高速角接触球轴承腔内润滑脂流动特性数值分析
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高速角接触球轴承腔内润滑脂流动特性数值分析
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ａｎｇｕｌａｒ ｃｏｎｔａｃｔ ｂａｌｌ ｂｅａｒｉｎｇ；ｇｒｅａｓｅ；ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
王保民 孙传东 常 笑 刘洪芹
（ 兰州理工大学机电工程学院 甘肃兰州 ７３００５０）
摘要： 针对润滑脂在高速角接触球轴承运行过程中的流动特征， 建立角接触球轴承腔内润滑脂流动分析模型， 采 用多重参考系方法模拟轴承腔内各组件的运动规律， 选用非牛顿流体模型模拟润滑脂的流变特性， 运用 ＣＦＤ 软件 Ｆｌｕ⁃ ｅｎｔ 对轴承腔内润滑脂的分布和流动速度及影响因素进行数值分析。 结果表明： 轴承腔内润滑脂主要分布在外滚道滚 动体运动方向两侧， 且流动速度很低； 保持架内侧粘附较多的润滑脂， 且具有较高的速度； 内滚道和滚动体壁面粘附 的润滑脂最少， 但流动速度最高； 轴承转速的增加会使更多的润滑脂粘滞在外滚道滚动体两侧， 内滚道与保持架之间 的润滑脂减少， 但转速的增加使内滚道与保持架之间以及滚动体与内滚道接触区附近的润滑脂的流动速度提高； 润滑 脂黏稠度、 保持架宽度和填脂量的增加， 会使润滑脂在轴承腔内的分布相对均匀、 保持架与内滚道之间的润滑脂量增 加， 有利于轴承润滑。
关键词： 高速角接触球轴承； 润滑脂； 流动特征 中图分类号： ＴＨ１３３������ ３ 文献标志码： Ａ 文章编号： ０２５４－０１５０ （２０１８） ０８－１０９－０７
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｆｌｏｗ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｇｒｅａｓｅ ｉｎ Ｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄ Ａｎｇｕｌａｒ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｂａｌｌ Ｂｅａｒｉｎｇ
ＷＡＮＧ Ｂａｏｍｉｎ ＳＵＮ Ｃｈｕａｎｄｏｎｇ ＣＨＡＮＧ Ｘｉａｏ ＬＩＵ Ｈｏｎｇｑｉｎ
（ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｏ⁃Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｇａｎｓｕ ７３００５０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｇｒｅａｓｅ ｉｎ ａｎｇｕｌａｒ ｃｏｎｔａｃｔ ｂａｌｌ ｂｅａｒｉｎｇ，ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇｒｅａｓｅ ｆｌｏｗ ｉｎｓｉｄｅ ａｎｇｕｌａｒ ｃｏｎｔａｃｔ ｂａｌｌ ｂｅａｒｉｎｇ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｖｉｔｙ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｎｏｎ⁃ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｆｌｕｉｄ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｒｈｅｏ⁃ ｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇｒｅａｓｅ，ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｇｒｅａｓｅ ｉｎｓｉｄｅ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｖｉｔｙ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＣＦＤ ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｆｌｕｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ，ｇｒｅａｓｅ ｉｎｓｉｄｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃｈａｍｂｅｒ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｂｏｔｈ ｓｉｄｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｒａｃｅｗａｙ，ａｎｄ ｉｔｓ ｆｌｏｗ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ｌｏｗ；ｓｏｍｅ ｇｒｅａｓｅ ａｄｈｅｒｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｓｉｄｅ ｏｆ ｃａｇｅ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ；ｔｈｅ ｇｒｅａｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｒａｃｅｗａｙ ａｎｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｉｓ ｔｈｅ ｌｅａｓｔ，ｉｔｓ ｆｌｏｗ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ；ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｂｅａｒｉｎｇ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ，ｍｏｒｅ ｇｒｅａｓｅ ｉｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｂｏｔｈ ｓｉｄｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｒａｃｅｗａｙ，ｇｒｅａｓｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｒａｃｅｗａｙ ａｎｄ ｃａｇｅ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｅａｓｅ ｉｎ ｂｅａｒｉｎｇ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ；ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｇｒｅａｓｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ，ｃａｇｅ ｗｉｄｔｈ ａｎｄ ｇｒｅａｓｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ａｍｏｕｎｔ，ｔｈｅ ｇｒｅａｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎｓｉｄｅ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃｈａｍｂｅｒ ｂｅｃｏｍｅｓ ｒｅｌａ⁃ ｔｉｖｅｌｙ ｕｎｉｆｏｒｍ，ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｇｒｅａｓｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃａｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｒａｃｅｗａｙ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｔｏ ｂｅａｒｉｎｇ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ．
２０１８ 年 ８ 月 第 ４３ 卷 第 ８ 期
润滑与密封
ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ａｕｇ������ ２０１８ Ｖｏｌ������ ４３ Ｎｏ������ ８
ＤＯＩ： １０������ ３９６９ ／ ｊ������Fra Baidu bibliotekｉｓｓｎ������ ０２５４－０１５０������ ２０１８������ ０８������ ０１８
