一种滚子轴承环下润滑轴承腔内热场特性研究方法技术

本发明专利技术属于轴承温度场计算技术领域，具体涉及一种滚子轴承环下润滑轴承腔内热场特性研究方法。构建轴承内圈油槽模型和轴承腔内模型；改变供油量和轴承转速，对轴承内圈油槽模型施加某一供油量和轴承转速，利用轴承转速计算轴承的摩擦生热量，将轴承的摩擦生热量分配给对应边界的生热量，以进行仿真，从而得到相应的进油口流量与油相分布数据；将进油口流量与油相分布数据施加至轴承腔内模型进行轴承腔内油

【技术实现步骤摘要】
一种滚子轴承环下润滑轴承腔内热场特性研究方法


[0001]本专利技术属于轴承温度场计算
，具体涉及一种滚子轴承环下润滑轴承腔内热场特性研究方法。

技术介绍

[0002]高速圆柱滚子轴承作为一种常见的标准机械零件，广泛应用于航空发动机中。近年来，随着航空发动机的转速逐渐提高，其内部轴承的热负荷也越来越高，这就对轴承的润滑方式和润滑效率提出了新的挑战。环下润滑是通过在轴承内圈开孔的方式，利用轴承运转时的离心力，将润滑油甩到轴承内部的一种润滑方式，相对于传统的喷油润滑方式用油量相对较少，润滑油更易于到达润滑部位，润滑和冷却效果更好。环下润滑时轴承腔内温度受到多种因素的影响，比如环下油槽、转速、供油量等，它们会以不同的方式影响轴承的润滑效率以及运行时的温度。因此，开展环下润滑圆柱滚子轴承腔内油气两相流的热场特性研究，以提升航空发动机主轴轴承润滑效率，以及改善轴承发热是一项重要的研究工作。
[0003]但是目前国内外研究主要集中于对油气润滑、喷油润滑等常规润滑方式的内部流场和热场的计算和实验和对环下供油流道的设计与实验等，但是这些实验方式并不完全适用于环下润滑，无法实现对环下润滑轴承腔内热场特性研究；而且环下润滑轴承腔内的温度分布特性以及影响因素和规律尚不明确，尚无一个有效的方法来实现对环下润滑轴承腔内热场特性研究，从而无法准确分析其热场特性，无法为高速圆柱滚子轴承环下润滑设计提供有效指导。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种滚子轴承环下润滑轴承腔内热场特性研究方法，用以解决现有技术中的特性研究方法无法准确分析环下润滑轴承腔内热场特性的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所提供的技术方案以及技术方案对应的有益效果如下：
[0006]本专利技术的一种滚子轴承环下润滑轴承腔内热场特性研究方法，包括以下步骤：
[0007]S1.构建N个循环周期的轴承内圈油槽模型，所述轴承内圈油槽模型包括进油口和供油口，所述进油口处边界设置为压力出口，所述轴承内圈油槽模型的供油口处设置为速度入口；构建与轴承内圈油槽模型相同周期角度的轴承腔内模型，包括进油口，所述轴承腔内模型的进油口对应所述轴承内圈油槽模型的进油口，所述轴承腔内模型的进油口为速度入口；所述循环周期为油槽的周期性分布的单个周期；
[0008]S2.对所述轴承内圈油槽模型施加某一供油量和轴承转速，利用轴承转速计算轴承的摩擦生热量，将轴承的摩擦生热量分配给对应边界的生热量，以进行仿真，从而得到相应的进油口流量与油相分布数据；
[0009]S3.将所述进油口流量与油相分布数据施加至所述轴承腔内模型进行轴承腔内油
‑
气两相流的热场仿真，计算得到轴承腔内各种温升；
[0010]S4.改变供油量和/或轴承转速，重复步骤S2～S3，得到不同供油量和轴承转速下的轴承腔内总温升情况，以对滚子轴承环下润滑轴承腔内热场特性进行研究。
[0011]上述技术方案的有益效果为：本专利技术分别建立了圆柱滚子轴承内圈油槽模型和轴承腔内模型，分别改变转速或者供油量，对所述轴承内圈油槽模型施加某一供油量和轴承转速，利用轴承转速计算轴承的摩擦生热量，将轴承的摩擦生热量分配给对应边界的生热量，以进行仿真，得到进油口流量与油相分布数据，并将这些数据带入到轴承腔内模型进行轴承腔内油
‑
气两相流的热场仿真，将得到轴承腔内温升结果。本专利技术计算了转速和供油量对轴承腔内总温升的影响，进而分析轴承转速、供油量对轴承腔内温升的影响规律，反映了轴承腔内的实际特性且模型结构简单。因此，本专利技术对高速圆柱滚子轴承环下润滑设计提供了参考依据。另一方面，由于本专利技术主要是获得轴承腔内较为准确的进油量，所以不再对环下润滑的整个供油流道进行建模，只对轴承内圈油槽进行建模计算，从而在保证研究效果的基础上简化了模型结构。
[0012]进一步地，所述各种温升包括：总温升、轴承摩擦温升和环间润滑油粘性剪切温升。
[0013]上述技术方案的有益效果为：本专利技术计算了转速和供油量对轴承腔内总温升的影响，并分别计算了轴承摩擦温升和环间润滑油粘性剪切温升，以及二者对轴承总温升的影响规律和影响程度。结果表明：轴承供油量一定时，轴承转速越高，轴承内部组件摩擦加剧，轴承腔内润滑油受到的粘性剪切力增大，摩擦、粘性温升均升高；轴承转速一定时，由于油量增加造成的润滑油粘性剪切温升的增加和冷却效果的提高，在油量较低时前者高于后者，随后两者逐渐持平，粘性温升先下降然后维持在一定水平，轴承摩擦温升降低。该研究对高速圆柱滚子轴承环下润滑设计提供了参考依据。
