基于反求的大型低速重载滑动轴承正向设计

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大型低速重载滑动轴承作为重型机械设备的关键部件,具有承载力大、摩擦功耗小、耐冲击、抗振动等优点,能长期在严峻的环境中工作,例如海洋平台起重机的回转支承。对于大型重载滑动轴承而言,由于轴承无法生成完整的润滑油膜或是最小油膜厚度过薄,从而导致轴承与轴颈接触面之间存在干摩擦,半干摩擦、边界润滑等现象,造成轴承的磨损,因此对轴承的接触问题进行分析十分必要。本文针对接触问题,提出了基于反求的大型低速重载滑动轴承的正向设计,目的在于提升轴承的综合性能和寿命,主要的研究内容如下:首先,通过对轴承的接触状态进行了详细地介绍和分析,建立了关于接触问题的反求思维流程。在这个流程中,主要涉及到赫兹接触理论、流体动压润滑原理以及弹流润滑等基本原理和方程,目的是为了得到主要接触形式及其承载能力。然后基于理论带入实例进行计算和分析,以海洋平台起重机的回转支承为例,通过ANSYS建立模型进行计算得到实际工况下的最大接触应力和应变值以及应力、应变分布情况。通过MATLAB数值计算得到流体动压润滑下的油膜压力和油膜厚度值,同时分析了宽径比、偏心率、转速等各因素对滑动轴承的影响规律,为优化提供依据。在反求的基础上,对滑动轴承弹性接触情况进行优化分析,主要通过降低接触应力和减小磨损量来达到提升轴承寿命的目的。本文采用MMW-1立式万能摩擦磨损试验机测得最大接触应力换算为实验力的情况下轴承的磨损率,并研究载荷、速度、脂润滑这三个条件对滑动轴承材料的摩擦系数、摩擦力和磨损率等摩擦学性能的影响。对于流体润滑接触的优化,以反求设计的结果为初始设计变量,以承载力、摩擦力、泄油量为目标函数,以接触压强和油膜厚度等为限制条件,采用遗传算法来进行多目标的优化,优化设计出在实际工况下综合性能最好的滑动轴承。
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