基于热网络法与有限元法的球轴承稳态热分析.pdf

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1、·信息技术·程庆元，等·基于热网络法与有限元法的球轴承稳态热分析基于热网络法与有限元法的球轴承稳态热分析程庆元，陆凤霞，鲍和云(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)摘要：轴承热分析的研究方法主要有热网络法、有限元法及实验法。以直升机传动系统主减速器中的球轴承为研究对象，分别应用热网络法及有限元法开展稳态热分析，并将两种方法的计算结果进行对比，为直升机传动系统的干运转研究奠定基础。关键词：轴承；热网络法；有限元法；稳态热分析中图分类号：TH133．3；TB115文献标志码：A文章编号：1671—5276(20

2、13)06-0097-04SteadyStateThermalAnalysisofBallBearingBasedonThermalNetworkMethodandtheFiniteElementMethodCHENGQing—yuan，LUFeng-xia，BAOHe—yun(NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Atpresent，themainmethodofthermalanalysisofbeari

3、ngincludethermalnetworkmethod，thefiniteelementmethodandexperimentalmethod．Thispaperappliesthethermalnetworkandthefiniteelementmethodtodevelopingthesteadystatethermala—halysisandcomparestheresults．1tlaysthefoundationfordryrunningoftransmissionsystem．Keywords：bear

4、ing；thermalnetworkmethod；finiteelementmethod；steadystatethermalanalysis随着机械传动的高速化发展趋势，零部件及系统的发在各元件间的分配进行；热交换主要分析轴承元件的热传热现象愈来愈严重，已严重影响到系统的传动性能。导、对流及辐射换热方式；热平衡方程组根据Kirchhof定以直升机传动系统主减速器中的球轴承为研究对象，律建立，用牛顿迭代法或者专业求解软件进行求解。考虑到其高转速、大负荷、复杂润滑的特点，各元件间的摩1轴承发热量建模及计算擦导致轴承内部热

5、量快速升高，若不能在短期内散发，则将引起轴承元件温度急剧上升、润滑剂粘度下降、承载能轴承发热量主要由轴承元件相互运动产生，因此首先力减弱；同时温度的升高易引起轴承接触面材料回火软需分析其内部的运动及受力关系，建立真实的承载模型。化，导致轴承产生疲劳失效⋯。因此，探明轴承的发热机轴承摩擦力矩是滚动摩擦、滑动摩擦和润滑剂摩擦等各种理及温度分布，将对轴承设计、加工和材料选择提供指导，摩擦的总和对轴承运转产生的阻力矩，其大小决定轴提高轴承的寿命和可靠性。承发热量的大小，直接影响轴承的温度场，因此研究轴承目前，轴承热分析主要有热

6、网络法、有限元法及实验法，的发热量关键在于摩擦力矩的计算。本文将应用前两种方法对轴承进行稳态热分析并进行对比目前，轴承发热量计算模型主要包括Palmgren发热分析，得出其温度场分布，为轴承的干运转研究奠定基础。量计算模型、近似发热量计算模型、Harris发热量计算模轴承稳态热分析研究内容主要包括发热量建模计算、型及SKF发热量计算模型。考虑到Palmgren发热量计算热交换分析建模及计算热平衡方程组的建立与求解，模型是在对各种类型和尺寸轴承进行了大量试验研究的如图1所示。轴承发热量通过计算轴承功率损失及热量基础上得出

7、的经验模型，本文应用Palmgren法计算轴承发热量J。轴承热分析Palmgren发热量计算模型中，总摩擦力矩为：方法选择M=Mf+(1)l式中：M为轴承总摩擦力矩，N·mm；轴承发热量建模及计算为载荷引起的摩擦力矩，N·mm；』为润滑油引起的摩擦力矩，N·mm。轴承热交换分析及计算1)载荷摩擦力矩lfPld(2)式中：d为轴承节圆直径，mm；热平衡方程组的建立及求解尸l为轴承当量动载荷，N；图1轴承热分析的步骤基金项目：南京航空航天大学基本科研业务费专项(NP2011015)作者简介：程庆元(1988一)，男，安徽芜

8、湖人，硕士研究生，研究方向为机械传动机械CAD。MachineBuilding日Automation，2013，42(6)：97～100·97··信息技术·程庆元，等·基于热网络法与有限元法的球轴承稳态热分析为与轴承承类型及承受载荷有关的系数。续表l2)润滑剂引起的摩擦力矩球温度节点润滑良好的轴承粘性摩擦力矩可根据弹性流体动力轴承