摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)和科技水平的快速發(fā)展，隨著機(jī)械工業(yè),尤其是高速列車和航空航天工業(yè)的發(fā)展,滿足高速、重載等極端環(huán)境下服役要求的軸承技術(shù)研發(fā)對(duì)提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性、可靠性及壽命至關(guān)重要。此次會(huì)議的召開為高溫軸承材料的研究與應(yīng)用發(fā)展,以及選材、設(shè)計(jì)、壽命評(píng)估和結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定等提供了諸多具有重要參考價(jià)值的研究成果與技術(shù)。

關(guān)鍵詞:滑動(dòng)軸承;結(jié)構(gòu)類型;結(jié)構(gòu)參數(shù);軸承性能

 1 滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)材料
1.1重載滑動(dòng)軸承表面涂層
        提高軸承使用壽命的常見表面處理工藝有電鍍、磁控濺射、粘接自潤滑襯墊、鑲嵌固體自潤滑物等,但電鍍污染環(huán)境,磁控濺射薄膜生產(chǎn)效率低且靶材利用效率低,由芳綸纖維組成的襯墊不耐高溫,鑲嵌結(jié)構(gòu)降低軸承結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。軸承表面處理亟需一種新的滿足綠色和大規(guī)模生產(chǎn)要求的材料。
1.2軋機(jī)重載軸承
        從寶鋼、鞍鋼、武鋼、本鋼等企業(yè)收集的信息發(fā)現(xiàn)軋機(jī)軸承存在使用壽命短、容易出現(xiàn)大面積疲勞剝落等問題;在操作側(cè),軸承的失效率明顯高于驅(qū)動(dòng)側(cè);90%的軸承從輥體側(cè)的第一排和第二排滾子及其對(duì)應(yīng)的外滾子路徑處產(chǎn)生疲勞剝落。通過對(duì)軋機(jī)微尺度等效軋輥系統(tǒng)進(jìn)行綜合原理和機(jī)構(gòu)在空載和重載下自由度的變化進(jìn)行分析,束學(xué)道教授闡明了軋機(jī)軸承、推力軸承和軋機(jī)軸向調(diào)整螺紋的異常偏心加載機(jī)理,為軋機(jī)微尺度可控靜桿系統(tǒng)的研制和設(shè)計(jì)提供了科學(xué)的方法,同時(shí)為有效解決軋機(jī)軸承等重大設(shè)備事故提供了新思路和新途徑。
1.3電子輻射技術(shù)
        隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展,具有復(fù)雜特性的功能材料日漸重要。鑒于傳統(tǒng)的材料制備工藝無法將不同特性的材料進(jìn)行組合,電子輻射技術(shù)填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白。研究者們可以有效地利用鋁箔材料和蒸汽相涂層技術(shù)來制備多功能材料。另外,傳統(tǒng)的融合技術(shù)難以獲得跨金屬連接的化合物,這使得制造如管道連接中由鋼鐵和鈦組成的結(jié)構(gòu)變得很困難。烏斯季諾夫利用擴(kuò)散焊接方法制備了鈦鋼雙金屬化合物,其可以滿足安裝連接的要求,且具有高強(qiáng)度和可塑性的優(yōu)點(diǎn)。