[0014]进一步地，所述总温升＝所述轴承摩擦温升+所述环间润滑油粘性剪切温升。
[0015]进一步地，步骤S2中所述对应边界的生热量包括分别分配给轴承内圈、外圈和滚子接触表面的生热量，且将所述摩擦生热量按1：1：2的比例分配给轴承内圈、外圈和滚子接触表面。
[0016]进一步地，N＝1；1个循环周期为48
°
，所述轴承内圈油槽模型包括1个供油口和2个进油口，所述轴承腔内模型也取48
°
为一周期。
[0017]进一步地，将进油口完全经过一个滚子转动的角度数记为一个转动周期，相应经过的范围划分为多个转动范围，在每一个转动范围内设置一个温度测量位置，获取进油口在每一个温度测量位置的温度，最后对得到的多个温度进行加权平均得到所述轴承腔内温度。
[0018]上述技术方案的有益效果为：对于轴承腔流体计算模型，由于环下润滑时进油口与滚子的相对位置在不断发生变化，所以通过对多个不同位置的温度进行计算，将得到的结果进行加权平均之后作为最终温度结果，以得到更精确地温度数据。
[0019]进一步地，所述多个转动范围为3个转动范围，所述轴承腔内温度T为：
[0020][0021]其中，T1为a1对应的转动范围内设置的温度测量位置所获取的温度，T2为a2对应转动范围内设置的温度测量位置所获取温度，T3为a3对应转动范围内设置的温度测量位置所
获取的温度，a1、a2、a3分别为所述3个转动范围所对应的角度，A＝a1+a2+a3。
[0022]进一步地，在对轴承腔内油
‑
气两相流的热场进行仿真过程中，需将轴承滚子和内外圈的接触面设置为热源，其余壁面设置相应的对流换热系数。
[0023]进一步地，在进行轴承腔内油
‑
气两相流的热场仿真前还需要设置边界条件；所述边界条件包括轴承内圈、外圈和滚子的边界热流密度；内圈热流密度q
i
，外圈热流密度q
o
，滚子热流密度q
r
分别可由下式得出：
[0024][0025][0026][0027]式中：S
i
、S
o
、S
r
分别为内圈、外圈、滚子的接触面积，N为轴承的摩擦生热量，C为滚子个数。
[0028]进一步地，所述轴承内圈油槽模型的其余壁面设置为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种滚子轴承环下润滑轴承腔内热场特性研究方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.构建N个循环周期的轴承内圈油槽模型，所述轴承内圈油槽模型包括进油口和供油口，所述进油口处边界设置为压力出口，所述轴承内圈油槽模型的供油口处设置为速度入口；构建与轴承内圈油槽模型相同周期角度的轴承腔内模型，包括进油口，所述轴承腔内模型的进油口对应所述轴承内圈油槽模型的进油口，所述轴承腔内模型的进油口为速度入口；所述循环周期为油槽的周期性分布的单个周期；S2.对所述轴承内圈油槽模型施加某一供油量和轴承转速，利用轴承转速计算轴承的摩擦生热量，将轴承的摩擦生热量分配给对应边界的生热量，以进行仿真，从而得到相应的进油口流量与油相分布数据；S3.将所述进油口流量与油相分布数据施加至所述轴承腔内模型进行轴承腔内油
‑
气两相流的热场仿真，计算得到轴承腔内各种温升；S4.改变供油量和/或轴承转速，重复步骤S2～S3，得到不同供油量和轴承转速下的轴承腔内总温升情况，以对滚子轴承环下润滑轴承腔内热场特性进行研究。2.根据权利要求1所述的滚子轴承环下润滑轴承腔内热场特性研究方法，其特征在于：所述各种温升包括：总温升、轴承摩擦温升和环间润滑油粘性剪切温升。3.根据权利要求2所述的滚子轴承环下润滑轴承腔内热场特性研究方法，其特征在于：所述总温升＝所述轴承摩擦温升+所述环间润滑油粘性剪切温升。4.根据权利要求1所述的滚子轴承环下润滑轴承腔内热场特性研究方法，其特征在于：步骤S2中所述对应边界的生热量包括分别分配给轴承内圈、外圈和滚子接触表面的生热量，且将所述摩擦生热量按1：1：2的比例分配给轴承内圈、外圈和滚子接触表面。5.根据权利要求1所述的滚子轴承环下润滑轴承腔内热场特性研究方法，其特征在于：N＝1；1个循环周期为48
°
，所述轴承内圈油槽模型包括1个供油口和2个进油口，所述轴承腔内模型也取48
°
为一周期。6.根据权利要求1所述的滚子轴承环下润滑轴承腔内热场特性研究方法，其特征在于：将进油口完全...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红彬，王轶泽，高创，高作斌，李建文，金亮，
申请(专利权)人：精进电动科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：