發(fā)布時(shí)間：2020-03-09 02:33

【摘要】：水潤(rùn)滑軸承具有環(huán)保、低成本、減振抑噪、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、維修方便等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用前景非常廣泛。水潤(rùn)滑軸承的摩擦性能取決于橡膠軸瓦的水潤(rùn)滑狀態(tài)、硬度、動(dòng)態(tài)粘彈性、表面形貌與結(jié)構(gòu)等因素。改變工況或潤(rùn)滑狀態(tài),促進(jìn)潤(rùn)滑水膜充分形成,有利于降低軸承的濕摩擦系數(shù)。因?yàn)樗钠瘔毫Φ?潤(rùn)滑水容易產(chǎn)生氣蝕,實(shí)際工況中,潤(rùn)滑水還可能混入泥砂等固體顆粒。而且由于自身和外界復(fù)雜的作用力,可能引起集中載荷瞬時(shí)沖擊軸承,產(chǎn)生振動(dòng)。這就要求軸承既有優(yōu)異的濕滑性能,又具備良好的耐磨抗蝕能力。正常運(yùn)行工況下,軸承同時(shí)具有低摩擦系數(shù)和高承載性能的要求,很難兩全。另外,橡膠軸瓦較低的彈性模量,即使施加輕載(相對(duì)較低的水膜壓力),也會(huì)產(chǎn)生明顯彈性變形,改變潤(rùn)滑水膜的厚度與形狀,進(jìn)而影響水膜壓力的分布,使軸承的潤(rùn)滑機(jī)理更復(fù)雜。因此,研究水潤(rùn)滑軸承,既要考慮溝槽、曲面的幾何形狀結(jié)構(gòu),也要考慮橡膠軸瓦的材料性能對(duì)潤(rùn)滑特性的影響。大多數(shù)現(xiàn)有的數(shù)值求解計(jì)算,只得出潤(rùn)滑水膜厚度和壓力分布曲線,并沒(méi)有系統(tǒng)分析帶有導(dǎo)水溝槽的水潤(rùn)滑軸承沿縱向、周向的整個(gè)間隙內(nèi),隨著開(kāi)槽形狀、偏心率、間隙不同,流體速度場(chǎng)及壓力場(chǎng)的變化,也沒(méi)有研究流體動(dòng)壓與橡膠軸瓦變形之間的雙向流固耦合相互作用。而且都沒(méi)有計(jì)入空化效應(yīng),軸承湍流潤(rùn)滑的數(shù)值模擬也很少。因此,論文考慮空化效應(yīng),數(shù)值求解由不同水介質(zhì)(清水、含砂水)潤(rùn)滑,軸承湍流狀態(tài)動(dòng)壓潤(rùn)滑的流場(chǎng)特性,仿真分析軸承清水潤(rùn)滑雙向流固耦合作用下,橡膠軸瓦表面的變形及其法向、切向接觸應(yīng)力。結(jié)合水潤(rùn)滑軸承摩擦磨損臺(tái)架試驗(yàn),用SEM觀察并分析磨損軸承表面的微觀形貌,探討軸承磨損的成因、機(jī)制與主要影響因素,力圖揭示軸承不同工況的磨損機(jī)理。進(jìn)而提出一種簡(jiǎn)便有效的方法,通過(guò)改進(jìn)橡膠軸瓦復(fù)合材料的工藝性能,提高水潤(rùn)滑軸承的工作性能。論文主要的研究?jī)?nèi)容如下:1.實(shí)際工況中,潤(rùn)滑水可能產(chǎn)生空化現(xiàn)象,并含有固體泥砂顆粒。論文將清水流場(chǎng)表述為氣-液兩相流流場(chǎng),將含砂水流場(chǎng)描述為氣-液-固三相流流場(chǎng)。根據(jù)多相流沖蝕磨損的理論,對(duì)比分析橡膠軸瓦的空蝕、沖蝕、空蝕-沖蝕交互磨損。壓力使工作面凹陷,這利于形成流體潤(rùn)滑水膜。因?yàn)榱鲌?chǎng)壓力作用下橡膠軸瓦會(huì)變形,導(dǎo)致流體分布改變,促進(jìn)流體動(dòng)壓潤(rùn)滑水膜形成,又使流場(chǎng)壓力變動(dòng)。所以,在軸承清水潤(rùn)滑流場(chǎng)的計(jì)算模型中,計(jì)入(流場(chǎng)壓力變化與軸瓦彈性變形)雙向流固耦合的影響,數(shù)值模擬且定性分析雙向流固耦合作用下橡膠軸瓦的彈性變形,豐富充實(shí)水潤(rùn)滑軸承的彈流動(dòng)壓潤(rùn)滑理論。2.建立水潤(rùn)滑軸承考慮空化影響、湍流狀態(tài)潤(rùn)滑的求解模型,對(duì)不同偏心率的軸承進(jìn)行數(shù)值模擬,得到不同工況下的水膜壓力分布、橡膠軸瓦變形分布規(guī)律,并且推導(dǎo)出相應(yīng)的潤(rùn)滑水膜承載力與摩擦系數(shù)的計(jì)算表達(dá)式。用計(jì)算流體力學(xué)CFD方法和ANSYS MFX多場(chǎng)求解器,求出潤(rùn)滑水膜變化與橡膠軸瓦彈性變形雙向流固耦合下,橡膠軸瓦表面切向應(yīng)力、法向應(yīng)力、變形的數(shù)值與分布;結(jié)合軸承摩擦磨損試驗(yàn),通過(guò)電鏡觀察分析磨損表面的微觀形貌;從理論、試驗(yàn)兩方面證實(shí)軸承(滑動(dòng)接觸)疲勞磨損的可能性與存在性。找出其重要的影響因素,探討軸承疲勞磨損的成因與機(jī)制,并為軸承性能改進(jìn)提供確切的評(píng)判依據(jù)。3.水潤(rùn)滑軸承的摩擦性能取決于橡膠軸瓦的潤(rùn)滑狀態(tài)、硬度、動(dòng)態(tài)粘彈性等。選取坡縷石(AT)納米粉體,經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑KH-550表面改性處理后,加入NBR混煉、模壓硫化成型,制成AT/NBR橡膠軸瓦硫化膠試件與AT/NBR水潤(rùn)滑軸承試件。檢測(cè)表明,AT/NBR橡膠軸瓦硫化膠試件的綜合力學(xué)性能、硬度提高,補(bǔ)強(qiáng)效果增加。用動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀DMA測(cè)得,AT/NBR橡膠軸瓦硫化膠的初始儲(chǔ)能模量較NBR橡膠軸瓦硫化膠更大,在橡膠基體中的分散更均勻精細(xì)、相容性更好,工藝性能改善。DMA還測(cè)得,NBR、AT/NBR橡膠軸瓦硫化膠試件在0℃時(shí)1Hz下的損耗因子大約相等,表明兩者的濕滑能力基本不變。通過(guò)軸承摩擦磨損試驗(yàn)機(jī),測(cè)出AT/NBR軸承試件的水潤(rùn)滑摩擦噪聲、摩擦系數(shù)與磨損量降低。以上試驗(yàn)結(jié)果表明,AT/NBR軸承試件比NBR軸承試件的摩擦磨損等性能指標(biāo)有所提高,并達(dá)到了美軍標(biāo)(船舶)MIL-DTL-17901C(SH)的規(guī)定。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH133.3

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本文編號(hào)：2585704