关节轴承瞬态温度场的红外测量与重建研究

对推力关节轴承进行滑动摩擦试验,在受轴向载荷时,利用红外热像仪和红外测温仪分别测量了轴承侧表面温度及滑动接触区域温度;考虑轴承游隙,建立了结构-热顺序耦合分析模型,结合测得的动态摩擦因数实现了温度场的重建。结果表明:所建立的温度场分析模型满足分析需要;轴向载荷下推力关节轴承的摩擦热产生于球面底端,轴承外表面与滑动接触区域存在较大温差,该温差随着摩擦生热率的增加有变大趋势。     

基于 ABAQUS 的角接触球轴承动力学仿真分析

为研究角接触球轴承在不同转速下温度及位移变化,基于 Palmgren 摩擦生热理论,综合考虑轴向载荷、切向摩擦和法向摩擦等边界条件,在 ABAQUS 软件中建立了轴承完全热力耦合模型。对轴承外圈施加固定的轴向载荷,并对内圈加载不同的转速,使用显示求解器求解轴承在不同转速下各部件温度和轴承内圈位移变化。仿真分析表明,该模型能够准确地反映轴承的温升以及轴承内圈位移情况,为轴承选取合适工作转速区间提供理论支撑。     

汽车主减速器圆锥滚子轴承热机耦合分析

针对减速器主轴圆锥滚子轴承在工作中处在负载和热的同时作用下的情况,运用ABAQUS分析软件对轴承按照顺序耦合法,对轴承先进行温度场的分析,得到轴承在工作中各部分的温度分布云图及数据;再把分析结果带入到轴承的接触应力分析之中,从而得到主轴轴承在热力耦合作用下的应力分布情况,同时比较外圈、内圈和滚子在工作中的应力分布情况,为之后对轴承的寿命分析等研究提供依据。     

PTFE/铜网衬垫关节轴承的摩擦学性能研究

利用自制的高频重载关节轴承摩擦磨损试验机,研究了不同摆动频率和接触压力条件下PTFE/铜网复合材料衬垫关节轴承摩擦系数、线磨损量和摩擦温度的变化规律。借助扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)分析了关节轴承衬垫的磨损表面并探讨了其磨损机理。结果表明:在接触压力≤47.6 MPa时,摆动频率的升高对轴承的摩擦系数、磨损量和摩擦温度影响较小;在接触压力(47.6 MPa时,随着摆动频率的变化,轴承的摩擦系数、磨损量波动范围较大,摩擦温度上升较快;在摆动频率和接触压力共同作用下衬垫材料发生塑性变形、挤压变形和剥落,内圈材料向衬垫转移使关节轴承衬垫自润滑能力下降,导致衬垫材料发生粘着磨损和磨粒磨损而失效。     

销-盘试验的热-应力-磨损耦合模拟研究

销-盘磨损试验涉及复杂的热-应力-磨损耦合现象。基于广义Archard磨损模型和商用有限元软件ABAQUS,开发模拟销-盘磨损试验过程中热-应力-磨损耦合模拟分析的顺序耦合方法。分析销-盘试验的瞬态温度场,将温度场作为热载荷分析摩擦副的应力-磨损耦合问题;分析过程中考虑温度对摩擦副材料的力学和热学性能的影响以及广义Archard磨损系数和摩擦因数对温度和接触压力的依赖性。热传导分析考虑摩擦生热、销-盘接触传热、各个表面与空气之间的强制对流换热、自然对流换热以及热辐射。将该方法用于销-盘磨损试验的模拟,得到温度场、接触压力和磨损量的演变过程,揭示温度场对接触和磨损的影响规律,仿真结果与试验结果吻合良好。     

