高速轴承润滑密封CFD分析技术简报

2017-03-31 by:CAE仿真在线来源:互联网

1.背景描述

为了使轴承保持良好的润滑条件和正常的工作环境,充分发挥轴承的工作性能,延长使用寿命,对滚动轴承必须具有适宜的密封,以防止润滑剂的泄漏和灰尘、水气或其他污物的侵入。

滚动轴承的密封方法可分为接触式密封和非接触式密封两大类。非接触式密封是在轴承盖与轴承之间留一条狭窄隙缝,其间隙半径通常是0.1mm~0.5mm。可在轴承盖上开环形槽,或采用曲路密封,以改善密封效果。

图1缝隙密封

2.技术难点

滚动轴承是机械传动系统中应用非常广泛的一种机械传动元件,是传递运动和承受载荷的重要支撑转动部件。滚动轴承的润滑状态决定着系统组件的运转情况,常用的润滑方式主要有油润滑、脂润滑和固体润滑三大类。当滚动轴承在高温、高速条件下工作时,须采用油润滑。

密封的功能是防止油泄漏,防止设备在使用中大量发生的工作介质“跑、冒、滴、漏”现象。针对轴承密封仿真,主要技术难点如下:

(1) 轴承润滑含有油、气两相,仿真需采用多相流模型;

(2) 滚动轴承结构复杂,密封处间隙较小,网格划分难度大。

(3) 轴承工作转速高,动静边界粘滞速度差距大,仿真收敛困难。

3.案例介绍

滚动轴承模型如下图2所示,模型共有3个注油口,3个出口,在出口1、2环道和出口3环道之间有0.5mm缝隙。润滑油通过注油口流入,供给滚动轴承润滑,经出口1、2流出,出口3为空气出口,本文通过仿真查看润滑油会否通过缝隙经出口3流出。

图3 滚动轴承流体域模型

本文采用PumpLinx软件对滚动轴承进行密封分析,网格划分如下图所示。注油口体积流量为11.1L/min,出口压力为1个大气压,输出轴转速为1800 RPM。

4 模型网格分布

通过仿真分析可以获得滚动轴承压力分布、润滑油分布等信息,具体结果如下。从润滑油体积分数图中可以看出,润滑油从出口1和出口2流出,出口3没有流出润滑油,该结果与客户的实验相符,说明该结构密封良好。

5 压力分布

6 润滑油体积分数分布

4.总结

本案例通过仿真滚动轴承内部流场分布检验结构密封效果,获得了较好的效果。滚动轴承结构复杂,涉及两相流动,仿真稳定性和收敛难度较大。通过仿真可以获得内部压力场、速度场和润滑油体积分数等分布信息,从而判断滚动轴承密封效果。

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