動載滑動軸承氣蝕損傷過程與氣蝕磨損機(jī)制研究.pdf

1、滑動軸承是一種十分重要和常用的機(jī)械部件，也是最為典型和重要的摩擦學(xué)元件之一。滑動軸承的表面氣蝕磨損是一種常見的失效形式。針對某型柴油機(jī)軸承在服役過程中發(fā)生的氣蝕磨損現(xiàn)象，本論文在軸瓦的氣蝕磨損失效分析、動載滑動軸承的潤滑計算、氣蝕發(fā)生過程中氣泡形成及潰滅過程的理論研究以及氣蝕損傷破壞過程的數(shù)值分析等方面進(jìn)行了研究。主要工作包括以下幾個方面：第一，通過對失效軸瓦氣蝕磨損的宏觀特征分析和掃描電子顯微鏡(SEM)研究發(fā)現(xiàn)，氣蝕失效的主要獨特形

2、貌是氣蝕磨損表面粗糙，坑內(nèi)及邊緣均存在疲勞裂紋，且磨損坑表面存在類似蚯蚓洞的小而深的洞孔。 第二，推導(dǎo)了二維非牛頓性應(yīng)力偶流體動態(tài)潤滑軸承的變形Reynolds方程，并用數(shù)值計算的方法對比研究了不同動力參數(shù)和應(yīng)力偶參數(shù)對動載滑動軸承潤滑性能的影響。與牛頓流體相比，應(yīng)力偶流體改善了軸承的潤滑性能。 第三，針對某型柴油機(jī)軸承，分別采用牛頓流體和應(yīng)力偶流體潤滑時的工況，進(jìn)行了油膜壓力分布計算和軸心軌跡計算，分析可能生成氣泡的區(qū)

3、域，以確定可能發(fā)生氣蝕損傷的部位。研究了氣蝕發(fā)生過程中氣泡產(chǎn)生及潰滅的過程，對氣泡潰滅產(chǎn)生的微射流速度及其對軸瓦表面的沖擊力大小進(jìn)行了理論計算。氣泡潰滅時微射流的速度和沖擊力隨著液體中最初氣泡半徑與最終氣泡半徑之比的增加而增加，還隨著氣泡潰滅時氣泡外圍液體壓力的增加而增加。 第四，建立了軸承氣蝕損傷的有限元模型，并利用該模型對氣蝕損傷破壞過程進(jìn)行了數(shù)值研究。首次基于損傷力學(xué)理論對氣蝕發(fā)生過程中氣泡潰滅產(chǎn)生的微射流對軸瓦表面材料的

4、力學(xué)作用過程進(jìn)行了數(shù)值分析，揭示了軸瓦材料的應(yīng)變歷史和損傷演變。 第五，對合金層為三層結(jié)構(gòu)的軸承氣蝕失效機(jī)理進(jìn)行了探討并闡明了疲勞裂紋的生長方式。研究表明，在沖擊載荷作用下，表層及亞表層存在三種典型裂紋，即在軸瓦表面萌生，在摩擦層內(nèi)部擴(kuò)展到阻隔層轉(zhuǎn)向的A型裂紋、沿相界生成的B型裂紋以及在第二相內(nèi)部出現(xiàn)的C型裂紋。 第六，針對所觀察到的氣蝕磨損典型裂紋，以軸承的油膜壓力分布計算和軸心軌跡計算為基礎(chǔ)，結(jié)合材料的微觀組織結(jié)構(gòu)與

5、氣蝕損傷破壞過程的數(shù)值分析，對軸瓦氣蝕損傷破壞過程給予了微觀分析，探討了軸瓦氣蝕磨損機(jī)理，以尋求降低氣蝕磨損的措施與對策。 本文通過采用了軸瓦氣蝕磨損失效分析研究與軸承的潤滑計算、氣泡潰滅的微射流沖擊力作用以及氣蝕損傷破壞過程的數(shù)值分析等理論研究相結(jié)合的方法，首次綜合上述諸方面深入系統(tǒng)地探討了軸瓦氣蝕磨損機(jī)理。尤其是在潤滑計算中考慮了潤滑油的非牛頓性，使分析結(jié)果更接近軸瓦的實際工況，并基于損傷力學(xué)理論對軸瓦表面合金層鍍層(摩擦層