作情况;适度提高轴承的运转速度将有利于润滑油膜的形成,从而延长轴承使用寿命。     

X092型游隙检测仪在薄壁角接触球轴承接触角测量中的应用

针对薄壁角接触球轴承的径向游隙测量难点,改进X092型轴承游隙检测仪,增加弹性辅助定位支承,根据接触角与径向游隙的计算关系实现薄壁角接触球轴承接触角的测量。改进后的X092型轴承游隙检测仪的检测精度良好,可精确测量中小型薄壁角接触球轴承的径向游隙。该原理也可用于改进其他轴承游隙检测仪以增大其测量范围。     

考虑结构约束时油气润滑高速角接触球轴承的温升特性

针对角接触球轴承生热和热传递机理研究中存在的冷却/润滑系统影响考虑不充分,轴承很少考虑特定的结构约束等问题,考虑高速主轴工作时结构约束,轴承的结构特性,冷却/润滑等气/液特性对热传导、换热和散热特性的影响,研究油气条件下高速角接触球轴承的温升特性。基于广义Ohm定律建立高速角接触球轴承热网格模型,采用Gauss-Seidel法进行节点温度计算。该模型可预测高速角接触球轴承温度场中任一点温度,并通过试验验证了所建模型的合理性。     

基于STAR-CCM+的高速角接触球轴承喷油润滑研究

喷油润滑系统广泛应用于高速滚动轴承,喷油润滑条件下轴承温升特性是影响轴承动态工作稳定性的重要因素。基于两相流理论,以71904C角接触球轴承为研究对象,建立全轴承模型,采用旋转坐标系描述各组件运动,分析滚动轴承在不同参数下喷油润滑的两相流与传热效率的影响规律。结果表明：随着轴承转速增加,轴承搅拌力矩也相应增加,导致轴承内部温度升高;润滑油运动黏度增加,轴承内部流场搅拌力矩增加,导致轴承温度升高;轴承喷油速度增加,内部流场温度呈现先增加后降低趋势,因此存在一个最佳喷油速度使得轴承温升最低。     

喷嘴结构对角接触球轴承油气润滑中气帘效应的影响

针对角接触球轴承油气润滑中的气帘效应问题,基于气液两相流理论,构建了轴承腔内油气两相流的数值分析模型,分析了轴承腔内气帘效应的形成机理及影响因素,对比分析了5种喷嘴结构对气帘效应的影响。结果表明：在高速工况下,内圈与滚动体接触区附近产生的气帘效应阻止润滑油到达润滑点;气帘效应随轴承转速的升高而加剧;使用D型喷嘴结构时,气帘效应的影响最小,滚动体接触区附近油相的体积分数最大,轴承润滑效果最佳。     

油气润滑角接触球轴承腔内空气压力分布数值分析

基于轴承腔内油气两相流流动模型,采用VOF方法和MRF模型对高速角接触球轴承腔内油气两相流的流动情况进行数值计算,重点分析轴承腔内和滚珠表面的压力分布,以及转速、初始空气压力等参数对压力分布的影响。结果表明:轴承腔内的压力因滚珠与保持架的搅动作用,整体处于负值,并且在局部区域形成漩涡;随着转速的增加,腔内压力在负方向上逐渐增大,内外圈之间的压差也随之增大;沿着滚珠自旋方向,压力在负方向上逐渐增大,到滚珠与内圈接触点附近达到最大值,这有利于将润滑油吸附到滚珠表面,从而得到更好的润滑效果;初始压力越大,腔内压力在数值上也越大,分布不均匀性程度随之加剧,初始压力的选取对轴承润滑有很大影响。     

Thermal characteristics analysis and error prediction for lubricated multi-link high-speed precision presses

