【摘要】：近年來彈性金屬塑料瓦推力軸承廣泛適用于水輪發(fā)電機組、艦船傳動裝置、水泵機組和大型礦山挖掘機等機械設備。與傳統(tǒng)的巴士合金瓦推力軸承相比,彈性金屬塑料瓦推力軸承具有摩擦系數(shù)小、自潤滑性能好以及絕熱性強等優(yōu)點,在一些領(lǐng)域已成功取代巴士合金瓦推力軸承的地位。本文以中心點支承的圓形彈性金屬塑料瓦推力軸承為研究對象。首先,建立該類軸承流體潤滑數(shù)學模型,并確定各基本方程的邊界條件,采用有限元法求解上述數(shù)學模型。其次,運用FORTRAN計算機語言編制軸承潤滑性能計算程序。然后通過該程序輸出的溫度場與壓力場代入到ANSYS有限元軟件中進行仿真分析;通過分析結(jié)果優(yōu)化設計出一個適宜的初始軸瓦型面,并以最小油膜厚度潤滑性能參數(shù)為依據(jù)確定該初始軸瓦型面的最佳尺寸;利用軸承潤滑性能計算程序,計算分析多種工況下彈性復合層和鋼基層厚度、載荷與轉(zhuǎn)速對軸承潤滑性能的影響。最后進行了實驗測試:圓形塑料瓦瓦面壓縮彈性模量測試實驗;圓形塑料瓦瓦體溫度測試實驗以及圓形塑料瓦與圓形巴士合金瓦帶負荷啟動對比實驗。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),油膜壓力使瓦面產(chǎn)生凹變形,油膜溫度使瓦面產(chǎn)生凸變形,塑料瓦瓦面整體變形為凹變形。為改善瓦面形貌,設計出了一種中部凸起的初始軸瓦型面來抵消掉這種不良變形,并確定了軸瓦瓦面最佳的修型尺寸,顯著提升了其熱彈流潤滑性能。研究結(jié)果還表明,彈性復合層的厚度對軸承熱彈流潤滑性能影響明顯;鋼基層的厚度對軸承最高油膜溫度的影響甚微,可忽略不計;通過實驗發(fā)現(xiàn),圓形塑料瓦的彈性模量不是一個固定的值,同時其帶負荷啟動性能明顯優(yōu)于巴士合金瓦。
【圖文】：

故又稱為塑料瓦。彈性金屬塑料瓦的結(jié)構(gòu)是把成型的彈性復合層釬焊到鋼制瓦基上。彈性復合層是如圖1-1(b)所示的螺旋狀銅絲與聚四氟乙烯擠壓成型的氟塑料金屬復合材料層，彈性復合層的厚度約為 6-10mm[1]，，金屬絲層起到將聚四氟乙烯和瓦基鋼板連接的作用，彈性復合層具有一定的彈性，從而改善了推力軸承的承載性能。塑料瓦最早出現(xiàn)在上個世紀七十年代的前蘇聯(lián)，安裝在斯威爾水電站機組的一臺推力軸承上。之后前蘇聯(lián)的古比雪夫航空學院通過用銅絲代替銅粉制作彈性金屬塑料軸瓦，并安裝在前蘇聯(lián)的伏爾加水電站的推力軸承上。通過在水電站上 3 年的試驗運行，研究發(fā)現(xiàn)這種新型軸瓦擁有一些巴氏合金軸瓦不具備的優(yōu)越性能，隨后在前蘇聯(lián)境內(nèi)得到廣泛的應用。1986 年在巴黎舉行的國際電網(wǎng)會議上，前蘇聯(lián)科學家們向全世界介紹了彈性金屬塑料瓦的優(yōu)秀性能及相關(guān)參數(shù)，引起了與會各國科學家們的重視。1987 年我國從前蘇聯(lián)引進并安裝使用，之后我國開始對塑料瓦進行自主研發(fā)。a) 前蘇聯(lián)進口塑料瓦剖面圖 b) 前蘇聯(lián)進口塑料瓦結(jié)構(gòu)示意圖圖 1-1 塑料瓦示意圖Fig.1-1 Schematic diagram of plastic pad塑料瓦根據(jù)其形狀的不同分為圓形塑料瓦和扇形塑料瓦。扇形塑料瓦推力

a) 圓形塑料軸瓦 b) 扇形塑料軸瓦圖 1-2 兩種軸瓦對比示意圖Fig.1-2 Comparison diagram of two bearing pads因此，本文開展對中心點支承圓形塑料瓦的熱彈流潤滑性能的研究，分類軸瓦推力軸承的摩擦學特性；深入研究各工況下圓形塑料瓦推力軸承熱潤滑性能，是對彈性金屬塑料瓦推力軸承特性研究的內(nèi)容進行了補充。對計與生產(chǎn)圓形塑料瓦推力軸承具有重要的實際應用價值和理論意義。.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 彈性流體潤滑理論的發(fā)展與現(xiàn)狀1883 年，Tower 對火車輪軸的軸承進行了實驗，首次觀察到了流體動壓。隨后 Reynolds 在 1886 年根據(jù)流體力學提出了潤滑理論的基本方程，成揭示了流體膜產(chǎn)生動壓的機理，其潤滑膜厚度通常在 100μm以上。20 世紀 50 年代以后，研究者們又將雷諾流體潤滑理論與 Hertz 彈性接觸
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH133.3

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