橡膠軸承的水潤滑機理研究.pdf

1、水潤滑橡膠軸承由于具有較好的防振、耐泥沙、耐磨等特性，在船舶、水輪機、水泵和農用機械等設備上得到了較為廣泛的應用。然而，目前其潤滑和承載機理的研究尚不完善。本文通過理論分析和試驗研究，探求了水潤滑情況下橡膠軸承的摩擦特性，并揭示了潤滑機理。 本文首次對完全水潤滑橡膠軸承進行了彈流潤滑分析。由于水的粘度很低，而橡膠是超彈性體，水潤滑橡膠軸承的彈流潤滑分析存在兩個難點：水的流體潤滑方程選擇和橡膠的彈性變形計算。本文從流體力學的連續(xù)性

2、方程和Navier-Stokes方程出發(fā)，推導了適用于第二層流區(qū)的圓柱坐標系中考慮了慣性力的Reynolds方程。通過水潤滑軸承用橡膠材料的應力應變實驗，得出在一定的形變范圍內橡膠可作為線性彈性體處理。在充分比較各種流態(tài)下潤滑方程的數(shù)值結果、選擇水潤滑方程以及合理地將橡膠簡化為線性彈性體的基礎上，建立了水潤滑橡膠軸承的彈流潤滑模型。根據(jù)這個數(shù)學模型，借助于有限元軟件MARC，分別對凹面型、平面型水潤滑橡膠軸承進行了彈流潤滑分析。

3、 彈流潤滑計算初步表明，在輕載(0.1MPa)下，凹面型軸承中不可能存在完全流體膜將軸頸與軸承全部分隔開，但可能形成宏觀尺度的流體膜。本文指出，在凹面型軸承的摩擦界面上既存在連續(xù)的流體膜又存在宏觀尺度的直接接觸，屬于廣義的混合潤滑狀態(tài)。流體壓力能夠使橡膠襯層產生10-5m數(shù)量級的徑向彈性變形，與試驗發(fā)現(xiàn)的水囊現(xiàn)象一致。計算表明平面型軸承不能形成流體膜，屬于邊界潤滑狀態(tài)。 凹面型、平面型結構的不同導致兩者形成的流體壓力大小相差懸殊

4、。凹面型軸承具有狹長的收斂楔形，而平面型的收斂楔形既寬又短。在軸頸、軸承發(fā)生接觸后，結構的不同表現(xiàn)為不同的接觸變形特征。接觸分析表明，除了水槽的分隔，凹面型軸承的接觸區(qū)域是連續(xù)的一整片，而平面型軸承的各個承載板條都只有中間部分與軸頸相接觸。在所計算載荷的范圍內，凹面型的接觸面積幾乎是平面型的兩倍。狹長的收斂楔形、較大的連續(xù)接觸面積以及較小的法向接觸應力使凹面型結構更有利于形成流體壓力。 本文分別對凹面型、平面型水潤滑橡膠軸承進行

5、了摩擦性能試驗。在輕載工況下試驗與計算結果相符，表明能否形成部分流體膜、達到混合潤滑狀態(tài)將很大程度地決定軸承摩擦性能的好壞，結構設計是優(yōu)化軸承性能的重要途徑。同時也應看到，當工況條件或者潤滑狀態(tài)改變后，有利于流體膜形成的條件可能轉化為降低摩擦性能的因素。 應用統(tǒng)計學方法對靜態(tài)接觸面積與動態(tài)摩擦力進行了相關分析，結果表明二者具有顯著水平的線性相關關系。由此，本文提出橡膠軸承的摩擦性能主要由邊界潤滑部分決定，橡膠材質的選擇是改善軸承