复合材料推力轴承设计和制造研究

复合材料推力轴承设计和制造研究

周士杰

河南科技大学， 河南省洛阳市 471003

摘要：随着船舶接近大型，要求推力轴承能够承受较大载荷，结果推力轴承具有较大的结构尺寸。同时，对船舶功能能力的需求不断增加，对装载设备的需求不断增加，设备在空间上的张力也不断加大。特别是随着近年来造船业的快速发展，导致推力轴承结构尺寸与设备空间应力之间的差距增大，迫切需要找到合理有效的解决方案来提高结构有限空间内推力轴承的承载能力。

关键词：复合材料；推力轴承；瓦面层

引言

蓄能机组主要采用巴氏合金瓦，尽管在润滑条件下具有良好的抗磨性能，但在干摩擦和混合摩擦的情况下，具有良好的润滑性能，容易被划伤等故障损坏。为了适应储能装置复杂的工作条件，选用合适的复合材料作为瓦轴承代替合金巴比特，可以提高轴承系统的稳定性。目前，国内厂家已在PEEEK基础上成功生产外径为1米的复合材料轴承瓦.采用热压技术，结果高温高压PEEK复合材料形成并牢固地附着在基体上，用PEK复合材料形成瓦轴承瓦.块材尺寸越大，成型材料的不平整度越大，成型后冷却容易产生裂纹等缺陷时的形状越大。

1复合材料推力轴承设计思路

首先，设计人员选用PEEEK复合材料（PEEEEK）作为止推轴承的主要材料，该材料具有较高的自润滑性能，可简化系统设计，无需配置高压油提升系统，提高轴承系统运行的稳定性。同时，这种材料具有耐高温、阻燃、耐腐蚀的特点.作为设计轴承的主要材料，也能有效提高轴承长期运行的质量和安全性，以及提高他们适应复杂工作环境的能力。同时，选用高强度OCR17Ni12Mo2不锈钢作为轴承的主要材料；二是结合储能机组运行模式参数，适当降低瓦特表面规格，将瓦内径设计为1070mm，瓦外径设计为2470mm，瓦夹角设计为26°，长宽比设计为0.57，复合材料瓦面厚设计为4mm；；最终结合推力轴承的具体参数进行流体动力润滑，并进行有限元分析，对瓦特表面变形的评价，设计为平面，并在进出口设置坡口，保证润滑油的平稳运动。实践表明，在设计思想的支持下，复合材料的止推轴承可以达到以下效果：-设计出进出油点的边坡，更利于油的灌装；本设计可从高压油提升系统中省略，降低了轴承结构的复杂性，降低了使用复合材料轴承的风险。

2 PEEK复合材料

以储能机组推力轴承结构尺寸计算为例，考虑了PEEK复合材料的特点、加工工艺，机组运行要求等，并根据PEEK复合材料在瓦片设计制造领域的体积小，对推力面轴承结构进行了设计研究。根据储能机组双向运行的特点，在推力轴承恒压下，具有支撑中心的结构特点，外径和单位压力减小了瓦的伸长，可有效降低瓦的温度，PEC复合材料在轴承设计中的应用，选择一个小的延伸。

通过流体动力润滑和ANSYS计算，瓦片可见面呈现凸形变形，不同于塑料瓦的凹变形，更接近钨瓦的凸变形。基于PEEK复合材料的优良润滑性能，取消高压油可安全升降，有利于稳定轴承系统。

陶瓷选用0CRL7NIL2MO2不锈钢、PEEK复合材料、330CA20陶瓷材料、不锈钢工艺槽.接头表面应采用热压成型方法加工，不允许出现气泡、裂纹等缺陷。加工时，必须保证PEC瓦表面的保护，不允许坑、沟等出现缺陷。

3复合材料止推轴承

3.1瓦特供油机构设计要素

有学者分析了轴承吸入瓦特机理及其承载力的影响，并得出以下结论：供油机构对推力轴承承载力的影响直接大于合理的油设计，轴承薄膜的压力越大，对其施加的压力越大，由此形成的工作量越好；进油槽压力参数与止推轴承的承载能力直接相关.进油槽压力越大，增压膜压力越大，电子管压力越大.压力效应，推力轴承性能越稳定；油槽宽度对止推轴承承载力影响不大，但也应注意，在理论情况下，如果进油槽过窄，可引起推力轴承油压异常损失，降低轴承质量。

在上述基础上，相关人员在复合材料结构和制造止推轴承方面，应尽可能提高油箱进气压力参数，设计为将瓦特牵引至边缘附近，并适当增加输入料斗的设计宽度，以确保使复合材料推送轴承薄膜压力稳定优质的理想状态，为轴承的连续性能，轴承的耐久性和耐久性。

为了保证用复合材料制成的止推轴承的良性制造，还可以使用金属网来提高止推轴承的刚度和精度轴承。特别是金属网主要铺设在直径约为0.2毫米的金属丝上，朝向30°C纬度线方向，在这条线上必须保证，网格至少有20个孔，并确定其数量为三层，然后用低碳钢丝固定，还应采用双层铜材料、金属丝，分阶段完成后，可保证止推轴承的高稳定性，并增加推力轴承的实际应用范围.因此，通过对复合材料制备止推轴承的方法的研究，可以积极利用各种手段提高其性能，以保证推力轴承的实际效率.作为一个动态方向，在复合材料轴承实际制造阶段，不仅要考虑到石油机理的科学性，而且其准确性，避免了生产过程中的质量问题，损害了其实用性.因此，相关人员在轴承止推复合材料生产阶段，要按照生产过程保持严格的态度，逐步实现生产内容，以适应轴承使用新时代的需要。

3.2瓦结构结构构件

现阶段，推力轴承瓦复合材料有菱形瓦、阶梯瓦、菱形瓦等多种形式，摆式平瓦等。根据相关研究，在相同的工作条件、材料质量等条件下，摆瓦提供了较高的推力轴承承载能力，斜台和阶梯数的阶梯承载着斜瓦的性能是最弱的。同时，在斜台与阶梯瓦的平行中，它们表现出不同的压力变化特性。在轴瓦倾斜平台的应用中，止推轴承中的压力变化相对平稳，但压缩能力有限.而在采用阶梯瓦的情况下，推力轴承油膜的压力瓦特更高，甚至可能大于摆线平瓦，但压力将呈阶梯式分布，稳定性将不存在。

有鉴于此，相关人员对复合材料牵引轴承的设计制造，在经济、稳定、极限等方面应坚持“足够”的原则，关于止推轴承是应用需求分析，并据此，合理的瓦结构选择在设计和生产中，以达到最佳的生产盈利能力。

结束语：

本论文以MATLAB数值计算程序为基础，建立了推力轴承成形瓦的承载力分析方法，并对六块瓷砖模具的承载性能进行了比较.结果表明，瓦面成形对推力轴承的承载性能有影响。特别是摆线平面瓦特是最佳承载性能，但处理难度较大；立面瓦和阶梯瓦的承载性能也优于菱形瓦，有利于工业生产。

参考文献：

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　　[2]陈晓忠.推力滚针轴承罩壳成型工艺及模具设计分析[J].机电信息，2011（18）：124-125.