避免气帘效应的超高速电主轴轴承润滑技术

阐述了d_m·n值超过2.0×10~6mm·r/min的超高速电主轴轴承的油气润滑机理,分析了轴承腔内的气帘效应,重点介绍了目前较先进的几种润滑新技术,并对其加工成本、环保性和综合性能进行总结。     

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...     

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。     

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。     

高速角接触球轴承腔内润滑脂流动特性数值分析

针对润滑脂在高速角接触球轴承运行过程中的流动特征,建立角接触球轴承腔内润滑脂流动分析模型,采用多重参考系方法模拟轴承腔内各组件的运动规律,选用非牛顿流体模型模拟润滑脂的流变特性,运用CFD软件Fluent对轴承腔内润滑脂的分布和流动速度及影响因素进行数值分析。结果表明:轴承腔内润滑脂主要分布在外滚道滚动体运动方向两侧,且流动速度很低;保持架内侧粘附较多的润滑脂,且具有较高的速度;内滚道和滚动体壁面粘附的润滑脂最少,但流动速度最高;轴承转速的增加会使更多的润滑脂粘滞在外滚道滚动体两侧,内滚道与保持架之间的润滑脂减少,但转速的增加使内滚道与保持架之间以及滚动体与内滚道接触区附近的润滑脂的流动速度提高;润滑脂黏稠度、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。     

超高速主轴轴承内部润滑状态分析

基于稳态Ree-Eyring模型点接触热弹流润滑理论,采用多重网格法分析了油气润滑超高速主轴轴承在不同结构参数和工况条件下内部各接触区域的润滑状态;通过对轴承内部球与内、外套圈滚道之间的润滑状态进行系统仿真,分析了轴承转速、轴向预载荷、球径和初始接触角等基本参数对超高速主轴轴承内部润滑状态的影响。结果表明:超高速运行状态下的主轴轴承,其内部接触区的润滑油膜温度急剧升高,制约着电主轴轴承极限转速的提高;优化轴承的球径和初始接触角可使轴承内部接触区达到最佳的润滑状态;轴承的轴向预载荷对内部接触区的润滑状态影响不大。     

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。     

面向乏油工况的高速轴承润滑增效研究

高速工况下轴承内部流动阻力增大、接触区供油效率降低导致轴承处于乏油润滑状态,严重影响轴承的服役性能.为提升高速下轴承内部润滑介质流动能力,改善轴承的润滑状态,本文提出一种面向滚动轴承喷射润滑的增效方法.通过在轴承内圈表面设计轴向沟槽结构,提升润滑介质的轴向流动能力,进而提高高速工况下轴承滚道及接触区域的润滑油量.通过建...     

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。     

杂质颗粒对油水两相润滑轧机油膜轴承弹流润滑的影响

以轧机油膜轴承为研究对象,建立了油水两相流的弹流润滑模型,分析了润滑液中杂质颗粒对轧机油膜轴承润滑性能的影响。结果表明:存在杂质颗粒时,杂质颗粒接触区压力增大,入口区压力及最大压力变化不大,膜厚减小;随着杂质颗粒半径的增大,入口区压力增大,颗粒接触区压力增大,最大压力减小,膜厚减小;随着杂质颗粒浓度的增加,入口区压力减小,杂质颗粒接触区压力增大,最大压力增大,膜厚减小;随着杂质颗粒流速的增加,入口区压力及最大压力变化不大,而颗粒接触区域压力增大,膜厚减小;随着油水两相流体中含水量的增加,入口区压力减小,最大压力增大,杂质颗粒接触区压力增大,膜厚增大。     

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。     

径向游隙对角接触球轴承两相流热特性的影响

径向游隙直接影响角接触球轴承内部两相流的分布以及热特性。为探究不同径向游隙下角接触球轴承油气润滑两相流热特性变化规律,基于两相流理论以及轴承换热机制,建立数值分析模型模拟轴承腔内油气两相流流动特性,分析径向游隙和轴承运行工况对轴承腔内流场分布以及温升的影响,并通过轴承温升试验验证了仿真结果。结果表明：油气两相流中油相受离心力影响主要分布在轴承外圈,径向游隙增大使得油相体积分数减少;轴承温升随着径向游隙增大而减少,一定程度上增大径向游隙可以减少轴承生热量。研究结果为探究角接触球轴承油气润滑热特性以及改善轴承腔结构参数提供了参考。     

结合动力学和CFD的轴承腔内两相流动与传热研究

综合考虑弹流润滑、表面粗糙度及钢球滑动对钢球与沟道微观接触区润滑状态的影响,建立了基于弹流润滑的高速球轴承拟动力学模型,获得了钢球的运动参数和轴承的功率损失.将拟动力学模型的输出作为边界条件,应用计算流体力学(CFD)分析软件ANSYS FLUENT建立轴承热流耦合模型,研究载荷、转速及喷嘴位置对轴承腔内两相流动和传热...     

