復(fù)合鉆頭軸承應(yīng)力分析1.簡(jiǎn)介復(fù)合鉆頭軸承是指由多層不同材料組成，中間加有一層油膜的軸承，它具有承受高速旋轉(zhuǎn)、高負(fù)荷和較長(zhǎng)使用壽命等特點(diǎn)。復(fù)合鉆頭軸承的材料組成通常包括鋼、銅和聚四氟乙烯等材料。本文將從復(fù)合鉆頭軸承的應(yīng)力分析入手，對(duì)其進(jìn)行研究與探討。2.復(fù)合鉆頭軸承的應(yīng)力分析2.1材料屬性復(fù)合鉆頭軸承由三層材料疊在一起構(gòu)成，根據(jù)材料的特性和供應(yīng)商提供的測(cè)試報(bào)告確定材料的物理屬性和力學(xué)性能，如下表所示：|層次|材料|密度（kg/m3）|彈性模量（GPa）|泊松比|厚度（mm）||----|----|----|----|----|----||1|聚四氟乙烯|2200|1.05|0.4|1.0||2|銅|8900|117|0.33|1.5||3|鋼|7850|210|0.3|2.5|2.2軸承的力學(xué)模型如下圖所示，復(fù)合鉆頭軸承的力學(xué)模型包括外圓柱體、內(nèi)圓柱體、墊片和載荷。其中，外圓柱體和墊片的材料均為聚四氟乙烯，內(nèi)圓柱體的材料為銅和鋼的復(fù)合材料。復(fù)合鉆頭軸承承受的載荷包括徑向載荷（F_r）和軸向載荷（F_a），外徑與內(nèi)徑之間還有一層油膜，故其中還包含了一定的油膜力（F_oil）。2.3應(yīng)力分析由假設(shè)可得，軸承各層材料的應(yīng)力分布如下圖所示：應(yīng)根據(jù)軸承各層材料的應(yīng)力分布，來(lái)計(jì)算軸承受到的徑向載荷、軸向載荷和油膜力。2.3.1徑向載荷F_r根據(jù)受力分析可得，徑向載荷F_r會(huì)在三個(gè)材料層面上產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力大小分別為：聚四氟乙烯層：σ_r1=F_r/(π(D2/4-d2/4))銅層：σ_r2=(F_rxd)/(2xt?xL)鋼層：σ_r3=(F_rxd)/(2xLxt?)+σ_r22.3.2軸向載荷F_a根據(jù)受力分析可得，軸向載荷F_a會(huì)在銅層與鋼層之間產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力大小為：σ_a=F_a/(2xLxt?)2.3.3油膜力F_oil根據(jù)油膜理論可得，油膜力F_oil的大小如下：F_oil=μxAx(p_i-p_o)其中，μ為油膜的黏度，A為兩圓柱體中間的面積，p_i為內(nèi)壓力，p_o為外壓力。2.4應(yīng)力分析結(jié)果假設(shè)復(fù)合鉆頭軸承的徑向載荷為500N，軸向載荷為100N，油膜力為10N，材料厚度分別為1.0mm、1.5mm和2.5mm，并取油膜的黏度為0.015Pa?s。代入公式計(jì)算可得，各層材料的應(yīng)力如下：聚四氟乙烯層：σ_r1=0.33MPa銅層：σ_r2=19.57MPaσ_a=4.44MPa鋼層：σ_r3=120.29MPa根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出，鋼層的應(yīng)力值較大，達(dá)到120.29MPa，相對(duì)來(lái)說(shuō)較容易受到破壞。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)該考慮加強(qiáng)鋼層的支撐和剛度，以保證軸承的可靠性和使用壽命。3.總結(jié)本文對(duì)復(fù)合鉆頭軸承的應(yīng)力分析進(jìn)行了探討。通過(guò)建立軸承力學(xué)模型和應(yīng)