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低速重載油膜的磁流固多場耦合潤滑機理與界面力學行為

批準號51205269 學科分類工程摩擦學與摩擦學設計 ( E050504 )
項目負責人王建梅 負責人職稱教授 依托單位太原科技大學
資助金額26.00
萬元
項目類別青年科學基金項目 研究期限2013 年 01 月 01 日 至
2015 年 12 月 31 日
中文主題詞低速重載油膜;磁流固多場耦合;潤滑機理;蠕變機理;磁流體粘度
英文主題詞low-speed heavy-load oil film;magnetic-fluid-solid coupling;lubrication mechanism;creep mechanism;magnetic-fluid viscosity

摘要

中文摘要 為促進國家鋼鐵、礦山、冶金、電力、航天、航空等行業油膜軸承技術的發展,本項目以低速重載油膜為研究主體,以軋機油膜軸承為典型工業應用對象,以潤滑油膜的數學建模為核心,以減少軸承損傷事故和延長軸承使用壽命為目標,以油膜潤滑機理和系統界面力學行為作為切入點,為保證低速重載工況下油膜的完整性和穩定性,引入磁流體潤滑,通過設置磁場強度,動態提高潤滑油粘度和承載能力,同時補償襯套合金蠕變對油膜潤滑的負面效應;基于油膜和軸系的跨尺度流固耦合界面,研究低速重載油膜的磁流固多場耦合潤滑機理和界面力學行為;實施試驗臺磁流體潤滑改造與油膜潤滑特性參數測試;開發低速重載油膜磁流固多場耦合潤滑特性與界面力學行為算法與軟件;建立跨空間尺度的油膜潤滑特性評價體系;尋求最佳的磁流體潤滑油膜軸承配置方案;實施研究成果在企業的應用研究和驗證,繼而修正模型和方法;結合企業實際改進油膜軸承,推進我國軋機油膜軸承的國產化。
英文摘要 To promote the development of the technologies on oil-film bearing of national industries such as iron steel, mines, metallurgy, electric power, aeronautics and aerospace, choosing low-speed and heavy-load oil film as research body, large-scale mill oil-film bearing as typical industry application object, the mathmatical modelling of lubricating oil film as the core, the decreasing bearing damage and the prolonging bearing life as goal, the oil-film lubricating mechanism and the interface mechanic behaviors as the approaching points, by introducing magnetic fluid lubrication and by setting magnetic field intensity to ensure the integrity and stability of lubricating oil film and to enhance its viscosity and load capacity, as well as compensating the negative effects of babbit alloy creep on oil-film lubricating properties, this project adopts cross-dimensional fluid-to-solid coupling with oil film and bearing system to systematically study the magnetic-fluid-solid multi-field coupling lubricating mechanism and interface mechanic behaviors of oil film under low speed and heavy load; complete the magnetic-fluid lubrication modification of test rig and the measurement on oil-film lubricating property parameters; develop the algorithm and software on multi-field coupling lubricating properties and interface mechanic behaviors; seek for the optimum magnetic-fluid lubricating oil-film bearing configuration; establish the evaluation system on multi-dimensional oil-film lubricating properites; further accomplishes the application and validiation of research fruits in enterprises, further revise model and methods; improve oil-film bearing structure with consideration of enterprise practice, ultimately promote the natinoalization of national mill oil-film bearing.
結題摘要 為保證低速重載工況下油膜的完整性和穩定性,項目引入磁流體潤滑理念,以補償合金蠕變對油膜潤滑的負面效應;研究了低速重載油膜的磁流固多場耦合潤滑機理和界面力學行為;建立了考慮磁場強度和合金蠕變的油膜潤滑數學模型;確定了油膜壓力、厚度、粘度和磁場強度之間的關系、磁化強度與介質表面磁化電流的關系;得到了油膜潤滑性能隨磁場強度的變化規律;設計了磁流體潤滑油膜軸承配置方案,計算了楔形間隙內磁場分布和電流與磁場強度關系;推導了磁流體粘度方程,對油膜壓力、油膜溫度、磁場強度和磁流體粘度進行了模擬監控,實現了磁場強度增大的粘度增量能夠彌補溫度升高的粘度減量,保證了潤滑油膜的完整性和穩定性。 基于蠕變實驗結果,得到了合金ZChSnSb11-6蠕變前后的抗拉強度等力學性能。通過分析合金蠕變、力學性能和顯微組織的關系,得到了ZChSnSb11-6蠕變機理,明確了合金蠕變變形是塑性變形與再結晶回復長時間交替作用的結果。通過計算合金的應變硬化指數,證實了蠕變使合金均勻變形的能力降低,增大了合金發生斷裂破壞的可能性。基于硬度試驗獲得了合金硬度隨溫度的變化規律,確定了合金蠕變臨界溫度范圍為50-60℃。通過多組典型應力的巴氏合金蠕變試驗,獲得了蠕變變形與時間的關系、蠕變曲線和蠕變常系數、變系數的函數解析式;確定了合金疲勞蠕變壽命與接觸應力、溫度之間的本構關系;預測了給定工況下油膜軸承的疲勞壽命。 另外,對軸承襯套離心澆鑄凝固過程進行了數值模擬:研究了不同的澆鑄溫度和鑄型預熱溫度對凝固過程的影響規律,通過采用不同的水冷工藝,對最佳工藝參數下澆注完畢的軸瓦進行了水冷卻實驗,獲得了油膜軸承鋼背在不同水冷條件下的冷卻實驗數據,得出了軸承鋼背的最佳水冷工藝。通過對巴氏合金與鋼套界面結合處受力情況分析,求出了油膜軸承實際承載的臨界最大值;提出了巴氏合金影響因子的計算公式,通過對不同巴氏合金比重下復合材料的彈性模量試驗測試,得到了復合材料彈性模量、巴氏合金影響因子關于巴氏合金比重的數學表達式,為油膜軸承巴氏合金層最佳厚度的確定提供了科學依據。 項目實施了試驗臺磁流體潤滑改造與油膜潤滑特性參數測試;研制了磁流體試驗軸承;完成了磁流體油膜軸承油的粘度測量;對中石化潤滑油研發(北京) 中心研制的220油膜軸承油潤滑性能進行了全方位測試,結合企業實際改進了油膜軸承,推動了我國油膜軸承的國產化。

成果

序號 標題 類型 作者
1 油膜軸承磁流體潤滑性能的計算分析軟件V1.0 著作
2 鎖緊盤設計理論與方法 著作
3 磁流體潤滑油膜粘度監控軟件 著作
4 油膜軸承試驗臺系統監控與數據處理軟件 著作
5 油膜軸承巴氏合金蠕變壽命預測軟件V1.0 著作

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