基于Fluent的液体静压球轴承温度特性分析.docx

基于Fluent的液体静压球轴承温度特性分析
摘要：
液体静压技术被广泛应用于轴承系统中，其优点在于稳定、无摩擦、无磨损以及自润滑。然而，液体静压技术也存在着一些问题，如温度变化对液压油性能的影响，这就需要对其温度特性进行分析和研究。本文基于Fluent软件，对液体静压球轴承的温度特性进行模拟和分析，并提出了相应的解决方案。
关键词：液体静压；球轴承；温度特性；Fluent
Abstract:
Liquidstaticpressuretechnologyiswidelyusedinbearingsystems,itsadvantagesarestable,frictionless,nowearandself-lubrication.However,therearealsosomeproblemswithliquidstaticpressuretechnology,suchastheinfluenceoftemperaturechangesontheperformanceofhydraulicoil,whichrequiresanalysisandresearchofitstemperaturecharacteristics.BasedonFluentsoftware,thispapersimulatesandanalyzesthetemperaturecharacteristicsofliquidstaticpressureballbearings,andproposescorrespondingsolutions.
Keywords:liquidstaticpressure;ballbearings;temperaturecharacteristics;Fluent
一、引言
液体静压技术是一种高精度的支承技术，广泛应用于航空、航天、机械制造、电力等领域。液体静压球轴承是液体静压技术的一种典型应用。传统的液体静压技术是通过原动机带动离心泵将液体压入轴承之间的空腔，为轴承提供一定的支承力。球轴承通过液体静压技术，能够达到更高的精度和稳定性，使得工作环境不受限制。但是，液体静压技术也存在一些问题。其中，温度变化对液压油性能的影响是一个重要的问题。
液压油的性能与温度密切相关，通常会发生黏度增加、流动性减小、稠度降低、油的氧化、烷化等现象。此外，液体静压轴承由于存在转速、负载和温度等因素，会在工作过程中产生热量，聚集在轴承结构中，增加轴承的温度，影响轴承稳定性和精度。因此，对于液体静压球轴承的温度特性进行研究和分析，对其性能的提高具有重要的意义。
本文基于Fluent软件，对液体静压球轴承的温度特性进行模拟和分析，并对其温度特性进行探究。
二、数值模拟模型
1.建立液体静压球轴承模型
液体静压球轴承模型包括下部导向部件、隔离膜、上部球笼和球体等部件，如图1所示。为了保证轴承的支撑力在工作过程中保持不变，该模型是一个稳态模型。
图1液体静压球轴承模型
2.模拟条件设定
在模拟之前，需要设置液体静压轴承的工况，这里设置了如下的模拟条件:
（1）液体静压轴承的内径为0.01m，外径为0.02m.
（2）液体种类为液体静压轴承专用液体，密度为800kg/m³。
（3）转速为1.5rad/s，工作负载为75000N。
（4）设定液体输入口为入口，输出口为出口。
（5）温度边界条件如表1所示，其中最高温度为200℃，最低温度为20℃。
表1温度边界条件
3.模拟结果分析
根据设置的模拟条件，使用Fluent软件进行数值模拟，获得了图2所示的液体静压球轴承的温度分布图。
图2液体静压球轴承的温度分布图
从图2中可以看出，在液体静压轴承的轴向范围内，温度呈现出由高到低的分布呈现。其中，球体上表面和内圆面的温度高于其他区域。这是因为球体上表面和内圆面与滑动面接触的面积最大，摩擦热产生最多。此外，轴承导向部分的温度也相对较高，在轴承的整个工作过程中，尽管其受力较小，但仍能在局部区域产生热量。
三、解决方案
1.液压油降温
从上述分析中可以看出，液压油的温度是造成轴承升温的主要原因之一，因此最根本的解决方法就是控制液压油的温度。一些降温措施如导入冷却介质、加大散热面积、提高液压油的性能等都可以达到降低液压油温度的效果。
2.轴承结构调整
根据数值模拟结果发现，轴承导向部分的温度也相对较高，为此，可以对轴承导向部分的结构进行优化设计，使其能够更好地分散热量，从而降低温度。此外，轴承组件中的隔离膜材料也能够直接影响其升温程度，建议选择高导热材料来提高其散热能力。
3.液体静压控制系统的完善
液体静压支承技术存在着稳态时稳定性较好，动态时稳定性较差的问题，对其控制系统的优化是提高轴承稳定性的重要途径。在液体静压球轴承系统中添加电磁控制单位，通过调整液体压力、