一种仿真深沟球轴承摩擦热温度场测量方法技术

一种仿真深沟球轴承摩擦热温度场测量方法，涉及一种轴承测量方法，本发明专利技术测量方法通过深沟球轴承热传递计算、深沟球轴承表面传热系数计算和深沟球轴承温度场分析，以及通过对深沟球轴承的有限元进行瞬态热分析，得到轴承内圈、轴承外圈和滚动体的温度分布，深沟球轴承温度场可以看出轴承系统各部分的温度变化情况：温度最高的是滚动体，是轴承生热的主要来源；结果表明：深沟球轴承内温度最高的是滚动体，其次温度高的是轴承内圈，这是因为轴承内圈与轴的接触面积较小热传导系数相对较低；温度最低的部件是轴承外圈，其与轴承座的接触面积较大，热传导系数较高，热量散发较快。本发明专利技术对于轴承机械运动以及在工程应用中测量分析十分必要。析十分必要。

【技术实现步骤摘要】
一种仿真深沟球轴承摩擦热温度场测量方法


[0001]本专利技术涉及一种轴承测量方法，特别是涉及一种仿真深沟球轴承摩擦热温度场测量方法。

技术介绍

[0002]滚动轴承设备是机械中应用广泛的一种设备，在现代工程机械中的作用不可或缺，广泛地深入到航空、飞行器、机械制造、国防医学等各个方面。轴承损坏的大部分原因是摩擦产生热而导致的。因此，对滚动轴承进行热分析是必要的，对于机械运动以及在工程应用中旋转设备的寿命也是十分必要的。
[0003]利用ANSYS对轴承温度和热应力仿真，得出轴承内圈、外圈和滚动体在温度升高情况下各自的变形趋势。对球轴承拟静力学分析，计算轴承高速球轴承各部位的生热和总生热，对比转速、轴向、径向载荷、润滑油粘度、沟曲率系数等对轴承生热的影响。使用有限元软件对轴承的静力学和动力学分别进行分析，得到轴承摩擦热量，分别求出各个滚子的热量。研究了滚动轴承理论分析和各种轴承热分析软件的计算方法的适用性,，来验证转速、载荷对轴承生热规律、及发热量的影响。
[0004]目前，大多数文献采用的有限元法研究轴承的发热问题未考虑轴承运转时情况，大多数分析的是出于静止状态的轴承温度场，认为轴承的发热是受力最大的滚动体和内、外滚道处的摩擦生热量大，而受力小的滚动体发热量也小。然而，在运转过程中每个滚动体的受力大小变化都是处于循环状态。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种仿真深沟球轴承摩擦热温度场测量方法，本专利技术通过对深沟球轴承的有限元进行瞬态热分析，得到轴承内圈、轴承外圈和滚动体的温度分布，深沟球轴承温度场：通过对深沟球轴承6306的有限元模型进行仿真分析，表明深沟球轴承内温度最高的是滚动体，其与轴承座的接触面积较大，热传导系数较高，热量散发较快；为此，提出一种仿真深沟球轴承摩擦热温度场测量方法，对于轴承机械运动以及在工程应用中测量分析十分必要。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种仿真深沟球轴承摩擦热温度场测量方法，深沟球轴承热传递计算、深沟球轴承表面传热系数计算和深沟球轴承温度场分析，具体步骤如下：步骤1、所述深沟球轴承热传递计算包括接触应力的确定、ANSYS有限元仿真验证接触应力和ANSYS有限元仿真结果；步骤2、所述深沟球轴承表面传热系数计算包括轴与轴承座的热传导、轴端的表面传热系数和球面的表面传热系数；步骤3、所述深沟球轴承温度场分析包括有限元热分析模型建立和热载荷和边界条件。
[0007]进一步地，所述步骤1还包括通过计算摩擦热可以确定轴承接触区域的生热情况，通过摩擦热流量计算式：式中：为摩擦因数；为内、外圈与滚动体间接触应力；为内、外圈与滚动体间相对滑动速度。
[0008]进一步地，所述步骤1还包括滚动体与内滚道间的相对滑动的平均值为式中：为内圈角速度，为滚动体公转角速度，为滚动体自转角速度，为滚动体直径与轴承节圆直径的比值。滚动体与外滚道间的相对滑动的平均值为。
[0009]进一步地，所述步骤2还包括轴承与轴承座之间存在热传导传热，即式中：为轴承的温度，为轴承座的温度，S为热流方向的导热面积，dx是两物体间的距离，k是热导率。
[0010]进一步地，所述步骤2还包括在静止的空气中受到的对流换热属于自然对流换热，表面换热系数可用下式表示式中：为空气的温度。
[0011]进一步地，所述轴承转动部分的空气收到的对流换热属于强制对流换热，表面换热系数可用下式表示式中：为空气的热导率；为轴的外径；为空气的流动速度；为空气的运动粘度。
[0012]进一步地，所述步骤2还包括球面的表面传热系数可用下式粗略表示，式中：为润滑剂的热导率；为润滑油雷诺数；为轴承节圆直径；为滚动体的公转动速度；为普朗特数。
