高速球轴承喷油润滑与环下润滑的数值模拟

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文高速球轴承喷油润滑与环下润滑的数值模拟硕士研究生：鲁勇帅指导教师：朱卫兵教授学科、专业：动力工程及工程热物理论文主审人：王革教授哈尔滨工程大学２０１８年３月Ｊ分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文高速球轴承喷油润滑与环下润滑的数值模拟硕士研究生：鲁勇帅指导教师：朱卫兵教授学位级别：工学硕士学科、专业：动力工程及工程热物理所在单位：航天与建筑工程学院论文提交日期：2018年01月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学

2、ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngNumericalsimulationofoil-jetlubricationandunder-racelubricationforhighspeedballbearingsCandidate:LUYongshuaiSupervisor:Prof.ZHUWeibingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:Powerengineeringandenginee

3、ringthermalphysicsDateofSubmission:Jan.2018DateofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity高速球轴承喷油润滑与环下润滑的数值模拟摘要滚动轴承因其摩擦系数低、启动力矩小等优点，广泛应用于各种机械设备中。作为重要的支撑传动部件，其工作性能的好坏往往决定着整个机械系统的动力特性与可靠性。现代先进燃气涡轮发动机正朝着高推重比、低油耗、高可靠性和长寿命的方向发展，作为关键零部件的滚动轴承，对其性能的要求日益苛刻

4、，这同时也对轴承的润滑系统提出了更高的挑战。针对高速球轴承的润滑问题，本文对不同工况下喷油润滑和环下润滑球轴承内部油气两相流场和内外环温度场进行了数值模拟。分别建立了SKF7210角接触球轴承在两种不同润滑方式下，轴承内部流场的计算模型和包含主轴、轴承座和内外环等固体域的耦合传热模型；引入Palmgren摩擦力矩计算公式得到不同工况下轴承的生热量，并添加到壁面条件中；使用MRF方法模拟壁面之间的相对运动；湍流模型采用RNGk-ε模型；计算得到了转速、供油量和轴向载荷对轴承内部油气两相流场和内外环温度场的影响规律，并对计算结果进行了

5、对比分析，为高速球轴承润滑系统的设计和优化提供参考依据。计算结果表明：喷油润滑轴承内部油气两相呈不均匀分布，润滑油多集中于外环附近，且沿轴承旋转方向逐渐减少；油体积分数较大时内外环温度较低，由于热传导的作用，油体积分数最大处与外环温度最低处并不重合；环下润滑轴承内部油气分布较喷油润滑更为均匀，环下孔处的油体积分数为轴承内部周向油体积分数的极大值；当转速和载荷相对较低时，可使用结构较为简单的喷油润滑，必要时可以增加喷嘴数量，当转速和载荷相对较高时，提高供油量对喷油润滑轴承内部含油量的改善较为有限，此时需使用环下润滑，但应保证供油量维

6、持在较高水平。关键词：高速球轴承；喷油润滑；环下润滑；数值模拟I高速球轴承喷油润滑与环下润滑的数值模拟AbstractRollingbearingsarewidelyusedinallkindsofmechanicalequipmentbecauseoftheirlowfrictioncoefficientandsmallstartingtorque.Asanimportantsupportingtransmissioncomponent,itsworkingperformanceoftendeterminesthedynamic

7、characteristicsandreliabilityofthewholemechanicalsystem.Themodernadvancedgasturbineenginetowardshighthrustweightratio,lowfuelconsumption,highreliabilityandlonglife,asthekeypartsoftherollingbearing,Thedemandforitsperformanceisincreasinglyharsh,Atthesametime,italsoposes

8、ahigherchallengetothelubricationsystemofthebearing.Aimingatthelubricationproblemofhigh-speedballbearings,numericalsimulation