编织纹路对自润滑关节轴承接触应力的影响

应用有限元的层合板理论模拟关节轴承编织衬垫,讨论了不同编织角度下衬垫的接触应力和变形。结果表明,由于应力集中,接触应力最大值出现在接触部位的两端面;因内圈的阻碍作用,衬垫位移与接触应力成反比关系;在相同载荷下,45°纹路编织衬垫变形量比90°纹路的变形量大,更能缓解应力集中,使整体接触应力分布更均匀。     

考虑热诱导载荷和摩擦生热交互影响的高速角接触球轴承温度场分析

高速电主轴角接触球轴承内部的摩擦会使轴承温度升高,进而影响主轴的使用性能。为精确分析高速角接触球轴承的温度场,提出了一种考虑热诱导载荷和摩擦生热交互影响的轴承温度场分析方法。首先建立考虑差动滑动、自旋滑动、载荷以及润滑油黏性引起的摩擦的总摩擦生热量计算模型和热诱导载荷计算模型,然后分析两者之间的交互影响,最终基于有限元分析软件得到轴承稳态温度场,结果表明：稳态时轴承最高温度在球与内圈接触区域,球与外圈的接触区域温度较低;考虑热诱导载荷时差动滑动、自旋滑动以及载荷引起的摩擦生热量大于未考虑热诱导载荷,润滑油黏性引起的摩擦生热量无变化;考虑热诱导载荷时球与内圈的接触力及温升大于未考虑热诱导载荷。     

纤维编织自润滑衬垫的温度场数值模拟

以自润滑关节轴承中的纤维编织衬垫为研究对象,采用有限元数值模拟与试样温度测量实验相结合的方式,建立了纤维编织复合自润滑衬垫试验温度场的有限元模型,并对试样在不同工况条件下的温升过程进行了有限元模拟,为自润滑关节轴承衬垫的性能评价和温度场模拟提供了理论基础和试验依据。     

基于多体动力学的齿轮箱圆锥滚子轴承温度场分析

为研究齿轮箱圆锥滚子轴承在不同实际运行工况下的温度分布,对圆锥滚子轴承进行热分析并建立其有限元模型;采用ADAMS对圆锥滚子进行动力学分析,得到滚子在不同转速下的接触正压力和摩擦力,将结果导入ANSYS进行静力学分析后得到滚子的平均接触应力,在此基础上求得摩擦热流量,进而获得轴承的稳态温度场,并通过试验验证了模型的正确性。结果表明,随着转速的增加,轴承温度不断升高;轴承滚动体与内圈接触时的温度高于与外圈接触时的温度,最大值出现在滚子与轴承内圈的接触处。     

高速角接触球轴承热特性和机械特性研究

基于动力学和摩擦生热理论,建立高速角接触球轴承热机完全耦合有限元模型,分析了滚动轴承的高速运动特性、温度分布、动刚度等,并与理论计算结果和试验结果对比.之后分析了轴承在不同转速下的温度和轴向变形,得到轴承在高速运行状态下的机械特性和热特性规律.分析结果表明:轴承内圈转速增大会导致各部件温度升高和轴承动刚度减小.另外,通...     

液黏摩擦副马鞍形屈曲变形接触及温度场分布特性研究

马鞍形屈曲变形是液黏离合器摩擦副最主要的热屈曲变形方式。为获取变形摩擦副的接触特性及温度场分布规律,基于椭球体赫兹点接触理论与屈曲变形规律,建立了摩擦副接触变形等效模型,获得了软启动工况下变形摩擦副接触应力的分布与变化规律;提出了考虑接触应力分布时变特性及对流换热条件的二维瞬态温度场计算模型,对摩擦副滑摩过程表面温升及温度场进行了仿真分析。结果表明,软启动过程中,摩擦副由局部接触发展为完全接触,接触区由弯曲椭圆形对称分布于摩擦副两侧发展至完全覆盖,应力大小由接触中心向四周呈椭圆形梯度下降;受接触应力影响,滑摩温度场同样按照从高温中心向四周呈椭圆形梯度下降的方式分布,但对流换热条件的差异导致高温中心相对于接触中心向对偶钢片外侧偏移,使得外径一侧整体温度更高。研究结果为后续液黏摩擦副热机耦合特性与转矩热失稳方面的研究提供了理论基础。     