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ａｎｇｕｌａｒ ｃｏｎｔａｃｔ ｂａｌｌ ｂｅａｒｉｎｇ；ｇｒｅａｓｅ；ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
王保民 孙传东 常 笑 刘洪芹
（ 兰州理工大学机电工程学院 甘肃兰州 ７３００５０）
摘要： 针对润滑脂在高速角接触球轴承运行过程中的流动特征， 建立角接触球轴承腔内润滑脂流动分析模型， 采 用多重参考系方法模拟轴承腔内各组件的运动规律， 选用非牛顿流体模型模拟润滑脂的流变特性， 运用 ＣＦＤ 软件 Ｆｌｕ⁃ ｅｎｔ 对轴承腔内润滑脂的分布和流动速度及影响因素进行数值分析。 结果表明： 轴承腔内润滑脂主要分布在外滚道滚 动体运动方向两侧， 且流动速度很低； 保持架内侧粘附较多的润滑脂， 且具有较高的速度； 内滚道和滚动体壁面粘附 的润滑脂最少， 但流动速度最高； 轴承转速的增加会使更多的润滑脂粘滞在外滚道滚动体两侧， 内滚道与保持架之间 的润滑脂减少， 但转速的增加使内滚道与保持架之间以及滚动体与内滚道接触区附近的润滑脂的流动速度提高； 润滑 脂黏稠度、 保持架宽度和填脂量的增加， 会使润滑脂在轴承腔内的分布相对均匀、 保持架与内滚道之间的润滑脂量增 加， 有利于轴承润滑。
关键词： 高速角接触球轴承； 润滑脂； 流动特征 中图分类号： ＴＨ１３３������ ３ 文献标志码： Ａ 文章编号： ０２５４－０１５０ （２０１８） ０８－１０９－０７
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｆｌｏｗ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｇｒｅａｓｅ ｉｎ Ｈｉｇｈ⁃ｓｐｅｅｄ Ａｎｇｕｌａｒ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｂａｌｌ Ｂｅａｒｉｎｇ
ＷＡＮＧ Ｂａｏｍｉｎ ＳＵＮ Ｃｈｕａｎｄｏｎｇ ＣＨＡＮＧ Ｘｉａｏ ＬＩＵ Ｈｏｎｇｑｉｎ
（ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｏ⁃Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｇａｎｓｕ ７３００５０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｇｒｅａｓｅ ｉｎ ａｎｇｕｌａｒ ｃｏｎｔａｃｔ ｂａｌｌ ｂｅａｒｉｎｇ，ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇｒｅａｓｅ ｆｌｏｗ ｉｎｓｉｄｅ ａｎｇｕｌａｒ ｃｏｎｔａｃｔ ｂａｌｌ ｂｅａｒｉｎｇ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｖｉｔｙ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ｎｏｎ⁃ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｆｌｕｉｄ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｒｈｅｏ⁃ ｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｇｒｅａｓｅ，ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｌｏｗ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｇｒｅａｓｅ ｉｎｓｉｄｅ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｖｉｔｙ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＣＦＤ ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｆｌｕｅｎｔ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ，ｇｒｅａｓｅ ｉｎｓｉｄｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃｈａｍｂｅｒ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｂｏｔｈ ｓｉｄｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｒａｃｅｗａｙ，ａｎｄ ｉｔｓ ｆｌｏｗ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ｌｏｗ；ｓｏｍｅ ｇｒｅａｓｅ ａｄｈｅｒｅｓ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｓｉｄｅ ｏｆ ｃａｇｅ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ；ｔｈｅ ｇｒｅａｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｒａｃｅｗａｙ ａｎｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｉｓ ｔｈｅ ｌｅａｓｔ，ｉｔｓ ｆｌｏｗ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ；ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｂｅａｒｉｎｇ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ，ｍｏｒｅ ｇｒｅａｓｅ ｉｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｂｏｔｈ ｓｉｄｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｌｌｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｏｕｔｅｒ ｒａｃｅｗａｙ，ｇｒｅａｓｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｒａｃｅｗａｙ ａｎｄ ｃａｇｅ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｅａｓｅ ｉｎ ｂｅａｒｉｎｇ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ；ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｇｒｅａｓｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ，ｃａｇｅ ｗｉｄｔｈ ａｎｄ ｇｒｅａｓｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ａｍｏｕｎｔ，ｔｈｅ ｇｒｅａｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎｓｉｄｅ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃｈａｍｂｅｒ ｂｅｃｏｍｅｓ ｒｅｌａ⁃ ｔｉｖｅｌｙ ｕｎｉｆｏｒｍ，ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｇｒｅａｓｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃａｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｒａｃｅｗａｙ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｔｏ ｂｅａｒｉｎｇ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ．
２０１８ 年 ８ 月 第 ４３ 卷 第 ８ 期
润滑与密封
ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ａｕｇ������ ２０１８ Ｖｏｌ������ ４３ Ｎｏ������ ８
ＤＯＩ： １０������ ３９６９ ／ ｊ������Fra Baidu bibliotekｉｓｓｎ������ ０２５４－０１５０������ ２０１８������ ０８������ ０１８