一种角接触球轴承保持架兜孔表面织构设计方法技术

本发明专利技术属于角接触球轴承油气润滑技术领域，公开了一种角接触球轴承保持架兜孔表面织构设计方法，包括步骤S1，获取角接触球轴承腔内油相分布，确定保持架兜孔与滚珠之间流体域润滑不充分位置；步骤S2，基于所述步骤S1中所确定保持架兜孔与滚珠之间流体域润滑不充分位置，选择保持架表面织构类型及表面织构排布方法；步骤S3，根据所述步骤S2中选择的表面织构类型及排布方法，对保持架兜孔表面进行织构化处理。通过本发明专利技术的方法，不仅可以使滚珠表面的压力及油相分布得到明显改善，提升了角接触球轴承的承载力，并且可以改善润滑接触区润滑介质储存效果，使润滑介质更多地储存在轴承腔内，提升润滑效率。提升润滑效率。提升润滑效率。

【技术实现步骤摘要】
一种角接触球轴承保持架兜孔表面织构设计方法


[0001]本专利技术属于角接触球轴承油气润滑
，具体涉及一种角接触球轴承保持架兜孔表面织构设计方法。

技术介绍

[0002]角接触球轴承是一种电主轴等高速旋转设备的支承部件，而油气润滑作为一种高效的润滑方式，已在电主轴等高速旋转机械中广泛使用。但是，随着轴承转速的提高，轴承腔内会产生气帘效应，使润滑油在关键润滑接触点的输送及储存出现困难，导致轴承腔内产生润滑不充分的问题，且这种问题随轴承转速的升高而加剧。
[0003]针对上述情况，目前工业中多数通过对轴承内外圈排布织构的方式进行润滑效果改善，但是这种方式的加工难度大，易使轴承产生非线性振动，同时易造成润滑接触区磨损加剧的问题。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术公开了一种角接触球轴承保持架兜孔表面织构设计方法，以克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种角接触球轴承保持架兜孔表面织构设计方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1，获取角接触球轴承腔内油相分布，确定保持架兜孔与滚珠之间流体域润滑不充分位置；
[0008]步骤S2，基于所述步骤S1中所确定保持架兜孔与滚珠之间流体域润滑不充分位置，选择保持架表面织构类型及表面织构排布方法；
[0009]步骤S3，根据所述步骤S2中选择的表面织构类型及排布方法，对保持架兜孔表面进行织构化处理。
[0010]优选的，所述步骤S1中确定保持架兜孔与滚珠之间流体域润滑不充分位置的具体方法为：使用混合网格法构建跨尺寸角接触球轴承油气润滑数值计算模型，通过仿真分析不同工况下角接触球轴承腔内油相分布情况，以确定保持架兜孔与滚珠之间流体域润滑不充分位置。
[0011]进一步优选的，所述混合网格法具体为：根据角接触球轴承流体域模型，寻找薄边界及尺寸跨度较大区域，利用非结构网格和结构网格混用的方式完成流体域处理，使用局部加密方法完成跨尺寸网格创建，实现网格由微米级至毫米级的尺寸过渡，使流体域间相互联通且具有较好的网格质量；其中，在有限元分析过程，需要满足以下基本方程：
[0012]连续性方程：
[0013][0014]或式中,u,v,w分别为x,y,z三个方向的速度分量，速度总矢量动量方程：
[0015][0016]式中,ρ为流体密度，τ为剪切力，f为体积力；
[0017]湍流方程：
[0018][0019][0020]式中，G
k
为湍流动能产生的平均梯度；μ
eff
为动力粘度和局部湍流运动引起的涡流粘度所组成的润滑油总粘度；α
k
为湍流动能有效普朗特数的倒数；α
ε
为湍流耗散率有效普朗特数的倒数；C
1ε
和C
2ε
为模型常数，分别为1.42和1.68。
[0021]优选的，在所述步骤S2中，所述保持架表面织构形状为类圆柱织构和孔状织构。
[0022]进一步优选的，所述保持架表面织构形状的织构几何参数为：直径∈[10，30]μm，深度∈[10，30]μm。
[0023]优选的，在所述步骤S2中，所述保持架表面织构排布方法包括保持架兜孔纵向排布个数与间隔角以及周向排布列数与间隔角。
[0024]进一步优选的，所述保持架兜孔纵向排布个数∈[5，11]个，纵向织构间隔角度∈[2，5]°
，周向排布列数∈[24，80]列，周向织构间隔角度∈[4.5，15]°
。
[0025]进一步优选的，所述保持架兜孔纵向排布个数为9个，纵向织构间隔角度为3
°
，周向排布列数为32列，周向织构间隔角度为11.25
°
。