关节轴承摩擦温度场计算方法

以推力型关节轴承为研究对象,分析了轴向载荷下的接触应力,并根据试验所得摩擦力矩反推出了动态摩擦因数。结合接触应力及摩擦因数求出了摩擦热流率,并将其作为第二类边界条件进行了轴承非定常温度场有限元分析,最后利用红外热像仪拍摄了摩擦过程中轴承侧表面温度分布,检验仿真结果的可靠性。仿真与试验结果表明：该计算方法解决了球面摩擦副摩擦因数的精确计算和热流率的空间分配问题,建模时忽略球面间隙会直接影响接触应力分布并造成温度场分布出现较大误差,考虑球面间隙可以更精确地计算轴承摩擦温度场。     

基于ABAQUS的关节轴承冷挤压仿真参数优化

针对目前自润滑关节轴承冷挤压仿真中参数的设置采用理论值,仿真结果与试验存在较大误差的问题,采用ABAQUS软件对自润滑关节轴承冷挤压过程进行仿真,通过工业CT对试验结果中轴承外圈轮廓和密合度进行测量,提取外圈轮廓用于仿真对比,并修正挤压仿真中衬垫参数、弹性模量、摩擦因数的设置,有助于实现关节轴承的精密挤压仿真。     

基于热网络法的电主轴热结构耦合计算

为了更准确地对电主轴系统进行温度场的预测,建立了综合考虑接触热阻、轴承热变形和气隙变化等因素影响的热网络模型和热结构耦合热网络瞬态温度平衡方程(简称热平衡方程)。首先计算了接触热阻、轴承热变形、电机的定子与转子由于热变形导致的气隙变化以及电机与轴承的生热;然后选择电主轴主要部件作为温度节点,建立了电主轴系统的热网络模型及热平衡方程;最终通过MATLAB软件编程进行热平衡方程的求解,得到电主轴各主要部件的瞬态温度变化情况,通过不断更新接触热阻、轴承生热和电机生热等热特性参数,对电主轴进行温度和结构变形的耦合计算。计算结果表明:在达到平衡状态前,电主轴运转的时间越长,轴承的温度越高,轴承生热功率越低;电机温度随对流换热系数增高而降低;考虑热特性参数变化的热计算所得到的结果更加准确。通过与相同条件下的热结构耦合仿真结果进行对比表明,该热网络瞬态温度模型(热网络模型)可以正确预测温度场分布。     

牙轮钻头空心圆柱滚子轴承热力耦合分析

根据轴承接触力学和传热学理论,建立了牙轮钻头空心圆柱滚子轴承的热力耦合计算模型,分析了其温度、应力与变形分布,并研究了空心度、钻压、摩擦因数、转速、润滑脂温度和井温参数对轴承热力耦合场的影响。结果表明:牙轮钻头空心圆柱滚子轴承系统的最高温度出现在止推轴承上,最大等效应力发生在牙爪轴颈上,最大位移发生在牙轮上,最大接触应力发生在空心滚子接触副上;随着空心度的增大,空心滚子的最高温度、最大接触应力和最大变形均逐渐减小,而最大等效应力呈现出先减小后增大的趋势,空心度为55%的空心滚子等效应力最小;轴承各部件的温度、应力与变形均随钻压、摩擦因素、转速、润滑脂温度和井温的增加而增大。研究结果可为牙轮钻头轴承的设计和优化提供参考,对牙轮钻头在高温深井中的使用具有借鉴作用。     

