表面织构化角接触球轴承润滑性能分析

作     者：吴艳 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王保民

授予年度：2022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：角接触球轴承 表面织构 结构参数 油气润滑 油相体积分数 

摘      要：角接触球轴承是高速电主轴的重要支撑部件,油气润滑是角接触球轴承的主要润滑方式,而表面织构技术作为一种新型表面处理技术,可以有效提高接触副表面的摩擦学特性,因此,研究在油气润滑条件下织构化角接触球轴承的润滑性能具有重要的意义。本文基于油气两相流理论、点接触弹流润滑理论以及流体动力学理论,建立了SKF 7210C表面织构化角接触球轴承腔的三维计算模型,并利用Fluent软件进行了数值仿真,分析了表面织构形状及最佳形状结构参数对轴承腔内油相体积分数的影响,分析了阶梯型槽织构内部流体域的流动情况以及织构前后槽槽深以及槽宽对轴承腔内油相体积分数的影响。本文主要结论有:(1)表面织构对角接触球轴承润滑性能的影响分析。与无织构轴承相比,内圈织构化角接触球轴承腔内油相体积分数有明显提高,其中,长构槽形织构对提高轴承腔内油相体积分数效果尤为显著。轴承腔内油相体积分数随着织构深度和面积率的增大先增加后减小,随着织构宽度的增大先增加后趋于稳定;当长沟槽形织构深度为12μm,面积率为0.47,宽度为1mm时,轴承腔油相体积分数达到最大值,轴承具有最佳的润滑性能。因此,合理的设计织构参数,可以有效的改善角接触球轴承的润滑性能。(2)表面织构对角接触球轴承油气润滑中气帘效应的影响分析。角接触球轴承在高速旋转时,滚动体与轴承内外圈滚道之间会发生摩擦,导致轴承腔内的润滑油形成涡旋现象,从而产生气帘效应,织构化内圈使角接触球轴承腔内空气的摩擦加剧,气帘效应更加明显,且随着轴承转速的增加气帘效应也逐渐增强。(3)阶梯型织构对角接触球轴承油气润滑的影响分析。当阶梯型织构的槽宽相同时,随着阶梯槽织构的槽深比增大轴承腔内油相体积分数先增加后减小;当阶梯型织构的槽深比δ为定值时,随着阶梯型槽织构前槽变宽后槽变窄,轴承腔内油相体积分数先增加后减小;当阶梯型织构槽宽与槽深比均为变量时,槽深比δ1时,轴承腔内油相体积分数随前槽织构宽度的增大先增加后减小,槽深比δ1时,轴承腔内油相体积分数随着前槽织构宽度的增大先减小后增大。