水介质高速自润滑轴承设计与分析

【摘要】：水介质轴承以水为工作介质,水具有廉价、比热容高、节能环保等优点,可以节约大量的润滑油,减少对环境的污染,并简化机械部件的结构,已成为机械传动领域和精密高速加工行业的前沿研究课题。目前,水介质轴承的研究及应用主要在滑动轴承领域,国内在水介质特殊工况下滚动轴承的设计开发、材料研究及试验分析等关键技术还处于探索阶段,尤其是水介质高速轴承的设计分析和应用研究很少。鉴于此,本文针对水介质高速轴承的工况特点,从轴承优化设计、自润滑材料研究、高速性能分析及试验技术等方面开展研究。首先,以水介质高速自润滑轴承的接触应力和旋滚比为目标函数,对其承载能力和高速性能进行综合分析,建立了多目标正交优化设计的数学模型,对轴承的主要结构参数进行了优化设计,并选取了合适的零件材料。其次,通过对水介质高速轴承的润滑与冷却、自润滑保持架材料改性与性能测试、自润滑保持架成型与加工等方面的研究分析,研制了综合性能优异的保持架复合改性材料,并能小批量生产,满足了轴承的自润滑性能。然后,在滚动轴承弹性接触和套圈沟道控制理论的基础上,考虑高速离心力和陀螺力矩影响,对不同结构参数和工况条件下轴承接触角、接触应力及旋滚比等动态性能进行了分析,为轴承设计及应用提供了理论依据。最后,利用专用的水介质高速轴承试验机,对研制的轴承进行了高速性能和寿命试验,并检测了试验过程中温度、电流、振动以及试验后轴承外观、尺寸等指标,结果表明轴承的各项指标均能满足设计和使用要求。通过本文的研究,基本掌握了水介质高速自润滑轴承的设计分析、自润滑保持架材料及试验研究等关键技术,对于滚动轴承在水介质领域的推广应用、节能环保等方面有着重要意义。本文的各项研究技术成果也适用于多型号高速泵用液体介质自润滑轴承以及其它用途的高速轴承,应用前景和发展空间十分广阔。