基于CFD的高速圆柱滚子轴承载荷无关功率损失研究

《Scientific Reports》：CFD-based analysis of load-independent power losses in high-speed cylindrical roller bearing considering internal geometry effects

　　在高速运行条件下预测圆柱滚子轴承（CRBs）的载荷无关功率损失对于提高系统效率至关重要。然而，传统的经验模型往往无法考虑轴承内部几何结构的影响。本研究采用计算流体力学（CFD）方法，探讨了转速和内部几何结构变化对轴承载荷无关功率损失的影响。研究采用基于等效流体方法建立的单相模型，并结合移动参考系（MRF）方法，对轴承内部流动进行了分析。结果表明，载荷无关功率损失随转速呈非线性增长，从10,000 rpm时的0.030 kW增加到30,000 rpm时的0.709 kW。对比分析显示，CFD结果与ISO/TR 14179–1的趋势一致，但在高速条件下与SKF模型的结果存在显著差异。此外，内部几何结构的变化显著影响载荷无关功率损失。N型轴承的损失最高（比NU型高40.4%），这是由于挡边引起的剪切应力集中所致；而保持架#3通过将作用于保持架拱桥的压力降至最低，使损失最小化（比保持架#2低10.9%）。该方法可用于预测载荷无关功率损失，为优化高速CRB设计提供见解。