螺旋油楔滑動軸承潤滑機理的理論與實驗研究.pdf

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

2、螺旋油楔滑動軸承結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上建立了軸承潤滑的數(shù)學(xué)模型。為克服雷諾方程差分求解時劃分網(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軸承性能計算的影響。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軸承性能的計算影響很小，可以忽略；軸承間隙內(nèi)潤滑油流動的局部雷諾數(shù)較小，紊流的影響可以忽略不計。 在計算螺旋油楔滑動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)部潤滑油的流動狀態(tài)，研究了螺旋形油腔對軸承的壓力分布、潤滑油的流線分布的影響規(guī)律，揭示了這種軸承的獨有潤滑特征--分流特性，即軸承參數(shù)的合理匹配可以實現(xiàn)對進入軸承間隙的潤滑油與經(jīng)過動壓油楔區(qū)域摩擦加熱的潤滑油的分離，有效阻止這部分熱油再進入下一個油楔而重復(fù)加熱。 研究了螺旋油楔滑動軸承潤滑油膜的破裂情況及軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)、運轉(zhuǎn)參數(shù)對油膜破裂的影響規(guī)律。與直腔軸承的對比表明，螺旋形的油腔和供油壓力的增大均可以使進入軸承的潤滑油更充

4、分的展開，從而有效減少軸承潤滑油膜的破裂。 其次，在外部特性方面，針對螺旋油楔滑動軸承的特點，研究了螺旋油楔軸承的各向異性特點以及軸承結(jié)構(gòu)與工作參數(shù)對軸承性能的影響規(guī)律，揭示了這種軸承的獨有特性。 分析了滑動軸承性能各向異性對高速旋轉(zhuǎn)機械的影響，探討了減弱滑動軸承各向異性的途徑。通過與相同參數(shù)的直腔軸承對比，研究了螺旋油楔軸承性能的方向性及軸承結(jié)構(gòu)對各向異性的影響。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)載荷的場合。研究了主軸彎曲變形或安裝誤差造成的軸頸偏斜對軸承性能的影響，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)力矩遠小于直腔軸承，螺旋油楔軸承對軸頸的偏斜更不敏感。 研究了軸承結(jié)構(gòu)及工作參數(shù)對軸承動靜態(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，但可以使進入軸承的潤滑油更有效的在軸承間隙中展開，有利于潤滑油膜的形成；對軸承的溫度分布研究發(fā)現(xiàn)，0.3～0.5rad的油腔螺旋角時潤滑油膜的最高溫度值較小。 最后，在實驗研究方面，針對螺旋油楔滑動軸承的特點，設(shè)計并制造了高精度滑動軸

7、承實驗臺。為便于采集壓力信號，研制了紅外式無線集流環(huán)信號傳輸裝置，并對壓力傳感器的定標方法進行了分析。通過鋼質(zhì)軸承與透明有機玻璃軸承結(jié)合，進行了壓力分布測量、流線分布與油膜破裂規(guī)律的實驗觀測、出油量及出油孔影響等實驗研究，并與理論計算進行了對比分析。 實驗結(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，如油膜的破裂形狀、潤滑油的流動狀態(tài)、壓力分布特征、出油孔對溫升的影響等。這些結(jié)果對進一步的研究和軸承的推廣應(yīng)用都具有重