本文關(guān)鍵詞：油膜軸承離心澆鑄的數(shù)值模擬與工藝優(yōu)化研究

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【摘要】：油膜軸承因承載性能好、摩擦系數(shù)低和運(yùn)轉(zhuǎn)精度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械、鋼鐵行業(yè)。襯套是油膜軸承的主要徑向承載件和易損件，其材料選取、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工制造是決定軸承運(yùn)行性能和使用壽命的關(guān)鍵因素。實(shí)際中常使用離心澆鑄工藝在軸瓦鋼背上澆鑄適當(dāng)厚度的合金材料來(lái)獲得襯套。因此，離心澆鑄工藝與系統(tǒng)的優(yōu)化對(duì)提高軸承襯套的澆鑄質(zhì)量及工作性能至關(guān)重要。 為提高軸承襯套的澆鑄質(zhì)量，本文首先以油膜軸承襯套為研究對(duì)象，在考慮科氏力的影響下，分析了金屬液流體質(zhì)點(diǎn)在臥式離心澆鑄過(guò)程中的受力情況，建立了襯套在離心澆鑄充型及凝固過(guò)程中的理論模型。 其次，通過(guò)運(yùn)用ProCAST軟件對(duì)軸承襯套合金層的離心澆鑄過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，針對(duì)襯套在離心澆鑄中存在的鑄造缺陷問(wèn)題，對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明：優(yōu)化后的澆鑄模型在充型時(shí)可減緩金屬液的沖擊，使金屬液能夠?qū)崿F(xiàn)由外向內(nèi)的順序凝固，提高了金屬液的補(bǔ)縮能力。優(yōu)化后澆鑄模型的縮孔率最大值比原模型減少了約為5.5%，縮孔率平均值比原模型減少了約為8.3%，在凝固后期出現(xiàn)的孤立部位較少，，使?jié)茶T質(zhì)量得到了改善。 另外，研究了不同轉(zhuǎn)速、澆注溫度和預(yù)熱溫度分別對(duì)離心澆鑄中金屬液的充型及凝固行為的影響規(guī)律，研究表明：轉(zhuǎn)速的增加提高了金屬液的填充速率；澆注溫度與預(yù)熱溫度的升高減緩了金屬液的凝固速率，增加了熱應(yīng)力；但當(dāng)澆注溫度過(guò)高時(shí)反而提高了凝固速率，減小了熱應(yīng)力；當(dāng)預(yù)熱溫度過(guò)低時(shí)反而會(huì)引起較大的熱應(yīng)力；預(yù)熱溫度對(duì)金屬液充型及凝固行為的影響比澆注溫度的影響更大。并且通過(guò)對(duì)六組工藝參數(shù)對(duì)離心澆鑄過(guò)程的影響結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，最終得到了此油膜軸承襯套離心澆鑄的最佳工藝參數(shù)，即：金屬液的最佳澆注溫度為440℃，鑄型的最佳預(yù)熱溫度為250℃，最佳轉(zhuǎn)速為400r/min。 最后，通過(guò)采用不同的水冷工藝，對(duì)最佳工藝參數(shù)下澆注完畢的軸瓦進(jìn)行了水冷卻實(shí)驗(yàn)，分別獲得了油膜軸承鋼背在不同水冷條件下的冷卻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)水冷實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，得出了軸承鋼背的最佳水冷工藝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在最佳工藝參數(shù)和水冷工藝下所得的襯套的澆鑄質(zhì)量符合實(shí)際生產(chǎn)要求，為生產(chǎn)中控制和優(yōu)化離心澆鑄工藝提供了科學(xué)理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：油膜軸承 離心澆鑄 ProCAST 數(shù)值模擬 工藝參數(shù)
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TG249.4;TH133.3
【目錄】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 課題的研究背景及意義11-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展與現(xiàn)狀13-19
• 1.2.1 充型過(guò)程的數(shù)值模擬概況13-14
• 1.2.2 凝固過(guò)程的數(shù)值模擬概況14-16
• 1.2.3 離心澆鑄的數(shù)值模擬概況16-19
• 1.3 課題的主要研究?jī)?nèi)容19-21
• 第二章 軸承襯套離心澆鑄過(guò)程的理論基礎(chǔ)21-33
• 2.1 離心澆鑄原理及特點(diǎn)概述21-22
• 2.2 離心澆鑄下液態(tài)金屬質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)模型22-25
• 2.2.1 液態(tài)金屬質(zhì)點(diǎn)的受力分析22-23
• 2.2.2 液態(tài)金屬質(zhì)點(diǎn)的加速度模型23-24
• 2.2.3 金屬液質(zhì)點(diǎn)所受離心壓力的計(jì)算24-25
• 2.3 充型過(guò)程的理論計(jì)算25-27
• 2.3.1 金屬液質(zhì)點(diǎn)充型過(guò)程的理論模型25-26
• 2.3.2 充型過(guò)程理論模型的求解26-27
• 2.4 凝固過(guò)程的理論計(jì)算27-30
