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高铁轴承试验机陪试轴承散热分析

高铁轴承试验机陪试轴承散热分析

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作者：冯军河南科技大学

学位级别：硕士

在高铁轴承的国产化进程当中，轴承试验是轴承设计、制造过程中一个不可缺少的环节，高铁轴承试验机为了完成轴承多种工况的实验任务，对试验机中重要支撑部件—陪试轴承的工作状态的稳定性有着更高的要求。试验机在高速重载的工况条件... 详细信息

在高铁轴承的国产化进程当中，轴承试验是轴承设计、制造过程中一个不可缺少的环节，高铁轴承试验机为了完成轴承多种工况的实验任务，对试验机中重要支撑部件—陪试轴承的工作状态的稳定性有着更高的要求。试验机在高速重载的工况条件下工作时，陪试轴承的摩擦生热量很大，会导致陪试轴承温升过高，进而影响试验机主轴的稳定性。为解决陪试轴承的发热问题，本文通过对陪试轴承生热机理、散热方式进行分析，探讨影响轴承发热的主要因素，深入研究陪试轴承的有效散热方式，从而减小陪试轴承在高速重载工况下的温升，提高轴承使用的可靠性。本文以高铁轴承试验机陪试轴承为研究对象，完成了对陪试轴承的选型，分析了轴承的生热机理及影响轴承生热的因素，并对轴承内部的传热进行分析探讨。建立了试验机支承系统的有限元模型，分析了陪试轴承及支承系统的温度分布状况。同时，根据支承系统的结构特点，在陪试轴承支座上设计沟槽散热系统，实现了对散热沟槽结构的改进，并对改进后的结构进行应力分析，保证其支撑强度。基于传热学原理，利用数值差分方法建立散热管道流体的简化温度场分析数学模型，通过对散热管道流场速度和温度分布规律的计算分析，得到流场的努赛尔数和表面换热系数随不同参数的变化情况。为了深入研究陪试轴承的散热机理，通过建立完整的管道流体对流散热有限元仿真模型，探讨流体入口速度、初始温度和物性参数对换热的影响规律。对流场的散热进行模拟试验，验证了理论和仿真分析结果的一致性，保证理论计算分析的可靠性，为高铁轴承试验台的设计提供相关数据参考。本文经过大量的理论分析与仿真计算，探究出提高陪试轴承散热性能的方式方法。研究结果表明：在陪试轴承支座上设计沟槽散热系统可以有效降低陪试轴承的温升，水冷的效果比油冷更为明显;当流体入口速度达到一定值时，再单纯的提高流体入口速度已不能使对流换热性能得到明显强化;适当降低流体初始温度可以显著提高对流换热的性能。

关键词：高铁轴承试验机陪试轴承散热分析数值模拟对流换热

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高铁轴承试验台陪试轴承温度场特性及散热方法研究

高铁轴承试验台陪试轴承温度场特性及散热方法研究

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作者：李凌鑫河南科技大学

学位级别：硕士

陪试轴承是高铁轴承试验台的关键零部件，它支承着试验台整个主轴系统，在高速运转工况下承受着主轴上的巨大工作载荷。由于陪试轴承的工作转速超过其参考转速，在工作过程中必然产生大量的热量，这些热量如果不能及时散发出去，容易造... 详细信息

陪试轴承是高铁轴承试验台的关键零部件，它支承着试验台整个主轴系统，在高速运转工况下承受着主轴上的巨大工作载荷。由于陪试轴承的工作转速超过其参考转速，在工作过程中必然产生大量的热量，这些热量如果不能及时散发出去，容易造成陪试轴承温度过高。如果陪试轴承的温度超过一定范围，就会造成润滑剂的失效、轴承内滚子与滚道表面之间油膜的破坏，使陪试轴承的滚动体和内外圈出现烧伤、胶合，甚至轴承报废，从而使试验台无法正常工作。因此，陪试轴承的正常运转是整个高铁轴承试验正常进行的关键。对高铁轴承试验台陪试轴承在工作时的温度场特性进行研究，并根据其温度特性设计散热方法和散热装置，改善陪试轴承的工作环境，可以保证其在正常的温度范围内工作，确保高铁轴承试验台的正常运转。本文根据高铁轴承试验台的设计要求，选取了合适的陪试轴承型号。利用两种摩擦力矩计算方法对陪试轴承进行了计算，通过对比分析，选择了更适合陪试轴承工况的摩擦力矩计算方法对陪试轴承进行生热计算。利用热流网络法建立了陪试轴承的传热模型，对陪试轴承在各种工况下的生热、传热和温度特性进行了研究，并分别对陪试轴承径向、外圈轴向和外圈周向的温度分布进行了计算，得出了陪试轴承在各种工况下的温度场特性。用有限元仿真方法对分析结果进行了验证，仿真结果与计算结果基本吻合，说明传热模型正确，分析合理，为陪试轴承的散热系统设计提供了理论依据。针对陪试轴承温度场的分析结果，设计了陪试轴承的散热系统。提出了一种全新的滚动轴承散热方法，在此方法基础上设计了一种滚动轴承散热装置，为需要外部强制散热的高速重载轴承提供了一种散热解决方案。

关键词：陪试轴承温度场热流网络法轴承散热

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