搜索高速軸承潤滑密封CFD分析技術簡報
2017-03-31 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
1.背景描述
為了使軸承保持良好的潤滑條件和正常的工作環境,充分發揮軸承的工作性能,延長使用壽命,對滾動軸承必須具有適宜的密封,以防止潤滑劑的泄漏和灰塵、水氣或其他污物的侵入。
滾動軸承的密封方法可分為接觸式密封和非接觸式密封兩大類。非接觸式密封是在軸承蓋與軸承之間留一條狹窄隙縫,其間隙半徑通常是0.1mm~0.5mm。可在軸承蓋上開環形槽,或采用曲路密封,以改善密封效果。
圖1縫隙密封
2.技術難點
滾動軸承是機械傳動系統中應用非常廣泛的一種機械傳動元件,是傳遞運動和承受載荷的重要支撐轉動部件。滾動軸承的潤滑狀態決定著系統組件的運轉情況,常用的潤滑方式主要有油潤滑、脂潤滑和固體潤滑三大類。當滾動軸承在高溫、高速條件下工作時,須采用油潤滑。
密封的功能是防止油泄漏,防止設備在使用中大量發生的工作介質“跑、冒、滴、漏”現象。針對軸承密封仿真,主要技術難點如下:
(1) 軸承潤滑含有油、氣兩相,仿真需采用多相流模型;
(2) 滾動軸承結構復雜,密封處間隙較小,網格劃分難度大。
(3) 軸承工作轉速高,動靜邊界粘滯速度差距大,仿真收斂困難。
3.案例介紹
滾動軸承模型如下圖2所示,模型共有3個注油口,3個出口,在出口1、2環道和出口3環道之間有0.5mm縫隙。潤滑油通過注油口流入,供給滾動軸承潤滑,經出口1、2流出,出口3為空氣出口,本文通過仿真查看潤滑油會否通過縫隙經出口3流出。
圖3 滾動軸承流體域模型
本文采用PumpLinx軟件對滾動軸承進行密封分析,網格劃分如下圖所示。注油口體積流量為11.1L/min,出口壓力為1個大氣壓,輸出軸轉速為1800 RPM。
4 模型網格分布
通過仿真分析可以獲得滾動軸承壓力分布、潤滑油分布等信息,具體結果如下。從潤滑油體積分數圖中可以看出,潤滑油從出口1和出口2流出,出口3沒有流出潤滑油,該結果與客戶的實驗相符,說明該結構密封良好。
5 壓力分布
6 潤滑油體積分數分布
4.總結
本案例通過仿真滾動軸承內部流場分布檢驗結構密封效果,獲得了較好的效果。滾動軸承結構復雜,涉及兩相流動,仿真穩定性和收斂難度較大。通過仿真可以獲得內部壓力場、速度場和潤滑油體積分數等分布信息,從而判斷滾動軸承密封效果。
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