發(fā)布時間：2020-12-07 02:23

　　滾動軸承是通用機械中的一種重要的轉(zhuǎn)動支承部件,而在航天領(lǐng)域,由于液氫液氧火箭發(fā)動機性能的不斷提高,對于渦輪泵性能的要求也隨之不斷提高,而作為渦輪泵關(guān)鍵部件的高速軸承也成為影響渦輪泵可靠性和性能的重要部分。而渦輪泵高速軸承通常采用液氫液氧進行冷卻,工作在低溫和潤滑困難的惡劣條件下,為了保證其正常工作,需要對軸承的發(fā)熱量和冷卻量進行計算。而目前對于渦輪泵低溫軸承的熱分析則很少有資料介紹,本文對此進行了有益探索,以某氫氧火箭發(fā)動機渦輪泵高速軸承為研究對象,進行了力學(xué)特性、摩擦生熱和工作溫度的計算,分析了在低溫液氫和常溫氣體冷卻軸承時的效果,為渦輪泵的設(shè)計和相關(guān)試驗提供基礎(chǔ)。本文首先對高速軸承進行了擬靜力學(xué)建模計算,分析了其受力和運動狀態(tài),計算了軸承內(nèi)部各個熱源的摩擦功耗,并將計算結(jié)果作為輸入條件,進行了軸承的二維溫度場的有限元計算,在此基礎(chǔ)上,對不同冷卻介質(zhì)條件下的軸承三維流場進行了計算,探討了軸承的使用條件和冷卻介質(zhì)的狀態(tài)對軸承生熱和冷卻的影響,可以得出如下結(jié)論:1)對于本文所計算的軸承來說,采用整體法和局部法計算的結(jié)果相差不大;而在軸承的各熱源中,最主要的摩擦功耗來自于滾動體的自旋轉(zhuǎn)動,... 

【文章來源】：中國運載火箭技術(shù)研究院北京市

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

某型液體火箭發(fā)動機渦輪泵軸承工作異常時的高溫狀態(tài)而在航天領(lǐng)域，隨著我國航天事業(yè)的不斷發(fā)展，大推力火箭發(fā)動機的作用越發(fā)凸顯

0.175 / ln(1 )fTK R C C ChR v R Rω= + 1123cos0.0986 1 PrbT fmn Dh Kv dα = ± 2.4 滾動軸承溫度場的分析方法2.4.1 熱阻網(wǎng)絡(luò)法熱阻網(wǎng)絡(luò)法是軸承溫度場計算中最常見的方法。對于要分析的軸承系統(tǒng)，首先究的目的和軸承的幾何形狀的原則將軸承的各個位置劃分為不同的網(wǎng)格節(jié)點，每都代表相應(yīng)位置上的溫度，根據(jù)各節(jié)點間的物理關(guān)系確定節(jié)點間的熱阻，從而將統(tǒng)聯(lián)系起來。當(dāng)軸承處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時，根據(jù)基爾霍夫定律，流入每個節(jié)點的度應(yīng)與流出的相等，由此可以建立整個系統(tǒng)的熱平衡方程，通過迭代求解方程組得整個軸承系統(tǒng)的溫度場。熱阻網(wǎng)絡(luò)法由于其可以方便靈活地依據(jù)實際條件進行點的劃分，且求解計算靈活便捷，因而在軸承溫度場計算中有著廣泛的應(yīng)用。圖出了球軸承熱分析中的熱阻網(wǎng)絡(luò)，圖中 T 為溫度，R 為熱阻，H 為摩擦熱。

Shaberth[39]為美軍開發(fā)了軸承的熱分析軟件，該軟件能夠?qū)Π�括五個軸承的主軸系統(tǒng)進行溫度和熱力學(xué)的相關(guān)計算，利用該程序?qū)�航天飛機發(fā)動機 SSME 的渦輪泵軸承進行了分析和計算。Kleckner 等人[40]對高速圓柱滾子軸承進行了熱力學(xué)分析和計算，開發(fā)了計算軟件 CYBEAN。該此程序考慮了軸承套圈的變形、流體潤滑和各部件間的相互作用，能對穩(wěn)態(tài)條件下軸承的發(fā)熱和對周圍環(huán)境的影響進行計算。國內(nèi)方面，楊咸啟[41]在 1994 年采用熱阻網(wǎng)絡(luò)法建立了可以分析熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射的計算程序 SYBTEM，并與試驗結(jié)果進行了對比。熱阻網(wǎng)絡(luò)法能夠方便地分析軸承系統(tǒng)的溫度場，但是它的缺點也十分明顯：由于熱阻網(wǎng)路法是以節(jié)點代表軸承中相應(yīng)位置的溫度，只能觀察軸承內(nèi)部有限位置的溫度，就無法考慮溫度場的具體變化，計算的結(jié)果有一定的局限性。1.2.4.2 有限元法軸承有限元熱分析法以發(fā)熱量、對流換熱系數(shù)、環(huán)境溫度作為熱源的加載及邊界條件的處理，模擬軸承各部分元件運動過程中熱量的產(chǎn)生及傳遞過程，獲得軸承的三維溫度場分布。


本文編號：2902445