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沟槽结构对水润滑超高分子量聚乙烯轴承力学性能的影响

时间:2017-8-24 9:08:00   来源:中国轴承网   添加人:admin

  近年来,水润滑轴承的广泛推广应用,改变了机械传动系统中金属摩擦副的传统观念,不仅节省了大量油料和贵重有色金属,而且简化了轴系结构,避免因油泄漏污染水环境的状况1-2.如何利用天然水替代矿物油作为各种机械传动和流体动力系统的工作介质,以达到高效节能和环境保护的目的,是机械传动系统研究领域的前沿,已引起了人们的普遍关注,并成为世界工业发达国家竞相研究的一个热点。

  水作润滑介质不仅具有无污染、来源广泛、节省能源、安全性、难燃性等特点,而且还能降低摩擦副运动而产生的磨损、冲击、噪声、无功能耗,避免摩擦副可靠性差和寿命较短等问题。因而研究水润滑轴承,对于提高机械的效率、减少摩擦、磨损等有着重要的意义3.水润滑轴承与传统的轴承相比在选择材料上存在较大的差异,这主要是由于工作介质发生较大的改变基金项目:国家自然科学基金项目(50875137)。

  所致。于是便出现了一些非金属摩擦副材料,如陶瓷材料、塑料材料、橡胶材料、塑料合成材料以及尼龙等。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)―般是指相对分子质量在150万以上的聚乙烯,为新型工程塑料,并且具有无毒性、无污染、可再循环回收利用等环保特点,已得到广泛应用,而且在水润滑轴承中也开始逐步使用UHMWPE.但由于超高分子聚乙烯的材质相对较轻,所以对其承载能力的分析成为普遍关心的问题,本文作者将对超高分子量聚乙烯的轴承结构进行力学性能分析。

  1模型分析在静态条件下,轴承与轴之间,具有一定的间隙,为间隙配合,当轴承发生转动时,由于轴承会产生惯性力,再加上自身的重力,轴承一般会偏离其现在的平衡位置,轴与轴承的接触面积也会不断变化,很难达到不偏离中心而高速旋转的理想状态。大部分轴承上面都分布有沟槽,其沟槽的形式有弧形,还有板条形,并且沟槽的旋向也正在改进。本文作者将对弧形和板条形2种基本形式的沟槽分别进行应力应变分析,研究理想状态下不同沟槽对超高分子量聚乙烯轴承的应力分布及承载能力的影响。

  为已被应用的8个沟槽弧形轴承。

  8个弧形沟槽的轴承弹性模量E=.5GPa,泊松比Y=0.4),利用mechanic中的分析模板,将图形和载荷导入,便可得到超高分子量聚乙烯轴承的应力及应变的效果图。

  以8个沟槽的轴承为例,当轴以理想状态运动时,与其实际接触的大约有3个弧形沟槽,并且轴承座给予轴承的约束,施加于外表面。对轴承下面的3个弧形沟槽,施加1Pa的均匀作用力,如表示。

  对材料的属性进行定义(轴承半径R 2结果及讨论分析得到的弧形结构轴承的应力应变结果如弧形结构轴承应力应变图当将轴承底部的2个沟槽换成板条式时,再施加化。选取相同的沟槽深度,相同的载荷,得到的板条相同的载荷,其轴承的应力和应变及位移也随之变式结构轴承的应力应变如所示。

  板条式结构轴承应力应变图通过对比发现,当沟槽的形状发生变化时,其最大应变、应力、位移均发生变化,弧形结构最大应力为1536Pa,而板条式结构最大应力为2265Pa.当沟槽的形状为弧形时,轴承的应力变化比较平缓;而板条式结构轴承的应力变化较大,容易产生应力集中,必会影响轴承的稳定性。对于应变和位移的变化,当沟槽形状为板条式时,最大应变明显较大,但位移与弧形结构相比未发现明显变化。

  3结论通过弧形和板条形2种结构水润滑轴承应力应变的分析,可以发现,沟槽形状的变化影响轴承应力及应变的分布,当沟槽的形状为圆弧形时,其应力应变的变化趋势比较平缓,比较容易保持轴承的稳定性。

  研究结果为轴承结构形状的设计提供了一定的。