材料热物性的影响

在高速高压工况下，如果滑靴与斜盘材料的工作性能不匹配，则滑靴副摩擦功耗增加，油膜温度升高，可导致滑靴表面出现烧靴现象。为了改善滑靴副的散热条件，目前主要采用两种设计方法：①增加密封带的沟槽条数或者辅助支承油腔数目，提高油膜支承的稳定性；②通过筛选对偶材料的配对方案，改善滑靴副的摩擦学性能。本节分析球墨铸铁（QT500-7）、铸造铜合金（ZCuSn10Pb11Ni3）以及多元复杂黄铜（ZY331608）材料的热物理性能对滑靴副油膜温度的影响。其中，多元复杂黄铜为铜合金材料，在普通铜中加入1.5%～7.0%的Mn、1.0%～7.0%的Al以及0.5%～2.0%的Si，目的是增强滑靴的导热和减摩性能。表8.2所列为不同材料的热物理性能参数。

表8.2　不同材料的热物理性能参数

图8.12　滑靴材料对油膜温度和壳体回油温度的影响

图8.12所示为滑靴材料对油膜温度和壳体回油温度的影响。从图8.12a可以看出，最高油膜温度由小到大排列依次为：47.9℃（ZY331608）＜48.6℃（ZCuSn10Pb11Ni3）＜49.7℃（QT500-7）。这说明滑靴材料的传热性能与油膜温度有关。当滑靴材料选用多元复杂黄铜时，热导率大，热阻较小，单位体积材料所携带的热量较大，散热速率较快，与其他两种材料相比，最高油膜温度的下降幅度为1.8℃，起到良好的散热效果。而且多元复杂黄铜为耐磨损材料，滑靴表面不易发生黏着磨损，提高滑靴的使用寿命。从图8.12b可以看出，球墨铸铁的热导率小，滑靴副油膜控制体的热量传递给滑靴本体较少，大部分热量随间隙泄漏进入壳体内腔，使壳体回油温度升高，故壳体回油温度较高。

图8.13所示为滑靴材料对热平衡间隙和油膜支承刚度的影响。从图8.13a可以看出，斜盘采用球墨铸铁，滑靴采用其他不同材料，热平衡间隙从小到大排列依次为：3.2μm（QT500-7）＜3.6μm（ZCuSn10Pb11Ni3）＜3.8μm（ZY331608）。这些特征说明ZY331608的导热性能好，线膨胀系数大，材料的变形量较大，滑靴副达到热平衡时所需的热平衡间隙增大；而QT500-7的导热性能很差，材料的变形量很小，滑靴副的热平衡间隙显著减小。从式（8.21）和式（8.22）可知，对偶材料的热物理性能参数对滑靴副的热平衡性能影响比较显著，材料的线膨胀系数和热导率越大，则热平衡间隙越大。从图8.13b可知，当滑靴材料选用ZY331608时，油膜厚度随滑靴热形变的增大而增大，但是油膜支承刚度减小，最高油膜支承刚度为89.2 N/μm。由此可见，选择热传导性能较好的滑靴材料有利于增大油膜厚度，但是不利于滑靴副的承载能力。

图8.13　滑靴材料对热平衡间隙和油膜支承刚度的影响

综上所述，油膜温度的升高有利于增强间隙油膜、滑靴和斜盘之间的热交换，使得斜盘和滑靴产生热变形，热平衡间隙减小，滑靴与斜盘之间的配合性能变差，造成滑靴运动不灵敏。因此，滑靴材料应当尽量选取线膨胀系数和热导率大的材料，对于斜盘则正好相反，有利于提高滑靴和斜盘之间的配合性能。