【摘 要】
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角接触球轴承被广泛应用于航空航天、武器装备、铁路运输等领域。在高速重载工况下,该类轴承易发生润滑失效和热失稳等问题,国内外学者为解决这些问题做了大量努力,但尚未涉及轴承套圈热变形和弹流润滑对其拟静力学特性的影响研究。此外,已有的角接触球轴承滚球-滚道点接触热弹流润滑研究也未考虑流体惯性力、固体表面热变形等的综合作用。为此,本文在国家重点研发计划项目(项目编号:2018YFB2000604)和国家自
【基金项目】
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国家重点研发计划项目(项目编号:2018YFB2000604)“高速精密轴承新型润滑技术”; 国家自然科学基金项目(项目编号:51775067)“计入转子动力学性能影响的高速滚动轴承多体润滑及热特性研究”;
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角接触球轴承被广泛应用于航空航天、武器装备、铁路运输等领域。在高速重载工况下,该类轴承易发生润滑失效和热失稳等问题,国内外学者为解决这些问题做了大量努力,但尚未涉及轴承套圈热变形和弹流润滑对其拟静力学特性的影响研究。此外,已有的角接触球轴承滚球-滚道点接触热弹流润滑研究也未考虑流体惯性力、固体表面热变形等的综合作用。为此,本文在国家重点研发计划项目(项目编号:2018YFB2000604)和国家自然科学基金项目(项目编号:51775067)的资助下,建立了角接触球轴承修正拟静力学模型,并基于此开展了考虑流体惯性力、表面热变形和粗糙的角接触球轴承热弹流润滑研究。论文主要工作如下:首先,建立了综合考虑轴承套圈热变形和滚球-滚道弹流润滑中心膜厚的角接触球轴承修正拟静力学模型,并对比了该模型与传统拟静力学模型结果的差异。结果表明:套圈热变形和弹流润滑中心膜厚对角接触球轴承力学特性均有影响;轴承内圈转速越高,套圈热变形对轴承力学特性的影响越显著。然后,建立了考虑流体惯性力的点接触非牛顿热弹流润滑模型,对比研究了有无流体惯性力下载荷、卷吸速度、滑滚比和环境温度对角接触球轴承热弹流润滑性能的影响,同时开展中心膜厚测量实验验证。研究发现:考虑流体惯性力后,小滑滚比下的二次压力峰略有增大;油膜温升区域显著扩大,油膜温度最大值升高;油膜厚度增大,油膜逆流程度增强;考虑惯性力情况下的中心膜厚更接近实验结果。接着,建立了考虑表面热变形的点接触非牛顿热弹流润滑模型,对比研究了有无热变形下载荷、卷吸速度、滑滚比和环境温度对角接触球轴承热弹流润滑性能的影响。为此,提出快速求解表面热变形的ITD(Internal Temperature Distribution-based)法。结果表明:所提出的ITD法可以准确快速地计算轴承表面热变形;考虑热变形后,较大滑滚比下轴承接触区的二次压力峰以及油膜出口附近的中层油膜温度显著减小;油膜厚度降低,膜厚曲线向出口位置倾斜。之后,以角接触球轴承修正拟静力学模型和点接触热弹流润滑分析模型为理论基础,研究了轴承工况和结构参数对其热弹流润滑特性的影响。结果表明:适当增大原始接触角、增多滚球数目或减小内滚道曲率半径系数,可减小滚球-滚道接触区的油膜压力、增大油膜厚度、降低油膜温度。最后,分析了工况、结构和粗糙度特征参数对粗糙表面角接触球轴承热弹流润滑性能的影响。研究发现:随着内圈转速、原始接触角、滚球直径或滚球数目的增大,油膜压力减小,油膜厚度增大;内圈转速的增大导致油膜温度升高,而滚球直径的增大导致油膜温度降低;增大表面粗糙度的波长可以改善轴承的润滑性能。
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