[發明專利]一種實現大范圍溫度應力調節的陶瓷軸承及其設計方法

有效

• 申請號: 202010412290.6
• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111649059B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 吳成偉;馬建立;張偉;韓嘯;馬國軍;呂永濤;李東炬
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F16C17/24
• 分類號: F16C17/24;F16C33/04;F16C43/02;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

1.一種實現大范圍溫度應力調節的陶瓷軸承的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，確定環形彈性元件的k_L值

當軸承所處溫度發生變化時，由于環形金屬支撐元件的熱脹冷縮程度與環形陶瓷元件不同，處在中間層的環形彈性元件的會受到不同程度的壓縮，改變環形彈性元件剛度k值，進而改變軸承的應力狀態；

1)初始任意設定一套環形彈性元件的結構參數，包含：

環形彈性元件由彈性金屬波紋片構成時，結構參數包括彈性金屬波紋片的彈性模量、熱膨脹系數、單片厚度、周期數、幅值、分片數、層疊數；

環形彈性元件由彈性塊體材料構成時，結構參數包括多孔材料的彈性模量、熱膨脹系數、厚度、孔隙率；骨架材料的彈性模量、熱膨脹系數、厚度、孔隙率、單元構型、單元尺寸；

2)根據設定的環形彈性元件的結構參數，通過數值模擬或解析計算的方法，得到該環形彈性元件的k_L0值；

3)根據得到的環形彈性元件的k_L0值和軸承工況的最低工作溫度T_L，通過數值模擬或解析計算的方法，得到環形陶瓷元件內部的最大應力；

4)以環形陶瓷元件內部的最大應力等于環形陶瓷元件的材料屈服強度的1/n為判據，n取值1.1～20：若得到的環形陶瓷元件內部的最大應力小于環形陶瓷元件的材料屈服強度的1/n，則通過改變1)中環形彈性元件的結構參數，使得新的k值大于初始得到的k_L0值，繼續試探，直到滿足判據條件；若得到的環形陶瓷元件內部的最大應力大于環形陶瓷元件的材料屈服強度的1/n，則通過改變1)中環形彈性元件的結構參數，使得新的k值小于初始得到的k_L0值，繼續試探，直到滿足判據條件；若得到的環形陶瓷元件內部的最大應力等于環形陶瓷元件的材料屈服強度的1/n，滿足判據條件，停止試探；最后得到的k值即為環形彈性元件的k_L值；

第二步，確定環形彈性元件的k_H值

1)根據第一步得到的環形彈性元件的k_L值和軸承工況的最高工作溫度T_H，通過數值模擬或解析計算的方法，得到環形彈性元件的接觸應力；

2)以軸承的可允許偏移量或抗振動要求為判據：若得到的環形彈性元件的接觸應力所提供的支撐力滿足軸承的可允許偏移量或抗振動要求的判據時，則可以繼續調節環形彈性元件的結構參數降低k值，直到k值降低到不滿足軸承的可允許偏移量或抗振動要求的判據時停止，對應的臨界值即為環形彈性元件的k_H值；

第三步，取k_H＜k＜k_L，即為符合技術規范要求的環形彈性元件的k值；

第四步，根據第三步得到的k值范圍，選擇范圍內k值對應的環形彈性元件的結構參數，得到符合要求的環形彈性元件；

第五步，完成最終裝配，具體如下：

采用螺栓限位桿固定的方式：首先，將環形陶瓷元件降溫，將環形彈性元件加熱，利用溫差產生的間隙，使環形彈性元件套住環形陶瓷元件，保證環形彈性元件的通孔與環形陶瓷元件的凹槽的中心對齊；其次，同時對環形陶瓷元件和環形彈性元件一同降溫，將環形金屬支撐元件加熱，使環形金屬支撐元件套住環形陶瓷元件和環形彈性元件，保證環形金屬支撐元件的螺紋孔與環形彈性元件的通孔和環形陶瓷元件的凹槽的中心對齊；最后，將螺栓限位桿通過環形金屬支撐元件的螺紋通孔旋入，直到螺栓限位桿的光滑部分插入環形陶瓷元件的圓形凹槽內，完成最終裝配；

采用相互嵌套固定的方式：首先，將環形陶瓷元件降溫，將環形彈性元件加熱，利用溫差產生的間隙，使環形彈性元件由下至上套住環形陶瓷元件，保證環形彈性元件的開口卡住環形陶瓷元件的凸塊；其次，同時對環形陶瓷元件和環形彈性元件一同降溫，將環形金屬支撐元件加熱，使環形金屬支撐元件由下至上套住環形陶瓷元件和環形彈性元件，保證環形金屬支撐元件的凹槽卡住環形陶瓷元件的凸塊，完成最終的裝配。