Thermal models are important in the process of predicting the thermal characteristics and corresponding thermal error of multi-link high-speed precision presses (MLHSPPs) with an oil-lubrication system. Previous models only involved the effects of bearing stiffness, temperature change of bearings, flexibility of crank shaft on the heat generation power, while the influences of revolute clearance joint and flexibility of linkage are seldom considered, which inevitably reduces the accuracy of thermal analysis. To overcome this problem, dynamic models of flexible multi-link mechanisms (MLM) with clearance, lubrication, crankshaft-bearing system are constructed, the interaction forces between pin and bushing are obtained to calculate its heat generation power. Then, an improved model of MLHSPP with lubrication is proposed to analyze the temperature evolution and the thermal error between slider and work table at the position of LDP, by considering bearing stiffness, temperature change of bearings, flexibility of crank shaft, linkage, clearance, lubrication and thermal contact resistance all together. Compared with results from traditional models, the simulation data from this improved thermal model agree well with experiment, which proves the validity of the proposed model. Furthermore, the temperature rise and the thermal error of MLHSPP between slider and work table at the position of LDP under different input speeds, lubricating oil flux and contact angles of ball bearing were also studied.

     

润滑油黏度对全陶瓷球轴承腔体温度场分布规律的影响

为揭示全陶瓷球轴承在油润滑条件下内部温度场分布及变化情况,提高全陶瓷球轴承的运转性能与使用寿命,以7007C氮化硅全陶瓷角接触球轴承为研究对象,利用仿真软件模拟分析不同工况和润滑油黏度条件下全陶瓷球轴承腔体内部温度场及润滑油的分布状态;在轴承寿命试验机上进行相同条件下全陶瓷球轴承的动态特性试验,研究在油润滑工况下全陶瓷球轴承的温升特性。结果表明：随着轴承转速的提高,全陶瓷球轴承腔体内温度呈增大趋势,腔体内润滑油体积分数呈减小趋势;更换不同黏度润滑油发现随着润滑油黏度的增大,全陶瓷球轴承腔体内温度场呈现先减小后增大的趋势,存在最优黏度值使全陶瓷球轴承腔体温度达到最小值,轴承服役性能表现最佳。研究成果为实际生产中全陶瓷球轴承最优润滑油的选择提供了技术参考。     

全陶瓷球轴承油润滑特性及其对服役性能影响规律

相比于金属球轴承,全陶瓷球轴承在极端工况下的服役性能更加突出。为了揭示全陶瓷球轴承油润滑特性,提高全陶瓷球轴承的运转性能与使用寿命,以6208CE氮化硅全陶瓷深沟球轴承为例,对其在油润滑工况下所表现出的摩擦、振动、温升等特性进行试验研究,探讨供油量对全陶瓷球轴承润滑状态的影响,并对试验后的全陶瓷球轴承接触微区表层进行解析。研究发现：全陶瓷球轴承油润滑服役过程中,在某个特定工况下存在一个最佳供油量,使得轴承可实现全膜润滑,从而表现出最好的摩擦、振动、温升等特性;小于最佳供油量时,为乏油状态,轴承接触微区存在油-固混合润滑状态;大于最佳供油量时,过多润滑油液会产生的黏滞阻力;相比于载荷,轴承的转速对最佳供油量的取值具有决定性影响。研究成果对于揭示全陶瓷球轴承油润滑特性,丰富其润滑理论与方法具有一定指导意义。     

角接触球轴承流固耦合仿真分析

角接触球轴承在运行过程中的润滑状况至关重要,润滑油直接影响滚动轴承的接触状态。为分析角接触球轴承的润滑状况以及考虑润滑时轴承的机械特性,基于有限元和晶格玻尔兹曼方法,建立了双向流固耦合轴承仿真模型,对角接触球轴承进行动力学有限元仿真和润滑流体仿真,并与轴承拟静力学理论计算结果进行对比,验证模型的准确性。分析结果表明,保持架与滚珠接触并撞击,在轴承腔内油膜压力最大,滚珠与内圈、外圈滚道接触区分别为第二、第三大油膜压力区。润滑油受滚珠公转影响,沿着滚珠转动方向流动,实现对滚珠与内圈、外圈和保持架之间的润滑。滚珠运动和最大接触应力仿真结果与轴承拟静力学理论求解结果一致,即流固耦合仿真模型计算轴承机械特性具有较高的准确性。