新型无锥套油膜轴承数值计算与实验研究

新型无锥套油膜轴承数值计算与实验研究

论文摘要

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。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 边界元法发展概况
  • 1.2 油膜轴承的工作原理、国内外发展现状及研究方向
  • 1.3 本课题的研究内容、方法、技术路线和预期达到的技术经济指标
  • 第二章 三维线弹性问题的边界元法
  • 2.1 三维线弹性问题的基本解
  • 2.2 边界积分方程的建立
  • 2.3 边界积分方程的离散化
  • 2.4 奇异积分的处理及影响系数的计算
  • 2.5 角点问题
  • 2.6 表面应力的求解
  • 2.7 内点位移和应力的求解
  • 第三章 三维无摩擦弹性接触问题的边界元法
  • 3.1 基本关系
  • 3.2 接触问题边界积分方程的建立
  • 3.3 系统方程组的建立及求解
  • 3.4 迭代过程及收敛准则
  • 3.5 构造接触区方程组及其求解
  • 3.6 程序编制及主要符号说明
  • 第四章 新型无锥套油膜轴承结构设计
  • 4.1 油膜轴承结构简介
  • 4.2 轧机油膜轴承锥套设计技术的发展
  • 4.3 无锥套油膜轴承结构设计
  • 第五章 油膜轴承载荷压力分布的计算
  • 5.1 雷诺方程及其差分方法
  • 5.2 计算步骤及主要过程框图
  • 5.3 数值计算结果分析
  • 第六章 油膜轴承运行行为的实验研究
  • 6.1 现代大型轧机油膜轴承试验台组成部分
  • 6.2 测试目的与测试内容
  • 6.3 测试系统及方案
  • 6.4 传感器的设计与标定
  • 6.5 测试过程及结果分析
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士期间所发表的论文
  • 相关论文文献

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