單球滾動(dòng)止推軸承潤(rùn)滑與摩擦磨損的機(jī)理研究.pdf

1、單球滾動(dòng)止推軸承是安裝在容積式壓油泵上的一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易的止推軸承。容積泵泵軸在工作過程中，容易產(chǎn)生軸向位移，從而形成泵軸的軸向竄動(dòng)，該現(xiàn)象對(duì)泵整體運(yùn)行的平穩(wěn)性有很大的影響。為了消除泵軸運(yùn)行的不平穩(wěn)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)出單球滾動(dòng)止推軸承，并應(yīng)用于容積泵中。該軸承利用容積泵吸取的介質(zhì)作為潤(rùn)滑液，通過在球窩處的螺旋槽，形成階梯動(dòng)壓效應(yīng)，從而產(chǎn)生克服泵軸軸向力的承載力。
　　以特定型號(hào)容積式壓油泵上安裝的單球滾動(dòng)止推軸承作為研究對(duì)象，分析止

2、推軸承存在的潤(rùn)滑與摩擦磨損的形式，推導(dǎo)出止推軸承潤(rùn)滑的雷諾方程、摩擦轉(zhuǎn)矩和承載力理論形式以及膜厚方程；利用遺傳算法對(duì)止推軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；然后利用流體分析軟件FLUENT對(duì)止推軸承球窩螺旋槽的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行仿真分析，考慮空化效應(yīng)對(duì)止推軸承油膜承載性能的影響。
　　在利用遺傳算法進(jìn)行止推軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，選擇摩擦轉(zhuǎn)矩最小和最小油膜厚度最大作為目標(biāo)函數(shù)，以兩軸間隙、球窩包角、油液粘度以及球窩曲率系數(shù)作為約束條件，利用

3、MATLAB遺傳算法工具箱進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。先進(jìn)行單目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化，分別得到目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值以及設(shè)計(jì)變量值，然后進(jìn)行多目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化，得到多目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值以及設(shè)計(jì)變量值。通過參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為后文利用流體分析軟件進(jìn)行仿真分析時(shí)的模型建立提供了依據(jù)。
　　利用FLUENT軟件對(duì)球窩螺旋槽結(jié)構(gòu)參數(shù)槽深、槽寬、螺旋角以及螺旋高度進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)研究。仿真結(jié)果表明：（1）槽深數(shù)值越大，螺旋槽的階梯動(dòng)壓效應(yīng)越明顯，正壓區(qū)面積越大，負(fù)壓區(qū)的面積越小

4、；槽深40μm周向壓強(qiáng)分布明顯不同于其他槽深的周向壓強(qiáng)分布，而其他槽深的周向壓強(qiáng)部分變化不是很明顯；承載力和流量都是先增大后減小，兩者同時(shí)在槽深為160μm達(dá)到最大值。（2）槽寬0.6mm、0.7mm的壓力場(chǎng)分布基本相同，當(dāng)槽寬從0.7mm變化到0.8mm時(shí)，壓力云圖正壓區(qū)面積發(fā)生突變，急劇變小，當(dāng)槽寬大于0.8mm時(shí)，正壓區(qū)面積慢慢變大；周向壓強(qiáng)的變化趨勢(shì)是正壓區(qū)隨著槽寬增大而壓強(qiáng)變小，負(fù)壓區(qū)隨著槽寬增大而壓強(qiáng)變大；承載力在槽寬0.7

5、mm~0.8mm處突變減小，其他區(qū)域的承載力隨著槽寬增大而增大，流量隨著槽寬的增大而增大。（3）油膜壓力場(chǎng)分布的正壓區(qū)面積隨著螺旋角增大而增大，負(fù)壓區(qū)面積隨著螺旋角增大而減??；周向壓強(qiáng)分布是在正壓區(qū)隨著螺旋角增大，壓強(qiáng)先減小再增大最后再減小，在負(fù)壓區(qū)，隨著螺旋角增大，壓強(qiáng)先增大再減小最后再增大；承載力和流量都是隨著螺旋角增大而增大。（4）當(dāng)螺旋高度取值較小時(shí)，本應(yīng)由螺旋槽分隔開的負(fù)壓區(qū)，此時(shí)處于連通狀態(tài)；油膜壓力場(chǎng)分布的總體變化趨勢(shì)是隨