Page 138 - 摩擦学学报2025年第9期

1392 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

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滚动体表面流速增大，换热系数提高. 王亚泰等 采 轴承的热平衡. 为获得轴承达到热平衡后的温度分布
用旋转坐标系定义组件运动，分析了轴承腔内压力分 情况，需开展生热分析和传热分析. 生热分析是传热
布、气相流动和阻力以及温度场等变化规律，并基于场 分析的基础，通过建立摩擦生热模型可求得轴承的总
协同理论评判了轴承内部关键接触润滑区域的流动 生热量，将生热量分配到滚动体和内外圈上可获得传
和换热性能. 王保民等 [13-14] 针对角接触球轴承腔内油 热分析时的热源边界条件.
气两相流的流动状态，分别运用两相流VOF (Volume 高速滚动轴承的摩擦热源包括滚动摩擦生热H 、
h
of fluid)方法、滑移网格和多重参考系MRF (Multiple 差动滑动生热H 、自旋滑动生热H 、保持架与引导套
s
m
reference frame)模型，分析了在保持架不同引导方式下 圈间的滑动摩擦生热H 和黏性摩擦生热H ，各热源
CL
v
角接触球轴承腔内油相流型、轴承腔内周向流型以及
产生的原因及计算式列于表1中. 表中，α 为材料的弹
h
涡旋等变化规律和保持架搅动作用对腔内压力数值 性滞后损失系数，对于滚动体与内外圈滚道的接触，
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的影响. Bao等 探究了滚动体自转对轴承温升的影响，
α 常取为0.008~0.010，本文中取0.008；R 为滚动体半
h
b
发现受滚动体自转的影响，其表面流体流速增加且更
径；下标i和o分别表示与内圈和外圈相关的参数；j为
接近于球体自转方向，但忽略了滚动体和保持架的
滚动体编号；Z为滚动体个数；Q 和Q 分别为滚动体
ij
oj
公转. 此外，上述学者未考虑高速下滚动体的离心力和
与内圈和外圈之间的法向接触力；a 、a 和b 、b 分别
ij
oj
ij
oj
陀螺力矩对滚动体公转和自转运动的影响，这会在一定
为滚动体与内圈和外圈滚道接触椭圆长、短半轴长
程度上影响轴承腔内流场和温度场分析的准确性.
度；坐标轴x和y分别沿接触椭圆的长轴和短轴方向；
为解决上述问题，本文中拟综合考虑滚动轴承在
ω 为滚动体公转角速度；d 为轴承节圆直径；μ为滑
高速下的受力特点和运动特点，并结合局部摩擦生热 mj m
动摩擦系数，本文中取0.022 5；σ 和σ 分别为滚动体
计算方法，建立计入滚动体自转和公转运动的航空发 ij oj
与内圈和外圈滚道间的接触应力；v 和v 分别为滚
动机三点接触球轴承环下润滑流固耦合模型，考察不 sij soj
同转速下滚动体自转对轴承热特性的影响以明确滚 动体与内圈和外圈滚道间沿接触椭圆短轴方向的滑
动体自转运动考虑的必要性，在此基础上探究环下孔 动速度，可由轴承的运动学分析得出；M 和M 分别
sij
soj
供油速度和保持架结构参数对轴承腔内油相分布与 为滚动体与内圈和外圈间的自旋滑动摩擦力矩；ω sij
温度场分布情况的影响规律，为轴承热失效的解决提 和ω 分别为滚动体相对于内圈和外圈的自旋角速
soj
供理论依据. 度；η 为润滑油的动力黏度；D 为保持架引导面直
0
CR
径，与轴承尺寸和保持架引导方式有关；L 为保持架
CR
1 球轴承摩擦生热模型 引导面总宽度；c 为滑动系数，保持架引导方式为内
n
航空发动机球轴承高速运转时，其内部各零件间 圈引导时c =−1，为外圈引导时c =1，高速球轴承一般
n
n
因摩擦而生热，产生的热量需要向外传递出去以达到 采用内圈引导；ω为内圈角速度；ω 为保持架角速度；
c

表 1 滚动轴承中的各摩擦热源
Table 1 Various frictional heat sources in rolling bearings
The reasons for the generation
Name Calculation formula
of heat sources
Z
1 ∑ 3α h ( )
Rolling friction heat generation Elastic hysteresis of materials H h = Q i j b ij + Q oj b oj ω m j d m
2 16R b
j=1
»
Ñ ( ) 2 √ é
Elastic deformation occurs on 2
Z
Differential sliding friction heat ∑ ∫ a ij ∫ b i j 1− x/a ij ∫ a o j ∫ b o j 1−(x/a o j)
the surface of the material after H m = » µσ ij v sij dydx+ µσ o j v so j dydx
generation ( ) 2 √ 2
compression j=1 −a ij −b i j 1− x/a ij −a o j −b o j 1−(x/a o j)
Rotation of rolling elements Z
Heat generation from spin ∑ ( )
around the normal of the H s = M si j ω si j + M so j ω so j
sliding friction
contact surface of the raceway j=1
Heat generated by sliding Interaction between cage and 1 η 0 πL CR c n D CR (ω−ω c )
H CL = D CR [c n (ω c −ω)]
friction guide rings 2 1−d 1 /d 2
Z Ç 2 ( ) 1.95 å
Heat generation from viscous d m ∑ c v ρπD b d m ω mj
Stirring of lubricating medium H v = ω mj
friction 2 32
j=1