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新型无锥套油膜轴承数值计算与实验研究

姚建斌  
【摘要】: 油膜轴承是基于流体动压润滑原理,依靠转轴自身动力将油带入楔形间隙,隔离辊颈与衬套,形成压力油膜,平衡负载,将金属间的固体摩擦转化为液体摩擦,将摩擦、磨损降至最低限度。随着钢铁工业的迅猛发展,为适应高速、重载、连续、自动化、大型化的发展趋势,油膜轴承作为轧机“心脏”的重要地位得到了充分的体现。 随着轧制工业的发展,轧材质量的提高,轧机油膜轴承由原来的长键联接改为短键联接。目前,在世界范围内已开展无键联接的研究、研制和推广应用工作。随着市场的激烈竞争,谁在高技术性能的前提下创造出低成本的产品价格,谁就拥有市场的主动权。为了保持竞争优势,针对未来的潜在市场,在多年潜心研究轧机油膜轴承的基础上,我校轧制工程中心拟开发衬套与辊颈直接装配的新型无锥套油膜轴承,使其具有结构简单、使用方便及油膜厚度跳动小等特点,并能从结构上杜绝锥套卡死及损伤现象,从而为企业、社会节约大量成本,必将为国家创造可观的经济效益和社会效益。 油膜轴承工作时依靠衬套与轧辊表面的油膜承受载荷,轴承是否均载取决于油膜压力的均匀性,为此,本文从理论角度合理分析轴承润滑状况,应用数值方法分析油膜压力及油膜厚度的分布规律,继而判断轴承的受载情况,根据轴承受载改进轴承结构,最终力求油膜压力均匀、轴承均载,提高轴承寿命。 为定量描述其机理,本文用三维弹性接触问题的边界元法建立油膜轴承轧制时的数学模型。计算过程中将轧辊、衬套进行了模型简化,计算出轧制工况下衬套与辊颈间的三维接触压力分布情况。运用三维弹性接触问题的边界元方法理论,在Fortran PowerStation4.0平台上开发用于计算轧机油膜轴承载荷分布的专用程序,分析轴承的承载情况,绘制轧辊及衬套的变形场。 另外,为验证理论计算的正确性,我们借助于大型轧机油膜轴承实验台对油膜轴承的受载行为进行测试研究,测出油膜轴承径向载荷的动态分布。实验结果与理论计算基本一致。


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