[0026]在本专利技术中，通过精准定位保持架表面乏油区域后，对保持架兜孔的表面织构进行参数设计及排布方式选定，从而不仅可以在表面织构形成惯性效应及“微型坝体的流动限制”，使滚珠表面的压力及油相分布得到明显改善，提升了角接触球轴承的承载力，并且可以改善润滑接触区润滑介质储存效果，使润滑介质更多地储存在轴承腔内，提升润滑效率，以解决油气润滑在高速工况下轴承腔内润滑不充分的问题。
附图说明
[0027]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术
的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0028]图1为本实施例角接触球轴承保持架兜孔表面织构设计方法的流程示意图；
[0029]图2为本实施例角接触球轴承保持架兜孔表面织构设计方法中混合网格划分中的流体域绘制示意图；
[0030]图3为本实施例角接触球轴承保持架兜孔表面织构设计方法中保持架不同区域的结构示意图；
[0031]图4为通过仿真模拟获得包含保持架表面织构与不包含保持架表面织构的轴承腔内油相体积分数比对图；
[0032]图5为通过仿真模拟获得包含保持架表面织构与不包含保持架表面织构的压力分布比对图；
[0033]图6为通过仿真模拟获得包含保持架表面织构与不包含保持架表面织构的油相分布比对图；
[0034]图7至图10分别为通过仿真模拟获得针对同一滚珠流域在不同表面织构设计下的油相分布图。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术具体实施例及相应的附图对本专利技术技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0036]以下结合附图，详细说明本实施例提供的技术方案。
[0037]结合图1至图3所示，本实施例公开了一种角接触球轴承保持架兜孔表面织构设计方法，具体包括以下步骤：
[0038]步骤S1，获取角接触球轴承腔内油相分布，确定保持架兜孔与滚珠之间流体域润滑不充分位置。具体过程如下：
[0039]使用混合网格法构建跨尺寸角接触球轴承油气润滑数值计算模型，通过仿真分析不同工况下角接触球轴承腔内油相分布情况，以确定保持架兜孔与滚珠之间流体域润滑不充分位置。
[0040]混合网格法具体为，根据角接触球轴承流体域模型，寻找薄边界及尺寸跨度较大区域，利用非结构网格和结构网格混用的方式完成流体域处理，使用局部加密方法完成跨尺寸网格创建，实现网格由微米级至毫米级的尺寸过渡，使流体域间相互联通且具有较好的网格质量。
[0041]结合图2所示，使用混合网格法构建角接触球轴承油气润滑数值计算模型的具体操作，使用混合网格法将轴承流体域进行分块处理，将轴承腔流体域进行分段，取包含滚珠的其中一段进行流体域绘制，将其分为油气入口、油气出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种角接触球轴承保持架兜孔表面织构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，获取角接触球轴承腔内油相分布，确定保持架兜孔与滚珠之间流体域润滑不充分位置；步骤S2，基于所述步骤S1中所确定保持架兜孔与滚珠之间流体域润滑不充分位置，选择保持架表面织构类型及表面织构排布方法；步骤S3，根据所述步骤S2中选择的表面织构类型及排布方法，对保持架兜孔表面进行织构化处理。2.根据权利要求1所述的角接触球轴承保持架兜孔表面织构设计方法，其特征在于，所述步骤S1中确定保持架兜孔与滚珠之间流体域润滑不充分位置的具体方法为：使用混合网格法构建跨尺寸角接触球轴承油气润滑数值计算模型，通过仿真分析不同工况下角接触球轴承腔内油相分布情况，以确定保持架兜孔与滚珠之间流体域润滑不充分位置。3.根据权利要求2所述的角接触球轴承保持架兜孔表面织构设计方法，其特征在于，所述混合网格法具体为：根据角接触球轴承流体域模型，寻找薄边界及尺寸跨度较大区域，利用非结构网格和结构网格混用的方式完成流体域处理，使用局部加密方法完成跨尺寸网格创建，实现网格由微米级至毫米级的尺寸过渡，使流体域间相互联通且具有较好的网格质量；其中，在有限元分析过程，需要满足以下基本方程：连续性方程：或式中,u,v,w分别为x,y,z三个方向的速度分量，速度总矢量动量方程：式中,ρ为流体密度，τ为剪切力，f为体积力；湍流方程：湍流方程：式中,G
k
为湍流动能产生的平均梯度；μ
eff
为动力粘度和局部湍流运...

【专利技术属性】
技术研发人员：王保民，房文博，朱生桥，钱斯凯，王慧心，刘洪芹，邬再新，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：