论文部分内容阅读
本论文在国家自然科学基金资助下,率先对弹性金属塑料瓦径向滑动轴承的润滑机理进行了理论分析及实验研究。采用有限差分法和有限元法联立求解轴承的三维数学模型,考察了其在稳态工作状态及瞬态启停过程中的工作性能,研制开发了计算该新型轴承润滑性能的分析软件,并搭建了两套相关试验台对理论分析结果进行了验证。
设计制作了固液界面滑移特性试验台架,进行了不同场压力、不同转速和油膜间隙条件下的滑移特性试验。发现油液在聚四氟乙烯表面的滑移现象是在油膜剪切应力达到一定临界值后出现的,随着剪切应力的增大而增大,随着场压力的增大而减小,并根据实验数据给出了常压和场压力下的滑移速度数学模型。
展开了流体润滑力学数值算法的初步探讨,联立求解广义雷诺方程、三维能量方程、固体热传导方程、瓦体变形方程及润滑油温粘关系等方程,建立了普通金属瓦和弹性金属塑料瓦两种径向滑动轴承三维稳态热弹流计算数学模型,并给出数值求解过程。
根据实验得出的边界滑移速度模型,对经典的雷诺方程进行修正,分析了边界滑移现象对弹性金属塑料瓦径向滑动轴承油膜速度、最小油膜间隙、偏心率、压力场和温度场的影响作用。发现计入边界滑移作用后润滑油流量增大,轴承偏心率略有增大,而油膜温度要比未计入边界滑移作用时的油膜温度有所降低,并且随着轴承外载荷及轴颈转速的增加,温度降低幅度更为明显,对改善轴承的工作性能具有积极的作用。
搭建弹性金属塑料瓦径向滑动轴承的压力场和温度场综合测试试验台架,进行了不同转速、不同外载荷等多种工况的试验测量。通过试验为理论分析提供了对比依据,证明了弹性金属塑料瓦径向滑动轴承三维热弹流分析模型和软件的可靠性。
建立了普通金属瓦径向滑动轴承瞬态特性的计算数学模型,采用多重网格法求解油膜压力场。给出启动和停机过程转子的轴心轨迹及启动过程油膜瞬态温度场的求解算例,与实验结果吻合较好。
开发了适用于弹性金属塑料瓦径向滑动轴承的瞬态热弹流分析软件,对该新型复合材料轴承在启动和停机过程的瞬态润滑特性进行了分析,对比了温度场收敛过程、轴瓦变形量及轴心轨迹与普通金属瓦的区别。发现计入边界滑移作用后,油膜温度要低于普通金属瓦的油膜温度。并且在停机过程结束时,由于弹性金属塑料轴瓦的热弹综合变形作用,在轴瓦表面形成了一个下凹的容腔,部分油液被转子封闭在该容腔内,使得停机后仍能保持一定的油膜压力作用于转子,即转子停机过程仍处于液体润滑状态,避免了转子与轴瓦的完全接触,减小了轴瓦的摩擦损伤,从而揭示了弹性金属塑料瓦径向滑动轴承不同于普通金属瓦轴承的优异特性。