2 軸承有限元模型
2.1載荷設(shè)定
        根據(jù)研究需要，對(duì)模型設(shè)置力的載荷與位移載荷條件。其中起始點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的較長黃色箭頭代表重力載荷的方向，起始點(diǎn)為參考點(diǎn)(ＲP)的較短黃色箭頭代表集中力作用方向，根據(jù)Adams中對(duì)已建立的軸承Pro/E模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，提取軸承的載荷數(shù)據(jù)。其軸承所受徑向載荷為1.8×104N，軸承轉(zhuǎn)動(dòng)速度為90r/min。
 2.2設(shè)定邊界條件
        設(shè)置邊界條件時(shí)，需要限制內(nèi)圈內(nèi)表面的軸向的位移，其邊界條件均對(duì)軸承內(nèi)圈內(nèi)表面施加。軸承外圈固定在軸承座上，故對(duì)外圈外表面施加固定約束。由于歐拉體所表示的潤滑油受到軸承各個(gè)零件的限制，難以流出內(nèi)圈外壁與外圈內(nèi)壁間的空間，故限制歐拉體在其兩個(gè)環(huán)形側(cè)面的流速為0。
 2.3滑動(dòng)軸承試驗(yàn)設(shè)備
        針對(duì)所設(shè)計(jì)的芯棒滑動(dòng)軸承，對(duì)其初步運(yùn)行性能進(jìn)行測(cè)試，搭建相應(yīng)的滑動(dòng)軸承試驗(yàn)機(jī)，根據(jù)課題項(xiàng)目的任務(wù)，開發(fā)的試驗(yàn)機(jī)主要驗(yàn)證滑動(dòng)軸承的成膜能力即初步的運(yùn)行能力及啟停的運(yùn)行能力。被測(cè)滑動(dòng)軸承芯棒固定在試驗(yàn)軸承座上，皮帶輪內(nèi)孔模擬行星輪內(nèi)孔，芯棒外緣與皮帶輪內(nèi)孔相配合，模擬芯棒與行星輪內(nèi)孔的配合。皮帶輪通過四根SPB窄V帶與調(diào)速電機(jī)相連，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，模擬行星輪啟停時(shí)的轉(zhuǎn)速。通過液壓加載系統(tǒng)在皮帶輪外表面施加載荷，模擬行星輪啟停時(shí)受到的等效載荷。液壓缸施加的載荷通過試驗(yàn)軸承座上端的法蘭盤和導(dǎo)桿傳遞，載荷通過魚眼桿端關(guān)節(jié)軸承分配給兩個(gè)滾動(dòng)軸承，利用直線軸承和限位塊固定導(dǎo)桿運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樨Q直方向，保證液壓缸施加的載荷作用與滑動(dòng)軸承中心，由滾動(dòng)軸承外圓與皮帶輪接觸實(shí)現(xiàn)被測(cè)試滑動(dòng)軸承徑向載荷的施加。芯棒內(nèi)孔與支撐軸設(shè)計(jì)為緊配合。裝配時(shí)可從軸承座右側(cè)端蓋處整體插入，拆卸時(shí)只需拆卸端蓋后，將支承軸和芯棒軸承直接抽出即可，可以做到快速拆卸。測(cè)控系統(tǒng):實(shí)時(shí)監(jiān)控變化的傳感器四個(gè)，分別是壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移傳感器，利用光電轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速變化;在出油口布置熱電偶溫度傳感器，測(cè)量油溫溫升。此外在供油站上還有流量計(jì)和溫度表，由于供油初始條件恒定，可直接讀取供油的初始溫度和流量信息。
 

在軸承潤滑系統(tǒng)中，載荷及轉(zhuǎn)速的變化將對(duì)油膜壓力產(chǎn)生影響。隨著轉(zhuǎn)速的不斷增加，油膜力不斷地增大。曲線a轉(zhuǎn)速為90r/min，曲線b、c的轉(zhuǎn)速分別為110r/min、130r/min。曲線a中***大油膜壓力為1GPa，壓力二次峰值達(dá)到0.96GPa;曲線b中***大油膜壓力為1.09GPa，壓力二次峰值達(dá)到1.089GPa;曲線c中***大油膜壓力為1.14GPa，壓力二次峰值達(dá)到1.158GPa。壓力分布曲線的形狀發(fā)生了明顯的變化，壓力二次峰在轉(zhuǎn)速小的工況下很明顯，隨著轉(zhuǎn)速的增加，壓力二次峰幾乎消失，其壓力的***大值也不斷地向入口區(qū)移動(dòng)。
3.2載荷及轉(zhuǎn)速變化對(duì)油膜厚度的影響
        當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速增加時(shí)，油膜厚度也隨之增加，并且***小油膜厚度的位置由兩側(cè)移向中心面上的出口區(qū)。當(dāng)轉(zhuǎn)速由90r/min增加到130r/min時(shí)，***小油膜厚度由0.2mm提升到0.65mm。隨著載荷的逐漸增加，油膜厚度幅度減小，逐漸變薄。當(dāng)載荷由1.8×104N增加到2.4×104N時(shí)，***小油膜厚度由0.2mm下降到了0.01mm。
        

滑動(dòng)軸承在諸多領(lǐng)域中都有非常重要的應(yīng)用，無論是航空航天領(lǐng)域，還是日常生活中都能發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)軸承的身影。滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響著滑動(dòng)軸承性能，因此在滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮其結(jié)構(gòu)參數(shù)因素。為此設(shè)計(jì)滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行模擬工況下的啟停試驗(yàn)，通過該實(shí)驗(yàn)機(jī)，考察了銅合金和類金剛石涂層表面材料試件的啟停磨損情況。通過完成同等次數(shù)相似工況的啟停試驗(yàn)后，觀察其表面磨損情況，銅合金表面材質(zhì)的軸承試件磨痕比類金剛石涂層表面軸承試件多。在啟停這種不穩(wěn)定的狀態(tài)下，類金剛石涂層試件表現(xiàn)更加優(yōu)異，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，類金剛石涂層磨粒磨損會(huì)出現(xiàn)涂層的磨損，需做好潤滑油的過濾清潔。

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