圆形弹性金属塑料瓦推力轴承热弹流润滑性能研究

发布时间：2020-05-24 17:31

【摘要】：近年来弹性金属塑料瓦推力轴承广泛适用于水轮发电机组、舰船传动装置、水泵机组和大型矿山挖掘机等机械设备。与传统的巴士合金瓦推力轴承相比,弹性金属塑料瓦推力轴承具有摩擦系数小、自润滑性能好以及绝热性强等优点,在一些领域已成功取代巴士合金瓦推力轴承的地位。本文以中心点支承的圆形弹性金属塑料瓦推力轴承为研究对象。首先,建立该类轴承流体润滑数学模型,并确定各基本方程的边界条件,采用有限元法求解上述数学模型。其次,运用FORTRAN计算机语言编制轴承润滑性能计算程序。然后通过该程序输出的温度场与压力场代入到ANSYS有限元软件中进行仿真分析;通过分析结果优化设计出一个适宜的初始轴瓦型面,并以最小油膜厚度润滑性能参数为依据确定该初始轴瓦型面的最佳尺寸;利用轴承润滑性能计算程序,计算分析多种工况下弹性复合层和钢基层厚度、载荷与转速对轴承润滑性能的影响。最后进行了实验测试:圆形塑料瓦瓦面压缩弹性模量测试实验;圆形塑料瓦瓦体温度测试实验以及圆形塑料瓦与圆形巴士合金瓦带负荷启动对比实验。研究结果发现,油膜压力使瓦面产生凹变形,油膜温度使瓦面产生凸变形,塑料瓦瓦面整体变形为凹变形。为改善瓦面形貌,设计出了一种中部凸起的初始轴瓦型面来抵消掉这种不良变形,并确定了轴瓦瓦面最佳的修型尺寸,显著提升了其热弹流润滑性能。研究结果还表明,弹性复合层的厚度对轴承热弹流润滑性能影响明显;钢基层的厚度对轴承最高油膜温度的影响甚微,可忽略不计;通过实验发现,圆形塑料瓦的弹性模量不是一个固定的值,同时其带负荷启动性能明显优于巴士合金瓦。
【图文】：

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故又称为塑料瓦。弹性金属塑料瓦的结构是把成型的弹性复合层钎焊到钢制瓦基上。弹性复合层是如图1-1(b)所示的螺旋状铜丝与聚四氟乙烯挤压成型的氟塑料金属复合材料层，弹性复合层的厚度约为 6-10mm[1]，，金属丝层起到将聚四氟乙烯和瓦基钢板连接的作用，弹性复合层具有一定的弹性，从而改善了推力轴承的承载性能。塑料瓦最早出现在上个世纪七十年代的前苏联，安装在斯威尔水电站机组的一台推力轴承上。之后前苏联的古比雪夫航空学院通过用铜丝代替铜粉制作弹性金属塑料轴瓦，并安装在前苏联的伏尔加水电站的推力轴承上。通过在水电站上 3 年的试验运行，研究发现这种新型轴瓦拥有一些巴氏合金轴瓦不具备的优越性能，随后在前苏联境内得到广泛的应用。1986 年在巴黎举行的国际电网会议上，前苏联科学家们向全世界介绍了弹性金属塑料瓦的优秀性能及相关参数，引起了与会各国科学家们的重视。1987 年我国从前苏联引进并安装使用，之后我国开始对塑料瓦进行自主研发。a) 前苏联进口塑料瓦剖面图 b) 前苏联进口塑料瓦结构示意图图 1-1 塑料瓦示意图Fig.1-1 Schematic diagram of plastic pad塑料瓦根据其形状的不同分为圆形塑料瓦和扇形塑料瓦。扇形塑料瓦推力

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a) 圆形塑料轴瓦 b) 扇形塑料轴瓦图 1-2 两种轴瓦对比示意图Fig.1-2 Comparison diagram of two bearing pads因此，本文开展对中心点支承圆形塑料瓦的热弹流润滑性能的研究，分类轴瓦推力轴承的摩擦学特性；深入研究各工况下圆形塑料瓦推力轴承热润滑性能，是对弹性金属塑料瓦推力轴承特性研究的内容进行了补充。对计与生产圆形塑料瓦推力轴承具有重要的实际应用价值和理论意义。.2 国内外研究现状1.2.1 弹性流体润滑理论的发展与现状1883 年，Tower 对火车轮轴的轴承进行了实验，首次观察到了流体动压。随后 Reynolds 在 1886 年根据流体力学提出了润滑理论的基本方程，成揭示了流体膜产生动压的机理，其润滑膜厚度通常在 100μm以上。20 世纪 50 年代以后，研究者们又将雷诺流体润滑理论与 Hertz 弹性接触
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH133.3

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