[0013]本专利技术的优点与效果是：本专利技术通过对深沟球轴承的有限元进行瞬态热分析，得到轴承内圈、轴承外圈和滚动体的温度分布，深沟球轴承温度场可以看出轴承系统各部分的温度变化情况：温度最高的是滚动体，是轴承生热的主要来源；其次温度高的是轴承内圈，其与轴相连接可以导出热量；温度最低的部件是轴承外圈，其与轴承座相连接也可以导出大量热量。深沟球轴承在运转过程中温度是随时间在逐渐上升，大概在5000s后温度上升速度减缓，6000s后轴承温度逐渐趋于平稳，通过对深沟球轴承6306的有限元模型进行仿真分析，结果表明：深沟球轴承内温度最高的是滚动体，这是因为轴承在运转中滚动体与轴承内、外圈均发生滑动摩擦产生热；其次温度高的是轴承内圈，这是因为轴承内圈与轴的接触面积较小热传导系数相对较低，热量散发相对较慢；温度最低的部件是轴承外圈，其与轴承座的接触面积较大，热传导系数较高，热量散发较快。
附图说明
[0014]图1是本专利技术深沟球轴承网格划分图；图2是本专利技术轴承点接触应力分布图。
具体实施方式
[0015]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0016]如图1和图2所示，一种仿真深沟球轴承摩擦热温度场测量方法，深沟球轴承热传递计算、深沟球轴承表面传热系数计算和深沟球轴承温度场分析，具体步骤如下：步骤1、深沟球轴承热传递计算包括接触应力的确定、ANSYS有限元仿真验证接触应力和ANSYS有限元仿真结果；步骤2、深沟球轴承表面传热系数计算包括轴与轴承座的热传导、轴端的表面传热系数和球面的表面传热系数；步骤3、深沟球轴承温度场分析包括有限元热分析模型建立和热载荷和边界条件，在一些实施例中，通过对深沟球轴承的有限元进行瞬态热分析，得到轴承内圈、轴承外圈和滚动体的温度分布，深沟球轴承温度场可以看出轴承系统各部分的温度变化情况：温度最高的是滚动体，是轴承生热的主要来源；其次温度高的是轴承内圈，其与轴相连接可以导出热量；温度最低的部件是轴承外圈，其与轴承座相连接也可以导出大量热量。深沟球轴承在运转过程中温度是随时间在逐渐上升，大概在5000s后温度上升速度减缓，6000s后轴承温度逐渐趋于平稳，为了验证本文结果的正确性，使用Palmgren摩擦力矩计算模型验证结果，Palmgren在对轴承进行了大量实验后总结出了一个较为准确的轴承摩擦力矩经验公式，主要适用于低速轴承，轴承总摩擦力矩公式如下：；式中代表摩擦扭矩，代表粘性摩擦力矩，代表载荷相关的摩擦力矩。轴承的摩擦热可由下式计算：式中：n为轴承的转速。
[0017]表2 Palmgren法的热载荷根据公式的计算方法得到深沟球轴承的发热量如表2所示，并结合之前得到的对流换热系数。将上述数值分别带入ANSYS轴承模型中，加载完成后得到仿真结果和接触应力生成的热流量仿真结果进行对比。可见，本文建立的有限元模型ANSYS仿真结果基本一致，说明本文基于接触应力计算的摩擦热流量有限元模型是有效可靠的。
[0018]如图1和图2所示，在一些实施例中，步骤1还包括通过计算摩擦热可以确定轴承接触区域的生热情况，通过摩擦热流量计算式：；式中：为摩擦因数；为内、外圈与滚动体间接触应力；为内、外圈与滚动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿真深沟球轴承摩擦热温度场测量方法，其特征在于：深沟球轴承热传递计算、深沟球轴承表面传热系数计算和深沟球轴承温度场分析，具体步骤如下：步骤1、所述深沟球轴承热传递计算包括接触应力的确定、ANSYS有限元仿真验证接触应力和ANSYS有限元仿真结果；步骤2、所述深沟球轴承表面传热系数计算包括轴与轴承座的热传导、轴端的表面传热系数和球面的表面传热系数；步骤3、所述深沟球轴承温度场分析包括有限元热分析模型建立和热载荷和边界条件。2.根据权利要求1所述的一种仿真深沟球轴承摩擦热温度场测量方法，其特征在于：所述步骤1还包括通过计算摩擦热可以确定轴承接触区域的生热情况，通过摩擦热流量计算式：式中：为摩擦因数；为内、外圈与滚动体间接触应力；为内、外圈与滚动体间相对滑动速度。3.根据权利要求1所述的一种仿真深沟球轴承摩擦热温度场测量方法，其特征在于：所述步骤1还包括滚动体与内滚道间的相对滑动的平均值为：式中：为内圈角速度，为滚动体公转角速度，为滚动体自转角速度，为滚动体直径与轴承节圆直径的比值...

【专利技术属性】
技术研发人员：高淑芝，王雅杰，张义民，
申请(专利权)人：沈阳化工大学，
类型：发明
国别省市：