• 2.4.1 金屬液質(zhì)點(diǎn)溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型27-29
• 2.4.2 凝固潛熱的處理方法29
• 2.4.3 初始條件和邊界條件的確定29-30
• 2.4.4 金屬液質(zhì)點(diǎn)應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型30
• 2.5 縮孔缺陷的形成機(jī)理及預(yù)測(cè)方法30-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 第三章 軸承襯套離心澆鑄過(guò)程的數(shù)值模擬及結(jié)果分析33-47
• 3.1 襯套離心澆鑄過(guò)程模擬預(yù)處理33-38
• 3.1.1 ProCAST 軟件簡(jiǎn)介及模擬步驟33-34
• 3.1.2 澆鑄模型的建立及優(yōu)化34-36
• 3.1.3 相關(guān)參數(shù)的設(shè)置36-38
• 3.2 襯套離心澆鑄過(guò)程的仿真結(jié)果分析38-45
• 3.2.1 溫度場(chǎng)的模擬結(jié)果及分析38-42
• 3.2.2 襯套縮孔缺陷部位的預(yù)測(cè)及分析42-45
• 3.3 本章小結(jié)45-47
• 第四章 軸承襯套離心澆鑄過(guò)程中不同參數(shù)的影響分析47-57
• 4.1 鑄型轉(zhuǎn)速的影響分析47-49
• 4.2 金屬液澆注溫度的影響分析49-51
• 4.2.1 澆注溫度對(duì)溫度場(chǎng)的影響50
• 4.2.2 澆注溫度對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的影響50-51
• 4.3 鑄型預(yù)熱溫度的影響分析51-53
• 4.3.1 預(yù)熱溫度對(duì)溫度場(chǎng)的影響51-52
• 4.3.2 預(yù)熱溫度對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的影響52-53
• 4.4 最佳澆鑄工藝參數(shù)的確定53-55
• 4.4.1 六組工藝組合參數(shù)的影響分析53-54
• 4.4.2 最佳澆鑄工藝的計(jì)算結(jié)果分析54-55
• 4.5 本章小結(jié)55-57
• 第五章 軸瓦鋼背的水冷卻實(shí)驗(yàn)研究57-75
• 5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙饬x57
• 5.2 實(shí)驗(yàn)方法及內(nèi)容57-58
• 5.3 五種工況的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析58-64
• 5.3.1 工況 1 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析58-59
• 5.3.2 工況 2 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析59-60
• 5.3.3 工況 3 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析60-62
• 5.3.4 工況 4 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析62-63
• 5.3.5 工況 5 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析63-64
• 5.4 各位置在不同工況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析64-70
• 5.4.1 角 1 位置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析64-65
• 5.4.2 角 2 位置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析65-67
• 5.4.3 角 3 位置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析67-68
• 5.4.4 角 4 位置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析68-69
• 5.4.5 中心點(diǎn)位置的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析69-70
• 5.5 不同工況冷卻速度的分析結(jié)果70-72
• 5.5.1 水冷速度的分析結(jié)果70-71
• 5.5.2 空冷速度的分析結(jié)果71-72
• 5.6 最佳水冷工藝的確定72-74
• 5.6.1 水冷實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果72-73
• 5.6.2 最佳工藝的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證73-74
• 5.7 本章小結(jié)74-75
• 第六章 結(jié)論與展望75-77
• 6.1 結(jié)論75
• 6.2 展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-83
• 致謝83-85
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果85-86

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：654516