球轴承动力学与瞬态热混合润滑耦合分析方法技术

球轴承动力学与瞬态热混合润滑耦合分析方法，它属于轴承摩擦动力学领域。本发明专利技术解决了现有方法不能对复杂苛刻工况下的球轴承动力学和热混合润滑耦合行为进行分析的问题。本发明专利技术引入非牛顿流变模型，提出了基于时变热混合润滑模型的混合润滑摩擦计算方法，可以实现在不同润滑状态工况条件下的摩擦特性预测。考虑润滑摩擦与轴承动态特性的相互作用，通过耦合混合热弹流中的最小膜厚和摩擦系数将球轴承动力学和热混合润滑分析有机集成，填补球轴承动力学模型已有公式和算法的不足，建立了精确的球轴承动力学与瞬态热混合润滑耦合分析模型。本发明专利技术方法可以应用于球轴承动力学与瞬态热混合润滑耦合分析。态热混合润滑耦合分析。态热混合润滑耦合分析。

【技术实现步骤摘要】
球轴承动力学与瞬态热混合润滑耦合分析方法


[0001]本专利技术属于轴承摩擦动力学领域，具体涉及复杂苛刻工况下球轴承动力学与瞬态热混合润滑耦合分析方法。

技术介绍

[0002]以航空发动机、风电齿轮箱、高速动车组为典型代表，其球轴承长期运行在高速重载、高温和宽温域、多工况波动等复杂苛刻条件下，dn(轴承内径
×
转速)值可达3
×
106mm
×
r/min以上，服役应力可达2GPa，工作温度可达300℃，高速重载摩擦生热量高、短时间内存在大范围工况变化等行为，难以保证良好润滑，不可避免地存在混合润滑状态下工作的情况，甚至更加苛刻的边界润滑和干摩擦状态，极端工作环境使得接触区热效应、接触表面微观形貌、润滑剂流变行为、瞬态特性等成为不可忽略的因素。然而由于热混合润滑分析的复杂性和大的计算量，在球轴承的动力学计算过程中常采用经验公式或者经验值对膜厚和摩擦系数等关键参数进行估算，具有一定的局限性，无法准确获得复杂苛刻工况下球轴承的动力学行为和润滑状态，也不能够真实反映球轴承内部微观的润滑和摩擦状态。一些本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.球轴承动力学与瞬态热混合润滑耦合分析方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：步骤1、初始化当前时刻为t；建立球轴承的动力学模型；步骤2、根据动力学模型对球轴承进行动力学分析，获得接触区域热混合润滑分析所需的力学参数和运动学参数；所述力学参数包括滚动体与滚道的接触载荷；所述运动学参数包括滚动体与滚道的卷吸速度、滚动体的瞬时表面速度和滚道的瞬时表面速度；步骤3、根据接触载荷和赫兹接触理论求得接触界面的初始接触压力p0，根据接触载荷和牛顿第二定律计算刚体中心膜厚h0(t)，再根据卷吸速度、h0(t)、p0和初始环境温度T0建立球轴承瞬态热混合润滑分析模型，并根据建立的模型计算润滑剂粘度、接触压力、油膜厚度和油膜温度；步骤4、建立球轴承混合润滑界面摩擦系数计算模型，再根据建立的模型以及步骤3中计算出的润滑剂粘度、接触压力、油膜厚度和油膜温度计算摩擦系数；步骤5、根据步骤3计算出的油膜厚度和步骤4计算出的摩擦系数f重新计算接触载荷w
′
(t)，判断重新计算出的接触载荷w
′
(t)是否满足接触载荷收敛条件；若满足接触载荷收敛条件，则执行步骤6；若不满足接触载荷收敛条件，则利用步骤3计算出的油膜厚度和步骤4计算出的摩擦系数f返回步骤2重新进行动力学分析；步骤6、耦合球轴承动力学模型、球轴承瞬态热混合润滑模型和混合润滑界面摩擦系数计算模型；步骤7、令时刻t＝t+1，并更新表面和工况后再返回步骤2；直至达到设置的最大时间步时，输出每一时刻球轴承动力学与瞬态热混合润滑耦合分析结果。2.根据权利要求1所述的球轴承动力学与瞬态热混合润滑耦合分析方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程为：步骤31、根据接触载荷和牛顿第二定律建立动态载荷方程，根据动态载荷方程计算刚体中心膜厚h0(t)；其中，t为时间，m
j
为滚动体的质量，Ω为计算域，p(x,y,t)代表接触区域内坐标为(x,y)的点处的接触压力，w(t)为接触载荷；步骤32、将刚体中心膜厚h0(t)代入油膜厚度方程来计算油膜厚度：其中，h(x,y,t)是接触区域内坐标为(x,y)的点处的油膜厚度，R
x
(t)为滚动体与滚道间沿x方向的瞬时等效曲率半径，R
y
(t)为滚动体与滚道间沿y方向的瞬时等效曲率半径，δ1(x,y,t)为滚动体表面随时间变化的三维粗糙度高度值，δ2(x,y,t)为滚道表面随时间变化的三维粗糙度高度值，v
e
(x,y,t)为t时刻滚动体与滚道的接触表面由接触压力引起的弹性变形；
其中，E
′
为球轴承滚动体与滚道的等效弹性模量，ξ为压力作用点横坐标；为压力作用点纵坐标；步骤33、根据接触压力和油膜温度计算润滑剂的粘度和润滑剂的密度；所述步骤33的具体过程为：其中，η为润滑剂的粘度，η0为润滑剂的环境粘度，ln是自然对数，α为润滑剂的粘压系数，γ为润滑剂的粘温系数，T0是初始环境温度，T为油膜温度；其中，ρ为润滑剂的密度，ρ0为润滑剂的环境密度，β为润滑剂的热膨胀系数；步骤34、将接触压力、油膜厚度、润滑剂粘度和密度代入雷诺方程后，再代入卷吸速度得到新的接触压力；再利用新的接触压力计算得到新的油膜厚度、润滑剂粘度和密度；步骤35、根据新的润滑剂粘度、新的润滑剂密度以及新的接触压力、新的油膜厚度计算油膜温度T；步骤36、判断新的接触压力、油膜温度T以及接触固体的温度T
′
是否收敛；若新的接触压力、油膜温度T以及接触固体的温度T
′
均收敛，则将计算出的新润滑剂粘度、接触压力、油膜厚度和油膜温度分别作为本次迭代最终的润滑剂粘度、接触压力、油膜厚度和油膜温度，并利用最终的润滑剂粘度、接触压力、油膜厚度和油膜温度来执行步骤4；否则，对油膜温度T、接触固体的温度T
′
和新的接触压力进行修正，利用修正后的油膜温度、接触固体的温度T
′
和接触压力返回执行步骤31。3.根据权利要求2所述的球轴承动力学与瞬态热混合润滑耦合分析...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴继强，王黎钦，张传伟，鲍茂宽，李臻，束坤，陈康，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
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