【摘要】：水潤(rùn)滑軸承具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。以水作為工作介質(zhì),既可以節(jié)省大量油料和貴重有色金屬等戰(zhàn)略資源,又能從根本上避免漏油對(duì)水資源的污染,在船舶、水工和深海機(jī)械中有廣泛的應(yīng)用前景。因此,水潤(rùn)滑軸承,作為環(huán)境科學(xué)、材料學(xué)和機(jī)械學(xué)研究領(lǐng)域的重要對(duì)象,已引起了高度關(guān)注。但是,從基礎(chǔ)理論到工程應(yīng)用,水潤(rùn)滑軸承都還不如油潤(rùn)滑軸承成熟,存在一些不完善之處。特別是水潤(rùn)滑軸承間隙內(nèi)流場(chǎng)分布情況、流體壓力與軸套變形的相互影響等問題至今沒有進(jìn)行過系統(tǒng)的研究,水潤(rùn)滑軸承材料耐空蝕性能的研究尚處于空白,新型聚合物材料用于水潤(rùn)滑軸承的摩擦學(xué)基礎(chǔ)研究還不夠透徹,制約了水潤(rùn)滑軸承技術(shù)的發(fā)展。 本文以船舶艉軸水潤(rùn)滑軸承的結(jié)構(gòu)、材料設(shè)計(jì)所面對(duì)的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題為對(duì)象,運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)方法,通過數(shù)值仿真,系統(tǒng)的研究了水潤(rùn)滑軸承的間隙內(nèi)流場(chǎng)分布特征、流體壓力與溝槽結(jié)構(gòu)、軸套變形等之間的相互關(guān)系；在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上探討了典型水潤(rùn)滑軸承材料的抗氣蝕性能及其在淡水、海水環(huán)境下的滑動(dòng)摩擦性能變化規(guī)律,為水潤(rùn)滑軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、科學(xué)選材與合理應(yīng)用提供理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下： (1)運(yùn)用二維數(shù)值模擬計(jì)算研究了水潤(rùn)滑軸承間隙大小、溝槽形狀和數(shù)量、開槽位置以及偏心率的大小對(duì)流體流場(chǎng)分布的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：流體壓力均隨著軸頸偏心率的增加而增加,隨著間隙的增加而降低。間隙、偏心率、溝槽形狀和分布對(duì)流場(chǎng)壓力分布的交互影響作用較大,偏心率為0時(shí),溝槽形狀對(duì)間隙內(nèi)流體壓力影響規(guī)律為：圓弧形矩形矩弧形；偏心率為0.8時(shí),矩弧形矩形圓弧形；圓弧形槽偏心率為0.8時(shí)間隙內(nèi)流場(chǎng)壓力隨著間隙的增加呈波浪型降低；間隙為1mm時(shí),四矩形槽、六矩弧形槽和六圓弧形槽承載能力最差；與矩形槽相比,在矩弧形溝槽的溝槽處,流體流動(dòng)方向相對(duì)平穩(wěn)。 (2)采用流固耦合算法以矩弧形水槽水潤(rùn)滑軸承為對(duì)象,深入研究了軸套材料變形條件下,水潤(rùn)滑軸承偏心率與軸套材料的變形特征對(duì)流場(chǎng)分布規(guī)律的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著偏心率增大,軸套的最大變形量可增加2個(gè)數(shù)量級(jí)；偏心率較小時(shí),軸套變形對(duì)速度場(chǎng)影響較小,對(duì)壓力場(chǎng)影響較大；偏心率較大時(shí),軸套變形對(duì)速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)影響都很大。 (3)設(shè)計(jì)了一種基于磁致伸縮儀的反擊式聚合物材料空蝕試驗(yàn)方法,試驗(yàn)研究水潤(rùn)滑軸承材料的空蝕性能,結(jié)合表面形貌、能譜等分析,探討其空蝕機(jī)理。試驗(yàn)證實(shí)：由于粘彈性和非晶特征,超高分子量聚乙烯材料具有極佳的抗空蝕性能；賽龍材料的成分不均勻,導(dǎo)致部分顆粒狀材料在氣蝕作用下松動(dòng)脫落,形成深度和直徑較大的坑,抗空蝕性能較差；飛龍材料空蝕試驗(yàn)中,部分粘結(jié)劑產(chǎn)生裂紋,在氣泡沖擊作用下,粘結(jié)劑脫落,導(dǎo)致編織物纖維裸露、脫落,抗空蝕性能最差。 (4)試驗(yàn)研究了賽龍、飛龍、超高分子量聚乙烯在淡水介質(zhì)和人工海水介質(zhì)中的滑動(dòng)摩擦磨損性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)： a、超高分子量聚乙烯/GCr15摩擦副在人工海水介質(zhì)中的摩擦系數(shù)(0.069-0.082)低于在淡水介質(zhì)中的摩擦系數(shù),隨轉(zhuǎn)速的增加而降低,磨損體積較�。荒p機(jī)制主要為磨粒磨損、塑性變形和材料變形。 b、飛龍／GCr15摩擦副在人工海水介質(zhì)中的摩擦系數(shù)(0.148-0.192)略低于在淡水介質(zhì)中的摩擦系數(shù)(0.15-0.21),隨時(shí)間增加呈現(xiàn)先升高后緩慢降低的趨勢(shì),隨轉(zhuǎn)速的增加而降低,磨損體積較大；磨損機(jī)制主要為磨粒磨損和材料疲勞磨損。 c、賽龍／GCr15摩擦副在淡水介質(zhì)中的摩擦系數(shù)比較大(0.345-0.425),隨時(shí)間的增加呈上升趨勢(shì),隨轉(zhuǎn)速的增加呈降低,磨損機(jī)制主要是磨粒磨損、材料剝落磨損、材料疲勞磨損和材料變形；在人工海水介質(zhì)中摩擦系數(shù)(0.185-0.335)隨時(shí)間和轉(zhuǎn)速的增加呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì),磨損機(jī)制主要為磨粒磨損、材料疲勞磨損和材料變形。 (6)基于材料在一定工況下承載能力、變形量、磨損量、摩擦系數(shù)和空蝕性能與轉(zhuǎn)速、時(shí)間的定量關(guān)系研究,建立了水潤(rùn)滑承載材料綜合性能評(píng)估模型。
【學(xué)位授予單位】：機(jī)械科學(xué)研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TH133.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2708824