滾動(dòng)軸承是通用機(jī)械中的一種重要的轉(zhuǎn)動(dòng)支承部件,而在航天領(lǐng)域,由于液氫液氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)性能的不斷提高,對(duì)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(jìn)行冷卻,工作在低溫和潤(rùn)滑困難的惡劣條件下,為了保證其正常工作,需要對(duì)軸承的發(fā)熱量和冷卻量進(jìn)行計(jì)算。而目前對(duì)于渦輪泵低溫軸承的熱分析則很少有資料介紹,本文對(duì)此進(jìn)行了有益探索,以某氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵高速軸承為研究對(duì)象,進(jìn)行了力學(xué)特性、摩擦生熱和工作溫度的計(jì)算,分析了在低溫液氫和常溫氣體冷卻軸承時(shí)的效果,為渦輪泵的設(shè)計(jì)和相關(guān)試驗(yàn)提供基礎(chǔ)。本文首先對(duì)高速軸承進(jìn)行了擬靜力學(xué)建模計(jì)算,分析了其受力和運(yùn)動(dòng)狀態(tài),計(jì)算了軸承內(nèi)部各個(gè)熱源的摩擦功耗,并將計(jì)算結(jié)果作為輸入條件,進(jìn)行了軸承的二維溫度場(chǎng)的有限元計(jì)算,在此基礎(chǔ)上,對(duì)不同冷卻介質(zhì)條件下的軸承三維流場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算,探討了軸承的使用條件和冷卻介質(zhì)的狀態(tài)對(duì)軸承生熱和冷卻的影響,可以得出如下結(jié)論:1)對(duì)于本文所計(jì)算的軸承來(lái)說(shuō),采用整體法和局部法計(jì)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(lái)自于滾動(dòng)體的自旋轉(zhuǎn)動(dòng),... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：82 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

某型液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵軸承工作異常時(shí)的高溫狀態(tài)而在航天領(lǐng)域，隨著我國(guó)航天事業(yè)的不斷發(fā)展，大推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)軸承溫度場(chǎng)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(chǎng)計(jì)算中最常見(jiàn)的方法。對(duì)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(gè)位置劃分為不同的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，每都代表相應(yīng)位置上的溫度，根據(jù)各節(jié)點(diǎn)間的物理關(guān)系確定節(jié)點(diǎn)間的熱阻，從而將統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)。當(dāng)軸承處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，根據(jù)基爾霍夫定律，流入每個(gè)節(jié)點(diǎn)的度應(yīng)與流出的相等，由此可以建立整個(gè)系統(tǒng)的熱平衡方程，通過(guò)迭代求解方程組得整個(gè)軸承系統(tǒng)的溫度場(chǎng)。熱阻網(wǎng)絡(luò)法由于其可以方便靈活地依據(jù)實(shí)際條件進(jìn)行點(diǎn)的劃分，且求解計(jì)算靈活便捷，因而在軸承溫度場(chǎng)計(jì)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ㄎ鍌�(gè)軸承的主軸系統(tǒng)進(jìn)行溫度和熱力學(xué)的相關(guān)計(jì)算，利用該程序?qū)教祜w機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) SSME 的渦輪泵軸承進(jìn)行了分析和計(jì)算。Kleckner 等人[40]對(duì)高速圓柱滾子軸承進(jìn)行了熱力學(xué)分析和計(jì)算，開發(fā)了計(jì)算軟件 CYBEAN。該此程序考慮了軸承套圈的變形、流體潤(rùn)滑和各部件間的相互作用，能對(duì)穩(wěn)態(tài)條件下軸承的發(fā)熱和對(duì)周圍環(huán)境的影響進(jìn)行計(jì)算。國(guó)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(duì)流和熱輻射的計(jì)算程序 SYBTEM，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。熱阻網(wǎng)絡(luò)法能夠方便地分析軸承系統(tǒng)的溫度場(chǎng)，但是它的缺點(diǎn)也十分明顯：由于熱阻網(wǎng)路法是以節(jié)點(diǎn)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(wú)法考慮溫度場(chǎng)的具體變化，計(jì)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(duì)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(yùn)動(dòng)過(guò)程中熱量的產(chǎn)生及傳遞過(guò)程，獲得軸承的三維溫度場(chǎng)分布。


本文編號(hào)：2902445