螺旋油楔滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑機(jī)理的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在高速旋轉(zhuǎn)條件下，滑動(dòng)軸承的溫升問題和軸承性能明顯的方向性是制約其應(yīng)用的兩個(gè)主要因素。本文的研究對(duì)象--螺旋油楔滑動(dòng)軸承恰好在這兩方面表現(xiàn)出了與眾不同的特點(diǎn)，使其成為極具應(yīng)用前途的高速精密軸承。本文采用理論與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)其潤(rùn)滑機(jī)理和獨(dú)有特性進(jìn)行研究，以期為它的優(yōu)化設(shè)計(jì)和廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 首先，在內(nèi)部機(jī)理方面，研究了螺旋油楔軸承獨(dú)特的壓力分布形態(tài)、螺旋油楔對(duì)潤(rùn)滑油的分流特性以及潤(rùn)滑油膜破裂的影響規(guī)律。 在分析

2、螺旋油楔滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上建立了軸承潤(rùn)滑的數(shù)學(xué)模型。為克服雷諾方程差分求解時(shí)劃分網(wǎng)格的局限性，推導(dǎo)了適用于任意階梯形油腔的通用計(jì)算方法；分析了軸承的出油孔邊界和油膜破裂邊界及紊流對(duì)軸承性能計(jì)算的影響。結(jié)果表明，采用出油孔邊界壓力及油膜破裂邊界壓力為零對(duì)軸承性能的計(jì)算影響很小，可以忽略；軸承間隙內(nèi)潤(rùn)滑油流動(dòng)的局部雷諾數(shù)較小，紊流的影響可以忽略不計(jì)。 在計(jì)算螺旋油楔滑動(dòng)軸承的壓力分布形態(tài)的基礎(chǔ)上，采用體積流速的方法定量研究了軸

3、承內(nèi)部潤(rùn)滑油的流動(dòng)狀態(tài)，研究了螺旋形油腔對(duì)軸承的壓力分布、潤(rùn)滑油的流線分布的影響規(guī)律，揭示了這種軸承的獨(dú)有潤(rùn)滑特征--分流特性，即軸承參數(shù)的合理匹配可以實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入軸承間隙的潤(rùn)滑油與經(jīng)過(guò)動(dòng)壓油楔區(qū)域摩擦加熱的潤(rùn)滑油的分離，有效阻止這部分熱油再進(jìn)入下一個(gè)油楔而重復(fù)加熱。 研究了螺旋油楔滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑油膜的破裂情況及軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)、運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)對(duì)油膜破裂的影響規(guī)律。與直腔軸承的對(duì)比表明，螺旋形的油腔和供油壓力的增大均可以使進(jìn)入軸承的潤(rùn)滑油更充

4、分的展開，從而有效減少軸承潤(rùn)滑油膜的破裂。 其次，在外部特性方面，針對(duì)螺旋油楔滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)，研究了螺旋油楔軸承的各向異性特點(diǎn)以及軸承結(jié)構(gòu)與工作參數(shù)對(duì)軸承性能的影響規(guī)律，揭示了這種軸承的獨(dú)有特性。 分析了滑動(dòng)軸承性能各向異性對(duì)高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的影響，探討了減弱滑動(dòng)軸承各向異性的途徑。通過(guò)與相同參數(shù)的直腔軸承對(duì)比，研究了螺旋油楔軸承性能的方向性及軸承結(jié)構(gòu)對(duì)各向異性的影響。螺旋油腔的存在，使軸承內(nèi)油膜壓力分布呈螺旋狀包裹在軸頸上

5、，使軸承的動(dòng)靜態(tài)性能較之直腔軸承呈現(xiàn)出較弱的方向性，軸承性能在各個(gè)方向上差異較小，使其更適用于鏜床類主軸的旋轉(zhuǎn)載荷的場(chǎng)合。研究了主軸彎曲變形或安裝誤差造成的軸頸偏斜對(duì)軸承性能的影響，發(fā)現(xiàn)在相同偏斜角度下同樣的外載荷，螺旋油楔軸承的最小油膜厚度大于直腔軸承，其產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力矩遠(yuǎn)小于直腔軸承，螺旋油楔軸承對(duì)軸頸的偏斜更不敏感。 研究了軸承結(jié)構(gòu)及工作參數(shù)對(duì)軸承動(dòng)靜態(tài)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，油腔的螺旋形布置使軸承總的承載力和摩擦阻力均有

6、一定的降低，但軸承出油量卻大幅增加，軸承溫升較低。增加出油孔對(duì)承載力影響較小，但卻能極大的增加軸承的出油量，從而能帶走更多的熱量，可有效地降低軸承的溫升。提高軸承的供油壓力并不能提高軸承的承載能力，但可以使進(jìn)入軸承的潤(rùn)滑油更有效的在軸承間隙中展開，有利于潤(rùn)滑油膜的形成；對(duì)軸承的溫度分布研究發(fā)現(xiàn)，0.3～0.5rad的油腔螺旋角時(shí)潤(rùn)滑油膜的最高溫度值較小。 最后，在實(shí)驗(yàn)研究方面，針對(duì)螺旋油楔滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制造了高精度滑動(dòng)軸

7、承實(shí)驗(yàn)臺(tái)。為便于采集壓力信號(hào)，研制了紅外式無(wú)線集流環(huán)信號(hào)傳輸裝置，并對(duì)壓力傳感器的定標(biāo)方法進(jìn)行了分析。通過(guò)鋼質(zhì)軸承與透明有機(jī)玻璃軸承結(jié)合，進(jìn)行了壓力分布測(cè)量、流線分布與油膜破裂規(guī)律的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)、出油量及出油孔影響等實(shí)驗(yàn)研究，并與理論計(jì)算進(jìn)行了對(duì)比分析。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅有力支持和修正了理論結(jié)果，而且發(fā)現(xiàn)了一些新的特點(diǎn)，如油膜的破裂形狀、潤(rùn)滑油的流動(dòng)狀態(tài)、壓力分布特征、出油孔對(duì)溫升的影響等。這些結(jié)果對(duì)進(jìn)一步的研究和軸承的推廣應(yīng)用都具有重