[发明专利]轴承单元的热分析的方法

说明书

一种轴承单元(30)的热分析的方法，按以下步骤实现：a.输入应用的输入条件和边界条件，b.定义轴承单元(30)的组件之间的接触区域和载荷分布，c.计算轴承单元(30)的组件的传导阻抗和热对流，d.计算由彼此接触的轴承单元(30)组件之间的摩擦产生的热量以及使轴承单元(30)离散的多个等温节点上的热量分布，e.定义多个等温节点之间的热交互，f.使多个等温节点热平衡，g.计算轴承单元(30)的温度范围，h.将轴承单元(30)的密封部件(35)的等温节点上的最终工作温度与相对最大允许温度进行比较，如果工作温度与最大允许温度值彼此不同，则重复从步骤a到步骤h的方法。

技术领域

本发明涉及轴承单元的热分析的方法，优选使用球面形滚动元件(/球形滚动元件)(spherical rolling elements)。该方法基于赫兹接触理论和摩擦力的计算模型，使用有限差分法(finite-difference method)估算轴承单元以及与轴承单元接触的元件(例如，轴和座)的温度范围。这样就可以通过轴承单元的组件的热机械极限(thermomechanical limit)来检查温度范围，以确定轴承单元可以被安全使用的最大速度。

背景技术

众所周知，轴承单元用于实现一个组件或单元相对于另一组件或单元运动。轴承单元通常具有第一组件(例如，径向内圈，径向内圈被紧固到第一部件(例如，轴))，以及第二组件(例如，径向外圈，径向外圈被紧固到第二部件(例如，座))。根据应用，径向内圈可以是旋转的，而径向外圈是固定的(/静止的)(stationary)，但是许多其他应用提供旋转的外部元件以及固定的内部元件。在任何情况下，在滚动轴承单元内部一个圈相对于另一圈的旋转可以通过位于一个组件的圆柱形表面与第二组件的圆柱形表面之间(通常称为滚道)之间的多个滚动元件实现。滚动元件可以是球、圆柱滚子或圆锥滚子、滚针滚子和类似的滚动元件。

随着技术的发展，已经期望轴承单元在旋转速度和温度方面提供越来越高的性能水平。这样的要求可能与轴承单元的热机械极限不兼容，特别是与某些非金属组件(诸如，滚动元件的保持架和保护滚动元件和滚道免受外部污染物影响的密封件)的热机械极限不兼容。

因此，明显的是，为了在不冒着现场发生故障风险的情况下，提供具有较高的性能水平的轴承单元，估算工作温度(/操作温度)和检查速度极限是轴承应用分析的基本方面。此外，这些因素与许多其他因素(诸如，轴承的尺寸、载荷和润滑条件)相互依赖。现有技术和技术文献中可用的数据提供了部分结果，并且明显地不包括在特定应用中实际散热的估计。

例如，已知的是，当存在热平衡时，或者当在产生的热量与耗散的热量之间存在平衡时，轴承的工作温度达到稳态。但是，已知的准则限于在非常精确的运行条件下的热平衡的简化评估，而无需考虑其他因素。

此外，技术文献建议计算应用中的最大允许调节速度，以确定应用的载荷和特定的润滑剂。但是，已知的计算方法不包括与特定应用中的实际散热有关的数据。

因此，需要进行详细的热分析，以包括散热的影响。

因此，需要定义一种轴承单元的热分析的方法，该方法解决现有技术中的缺点和信息不足，并且能够实现具有高性能和可靠性二者的轴承单元的设计。

发明内容

本发明的目的是在于开发一种轴承单元的热分析的方法，以便安全地确定轴承单元的极限速度。该方法考虑了轴承单元的所有运行条件和边界条件，特别是径向载荷、轴向载荷、离心力、材料特性和润滑状态的影响。

此外，通过使用传热理论，该方法提供轴承单元的温度范围的数学模型，并分析密封系统的技术和从结构的散热对轴承单元的温度范围的影响。

该方法使得可以识别轴承单元的最热关键(heat-critical)组件，从而基于最关键组件的热机械极限来设定最大允许转速。该方法和获得的结果已使用大量的实验测试进行检查，并且比较明确地验证热分析技术。