汽车鼓式制动器热力耦合有限元仿真分析

针对大坡度路段装载有鼓式制动器的重型载重汽车下坡时事故频发的问题,对某后桥单驱动鼓式制动器在制动过程中的温度和应力变化进行了研究。使用了有限元分析方法,对汽车鼓式制动器的制动鼓、制动蹄和摩擦衬片进行了热分析求解和结构分析,将温度场运算结果附加到模型之中,并求解了制动器结构的应力分布,对其进行了热力耦合分析;使用ANSYS workbench建立了鼓式制动器热力耦合有限元模型,通过制动摩擦生热模拟仿真试验对热力耦合作用进行了15次分析。研究结果表明:制动鼓、制动蹄及摩擦片的升温变化明显,通过监测确定了热衰退临界温度临界点。     

数控卧轴平面磨床砂轮主轴-轴承系统的热-结构耦合分析

以某型数控卧轴矩台平面磨床为研究对象,对其砂轮主轴-轴承系统进行了温度分布与热变形的有限元仿真。基于滚动轴承热态特性理论与传热学理论,利用ANSYS Workbench软件对主轴-轴承系统进行稳态和瞬态的温度场仿真,得到了轴承滚子与内外圈滚道温度随时间的变化规律;根据热-结构耦合分析理论和温度场仿真结果,对主轴-轴承系统进行了热-结构耦合分析,得到了主轴在径向、切向与轴向3个方向的热位移与热应力的变化规律,从而揭示了由轴承摩擦产生的热效应造成的温度升高与主轴产生热变形及热位移之间的关系。     

矿车盘式制动器热－结构耦合分析

研究矿车盘式制动器耦合场的分布规律。采用温度场与应力场直接耦合方法,根据矿车制动摩擦副的实际尺寸及热传导的原理,建立摩擦副三维瞬态热-结构耦合的有限元模型,对制动器在紧急制动工况下进行数值模拟。结果表明,耦合场下制动盘温度场、应力场都呈现带状分布,温度与应力的最大值出现在摩擦盘与摩擦片接触挤压处,且应力最大值的出现稍滞后于温度最大值,这说明了二者之间具有耦合特性; 摩擦副径向、轴向具有较大的温度分布梯度,因此会产生较大的热应力,对制动器摩擦副材料造成热冲击和热疲劳,严重时可能会导致制动盘出现裂纹。     

航空圆柱滚子轴承热力耦合下疲劳寿命研究

以M50NiL航空圆柱滚子轴承为研究对象,基于Lundberg-Palmgren疲劳寿命理论和Hertz接触理论,结合Goodman公式及材料P-S-N曲线,综合考虑热应力和结构应力的共同作用,建立其疲劳寿命模型。该模型主要与最大Hertz接触应力及材料系数相关。在有限元软件ANSYS求解应力过程中,采用热塑性有限元法,计算温度场载荷;将摩擦热载荷产生的温度场和热应力分布做为应力分析的边界条件,推导轴承在热力耦合下的应力分布规律,并对某直升机单工况作用下的主减速器圆柱滚子轴承给出疲劳寿命评估,评估表明与试验值误差仅为11.61%。研究结果表明,该疲劳寿命模型综合考虑热应力和结构应力的影响,是一种安全、有效的疲劳寿命估算方法。     

航空圆柱滚子轴承热弹耦合下疲劳寿命研究

以M50NiL航空圆柱滚子轴承为研究对象,基于Lundberg Palmgren疲劳寿命理论和Hertz接触理论,结合Goodman公式及材料P S N曲线,综合考虑热应力和结构应力的共同作用,建立其疲劳寿命模型。该模型主要与最大Hertz接触应力及材料系数相关。在有限元软件ANSYS求解应力过程中,采用热塑性有限元法,计算温度场载荷;将摩擦热载荷产生的温度场和热应力分布做为应力分析的边界条件,推导轴承在热力耦合下的应力分布规律,并对某直升机单工况作用下的主减速器圆柱滚子轴承给出疲劳寿命评估,评估表明与试验值误差仅为1161%。研究结果表明,该疲劳寿命模型综合考虑热应力和结构应力的影响,是一种安全、有效的疲劳寿命估算方法。