高速角接触球轴承接触问题数值分析

作     者：徐腾腾 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王保民;范仲民

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：高速角接触球轴承 弹流润滑 接触问题 数值分析 摩擦系数 

摘      要：角接触球轴承作为高速旋转机械装备的重要支承零件,它的机械特性对支承装置的性能有着重要的影响。在角接触球轴承高速运行中,滚动体和内外圈的接触摩擦会导致轴承温度的升高和极端应力的出现,同时还会导致零件表面微细裂缝和磨损,所以对高速角接触球轴承的接触问题进行深入研究是十分必要的。针对角接触球轴承在弹流润滑和高转速条件下的接触问题,基于Reynolds方程得到油膜刚度方程,并在接触刚度和油膜刚度的基础上得出等效接触刚度。以7008A高速角接触球轴承为研究对象,在考虑弹流润滑影响的条件下,对高速角接触球轴承接触应力、应变和接触温度进行了深入地分析和研究。建立高速角接触球轴承参数化模型,在考虑弹流润滑且高转速影响的情况下,计算轴承对流换热系数,运用有限元软件分析了不同工况下高速角接触球轴承接触应力、应变和温度。结果表明:轴承的接触应力、应变和接触温度随着载荷和转速的增加而增大;受离心力作用的影响,外圈的接触应力和应变均大于内圈;受不利散热条件的影响,轴承内圈的接触温度高于外圈;考虑弹流润滑时轴承内外圈的接触应力、应变和温度都要小于未考虑的情况,弹流润滑影响对外圈的影响受较内圈更明显,随着转速和载荷的增大,弹流润滑对轴承接触应力、应变和温度的影响更加显著。分析了滚珠材料、润滑油粘度以及摩擦系数等不同工况条件对高速角接触球轴承接触问题的影响。分析结果显示,在不同载荷和转速情况下陶瓷滚动体轴承的摩擦接触性能优于钢滚动体轴承;轴承温度超过200℃以后,轴承的摩擦系数会急剧升高;轴承的摩擦系数超过0.02后,轴承的接触应力也会快速增大;轴承最大接触应力和应变随润滑油粘度的增加而增大;润滑油粘度接近0.01Pa·s,摩擦系数最小。研究结果表明:在不同工况下,弹流润滑条件和摩擦系数等因素对高速角接触球轴承的接触问题有重要影响,研究成果对改进和优化高速角接触球轴承的设计具有一定的参考价值。