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1、·信息技術(shù)·程慶元，等·基于熱網(wǎng)絡(luò)法與有限元法的球軸承穩(wěn)態(tài)熱分析基于熱網(wǎng)絡(luò)法與有限元法的球軸承穩(wěn)態(tài)熱分析程慶元，陸鳳霞，鮑和云(南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇南京210016)摘要：軸承熱分析的研究方法主要有熱網(wǎng)絡(luò)法、有限元法及實(shí)驗(yàn)法。以直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)主減速器中的球軸承為研究對(duì)象，分別應(yīng)用熱網(wǎng)絡(luò)法及有限元法開展穩(wěn)態(tài)熱分析，并將兩種方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，為直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的干運(yùn)轉(zhuǎn)研究奠定基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：軸承；熱網(wǎng)絡(luò)法；有限元法；穩(wěn)態(tài)熱分析中圖分類號(hào)：TH133．3；TB115文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：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隨著機(jī)械傳動(dòng)的高速化發(fā)展趨勢(shì)，零部件及系統(tǒng)的發(fā)在各元件間的分配進(jìn)行；熱交換主要分析軸承元件的熱傳熱現(xiàn)象愈來愈嚴(yán)重，已嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的傳動(dòng)性能。導(dǎo)、對(duì)流及輻射換熱方式；熱平衡方程組根據(jù)Kirchhof定以直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)主減速器中的球軸承為研究對(duì)象，律建立，用牛頓迭代法或者專業(yè)求解軟件進(jìn)行求解?？紤]到其高轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷、復(fù)雜潤滑的特點(diǎn)，各元件間的摩1軸承發(fā)熱量建模及計(jì)算擦導(dǎo)致軸承內(nèi)部熱
5、量快速升高，若不能在短期內(nèi)散發(fā)，則將引起軸承元件溫度急劇上升、潤滑劑粘度下降、承載能軸承發(fā)熱量主要由軸承元件相互運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，因此首先力減弱；同時(shí)溫度的升高易引起軸承接觸面材料回火軟需分析其內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)及受力關(guān)系，建立真實(shí)的承載模型?；?，導(dǎo)致軸承產(chǎn)生疲勞失效?。因此，探明軸承的發(fā)熱機(jī)軸承摩擦力矩是滾動(dòng)摩擦、滑動(dòng)摩擦和潤滑劑摩擦等各種理及溫度分布，將對(duì)軸承設(shè)計(jì)、加工和材料選擇提供指導(dǎo)，摩擦的總和對(duì)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的阻力矩，其大小決定軸提高軸承的壽命和可靠性。承發(fā)熱量的大小，直接影響軸承的溫度場，因此研究軸承目前，軸承熱分析主要有熱
6、網(wǎng)絡(luò)法、有限元法及實(shí)驗(yàn)法，的發(fā)熱量關(guān)鍵在于摩擦力矩的計(jì)算。本文將應(yīng)用前兩種方法對(duì)軸承進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析并進(jìn)行對(duì)比目前，軸承發(fā)熱量計(jì)算模型主要包括Palmgren發(fā)熱分析，得出其溫度場分布，為軸承的干運(yùn)轉(zhuǎn)研究奠定基礎(chǔ)。量計(jì)算模型、近似發(fā)熱量計(jì)算模型、Harris發(fā)熱量計(jì)算模軸承穩(wěn)態(tài)熱分析研究內(nèi)容主要包括發(fā)熱量建模計(jì)算、型及SKF發(fā)熱量計(jì)算模型?？紤]到Palmgren發(fā)熱量計(jì)算熱交換分析建模及計(jì)算熱平衡方程組的建立與求解，模型是在對(duì)各種類型和尺寸軸承進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究的如圖1所示。軸承發(fā)熱量通過計(jì)算軸承功率損失及熱量基礎(chǔ)上得出
7、的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，本文?yīng)用Palmgren法計(jì)算軸承發(fā)熱量J。軸承熱分析Palmgren發(fā)熱量計(jì)算模型中，總摩擦力矩為：方法選擇M=Mf+(1)l式中：M為軸承總摩擦力矩，N·mm；軸承發(fā)熱量建模及計(jì)算為載荷引起的摩擦力矩，N·mm；』為潤滑油引起的摩擦力矩，N·mm。軸承熱交換分析及計(jì)算1)載荷摩擦力矩lfPld(2)式中：d為軸承節(jié)圓直徑，mm；熱平衡方程組的建立及求解尸l為軸承當(dāng)量動(dòng)載荷，N；圖1軸承熱分析的步驟基金項(xiàng)目：南京航空航天大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)(NP2011015)作者簡介：程慶元(1988一)，男，安徽蕪
8、湖人，碩士研究生，研究方向?yàn)闄C(jī)械傳動(dòng)機(jī)械CAD。MachineBuilding日Automation，2013，42(6)：97～100·97··信息技術(shù)·程慶元，等·基于熱網(wǎng)絡(luò)法與有限元法的球軸承穩(wěn)態(tài)熱分析為與軸承承類型及承受載荷有關(guān)的系數(shù)。續(xù)表l2)潤滑劑引起的摩擦力矩球溫度節(jié)點(diǎn)潤滑良好的軸承粘性摩擦力矩可根據(jù)彈性流體動(dòng)力軸承