基于套圈变形的柔性轴承弹流润滑分析

以柔性轴承为研究对象,基于赫兹接触理论和弹性薄壁圆环理论,建立柔性轴承等温椭圆点接触弹流润滑模型,对滚珠及内外圈滚道的接触区受载荷最大位置处进行弹流润滑数值分析;计算危险点的曲率半径、速度及载荷,分析载荷及速度变化对该位置润滑性能的影响。研究结果表明:套圈变形使得润滑接触区峰值压力增大、膜厚减小;柔性轴承弹流润滑油膜最小膜厚及中心膜厚均随载荷的增大而减小,油膜压力随载荷的增大而变大,表明载荷增大对柔性轴承的承载有一定影响;随转速的增大最小膜厚及中心膜厚均增大,表明在一定范围内,适当提高转速能够改善润滑性能。     

轴承腔中考虑油滴运动的气相物理场分析

航空发动机轴承腔中考虑油滴运动的气相物理场分析是进行二次流及润滑系统设计的基础工作。因此,采用有限元数值分析的方法,研究了轴承腔中嵌入油滴运动影响条件下气相介质的速度场、温度场和压力场,并探讨了转子转速对气相介质流动速度、温度以及轴承腔连通区域压力分布的影响规律。分析结果表明:随着转子转速的增大,气相介质流动速度和温度增大,同时进气腔与回油腔之间压力差减小。此外,将考虑油滴运动的气相物理场与油滴/空气相的耦合计算方法所得结果进行对比,据此确定本文所采用研究方法的准确性及其在计算时间上的优势。     

高速电主轴用脂润滑轴承性能试验

以高速磨削电主轴用角接触陶瓷球轴承B7005C/HQ1P4为研究对象,分别在油雾润滑和脂润滑下对轴承进行高速性能试验,通过对比分析转速、载荷与温升的关系研究了脂润滑轴承的高速性能。结果表明,在循环水冷却的条件下,转速低于40 000 r/min或dmn值小于1.44×106mm.r/min时,高速电主轴可以使用脂润滑陶瓷球轴承。     

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。     

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。     

轴承腔油气两相泡状流动的数值研究

航空发动机轴承腔过热或着火等现象与腔内油气两相泡状流动有关,需要通过数值计算研究两相泡状流动特性,从而为轴承腔润滑设计提供参考依据。针对上述问题,以某型航空发动机轴承腔为对象,建立轴承腔润滑油气液两相泡状流动模型,借助该模型研究润滑油介质运动状态。在建立模型方程时,考虑气泡直径尺寸大小和破裂聚合的影响,引入气泡种群方程和破裂聚合模型,并基于两流体模型和 两方程湍流模型,建立轴承腔内润滑油两相泡状流动计算模型。通过数值计算,模拟出轴承腔内润滑介质流场,最后利用国外文献的试验数据对理论分析进行了验证。研究表明,轴承腔润滑介质中气泡直径尺寸分布状态以及与转速的关系,揭示空泡率、转子转速和润滑介质进口速度等工况条件对轴承腔润滑油性能的影响。与国外试验数据的对比证明了该理论分析方法在航空发动机轴承腔润滑系统设计的可靠性和可行性。     

不同引导方式下保持架运动特性分析

随着对滚动轴承性能的要求越来越高,其动力学特性成为轴承设计至关重要的部分。针对角接触球轴承腔内保持架的运动特性,基于ADAMS建立了保持架不同引导方式下的动力学仿真模型,对比分析了在保持架不同引导方式及不同工况下角接触球轴承腔内保持架打滑率、质心轨迹、质心速度与质心加速度等变化规律。该研究对滚动轴承结构优化设计、提高轴承稳定性具有重要的参考意义。