橡膠軸承的水潤滑機(jī)理研究.pdf

1、水潤滑橡膠軸承由于具有較好的防振、耐泥沙、耐磨等特性，在船舶、水輪機(jī)、水泵和農(nóng)用機(jī)械等設(shè)備上得到了較為廣泛的應(yīng)用。然而，目前其潤滑和承載機(jī)理的研究尚不完善。本文通過理論分析和試驗(yàn)研究，探求了水潤滑情況下橡膠軸承的摩擦特性，并揭示了潤滑機(jī)理。 本文首次對(duì)完全水潤滑橡膠軸承進(jìn)行了彈流潤滑分析。由于水的粘度很低，而橡膠是超彈性體，水潤滑橡膠軸承的彈流潤滑分析存在兩個(gè)難點(diǎn)：水的流體潤滑方程選擇和橡膠的彈性變形計(jì)算。本文從流體力學(xué)的連續(xù)性

2、方程和Navier-Stokes方程出發(fā)，推導(dǎo)了適用于第二層流區(qū)的圓柱坐標(biāo)系中考慮了慣性力的Reynolds方程。通過水潤滑軸承用橡膠材料的應(yīng)力應(yīng)變實(shí)驗(yàn)，得出在一定的形變范圍內(nèi)橡膠可作為線性彈性體處理。在充分比較各種流態(tài)下潤滑方程的數(shù)值結(jié)果、選擇水潤滑方程以及合理地將橡膠簡化為線性彈性體的基礎(chǔ)上，建立了水潤滑橡膠軸承的彈流潤滑模型。根據(jù)這個(gè)數(shù)學(xué)模型，借助于有限元軟件MARC，分別對(duì)凹面型、平面型水潤滑橡膠軸承進(jìn)行了彈流潤滑分析。

3、 彈流潤滑計(jì)算初步表明，在輕載(0.1MPa)下，凹面型軸承中不可能存在完全流體膜將軸頸與軸承全部分隔開，但可能形成宏觀尺度的流體膜。本文指出，在凹面型軸承的摩擦界面上既存在連續(xù)的流體膜又存在宏觀尺度的直接接觸，屬于廣義的混合潤滑狀態(tài)。流體壓力能夠使橡膠襯層產(chǎn)生10-5m數(shù)量級(jí)的徑向彈性變形，與試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的水囊現(xiàn)象一致。計(jì)算表明平面型軸承不能形成流體膜，屬于邊界潤滑狀態(tài)。 凹面型、平面型結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致兩者形成的流體壓力大小相差懸殊

4、。凹面型軸承具有狹長的收斂楔形，而平面型的收斂楔形既寬又短。在軸頸、軸承發(fā)生接觸后，結(jié)構(gòu)的不同表現(xiàn)為不同的接觸變形特征。接觸分析表明，除了水槽的分隔，凹面型軸承的接觸區(qū)域是連續(xù)的一整片，而平面型軸承的各個(gè)承載板條都只有中間部分與軸頸相接觸。在所計(jì)算載荷的范圍內(nèi)，凹面型的接觸面積幾乎是平面型的兩倍。狹長的收斂楔形、較大的連續(xù)接觸面積以及較小的法向接觸應(yīng)力使凹面型結(jié)構(gòu)更有利于形成流體壓力。 本文分別對(duì)凹面型、平面型水潤滑橡膠軸承進(jìn)行

5、了摩擦性能試驗(yàn)。在輕載工況下試驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果相符，表明能否形成部分流體膜、達(dá)到混合潤滑狀態(tài)將很大程度地決定軸承摩擦性能的好壞，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是優(yōu)化軸承性能的重要途徑。同時(shí)也應(yīng)看到，當(dāng)工況條件或者潤滑狀態(tài)改變后，有利于流體膜形成的條件可能轉(zhuǎn)化為降低摩擦性能的因素。 應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)靜態(tài)接觸面積與動(dòng)態(tài)摩擦力進(jìn)行了相關(guān)分析，結(jié)果表明二者具有顯著水平的線性相關(guān)關(guān)系。由此，本文提出橡膠軸承的摩擦性能主要由邊界潤滑部分決定，橡膠材質(zhì)的選擇是改善軸承