艉軸承摩擦力作用下推進(jìn)軸系彎-扭耦合振動(dòng)特性分析.pdf

1、潛艇推進(jìn)軸系在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中常發(fā)生異常振動(dòng)與噪聲,其不僅影響自身運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性,還會(huì)通過(guò)基座傳遞給艇體,引起艇體結(jié)構(gòu)振動(dòng),輻射噪聲。
　　在推進(jìn)軸系中,艉部支撐多采用水潤(rùn)滑橡膠軸承。受螺旋槳、軸系自重以及軸系對(duì)中等因素的影響,艉部橡膠軸承成為推進(jìn)軸系中負(fù)荷最大的支承。由于螺旋槳的懸臂載荷作用,使得推進(jìn)軸系艉部橡膠軸承比壓很大且載荷分布極不均勻。在開、停機(jī)以及低速重載運(yùn)轉(zhuǎn)工況下,過(guò)大的負(fù)荷往往會(huì)破壞軸頸與軸承間良好的水膜潤(rùn)滑狀態(tài),使其落入

2、“邊界潤(rùn)滑”或者“混合潤(rùn)滑”區(qū)域,軸頸-軸承間的摩擦作用增加。由于橡膠軸瓦上縱向溝槽比較多,軸承-軸頸間很不容易形成連續(xù)而穩(wěn)定的流體潤(rùn)滑膜,軸頸與軸承間容易進(jìn)入“粘滑”狀態(tài)。在無(wú)明顯外激勵(lì)條件下,軸系仍可能產(chǎn)生異常彎曲、扭轉(zhuǎn)振動(dòng),發(fā)出異常噪聲,甚至引起軸系產(chǎn)生自激振動(dòng)并激起殼體振動(dòng),影響聲隱性,降低運(yùn)行穩(wěn)定性和使用可靠性。其中,軸承-軸頸間作用的交變摩擦力或摩擦力矩誘導(dǎo)系統(tǒng)振動(dòng)模態(tài)產(chǎn)生自激振動(dòng)為其潛在原因。
　　目前,對(duì)于諸多自激

3、振動(dòng)問(wèn)題的研究,從分析系統(tǒng)整體動(dòng)力學(xué)行為的角度進(jìn)行研究已經(jīng)逐漸成為主流思路。此前,對(duì)推進(jìn)軸系自激振動(dòng)的理論研究多通過(guò)簡(jiǎn)單的集總參模型,定性分析推進(jìn)軸系摩擦自激振動(dòng)的基本規(guī)律,但分析局限于軸承處的局部結(jié)構(gòu),并且過(guò)于簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)使其并不能詳盡地說(shuō)明摩擦激勵(lì)下實(shí)際軸系的整體動(dòng)力學(xué)行為。此外,研究模型僅適用于模擬軸系轉(zhuǎn)子開、停機(jī)工況。實(shí)際上,低速重載正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),推進(jìn)軸系仍可能產(chǎn)生自激振動(dòng),甚至激起艇體振動(dòng)。本文以簡(jiǎn)化的低速重載推進(jìn)軸系為研究對(duì)象,

4、建立推進(jìn)軸系在艉部橡膠軸承摩擦力作用下的彎-扭耦合自激振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型,從機(jī)理上探討推進(jìn)軸系的彎-扭耦合振動(dòng)特性及其主要影響因素。為轉(zhuǎn)子軸系異常振動(dòng)及其噪聲的識(shí)別提供理論依據(jù),有利于推進(jìn)軸系結(jié)構(gòu)的合理化設(shè)計(jì)與安裝,有利于通過(guò)控制措施對(duì)軸系的振動(dòng)狀態(tài)加以控制,保證軸系的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài),特別是減小軸系振動(dòng)對(duì)殼體振動(dòng)的影響,從而有利于減少殼體的輻射噪聲。
　　第一章:介紹本文研究的背景及意義。并從推進(jìn)軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、推進(jìn)軸系橫向彎曲振動(dòng)、推進(jìn)

5、軸系彎-扭耦合振動(dòng)、水潤(rùn)滑橡膠軸承摩擦特性、水潤(rùn)滑橡膠軸承力學(xué)特性、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)等幾個(gè)方面,對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀加以介紹。
　　第二章:通過(guò)分析潛艇推進(jìn)軸系艉部水潤(rùn)滑橡膠軸承在具體工作狀態(tài)下的受力和變形,簡(jiǎn)化其剛度特性計(jì)算模型,然后,利用有限元分析軟件ABAQUS作為工具計(jì)算橡膠軸承剛度,其中包括豎直方向剛度和水平方向剛度。為了節(jié)約計(jì)算時(shí)間,節(jié)省計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間,靈活巧妙地將水潤(rùn)滑橡膠軸承三維有限元計(jì)算模型簡(jiǎn)化為二維有限元計(jì)算模型,在分析

6、比較之后,進(jìn)而將橡膠軸承作進(jìn)一步簡(jiǎn)化,大大縮短了計(jì)算時(shí)間,而不影響計(jì)算分析的精度要求。
　　第三章:以簡(jiǎn)化的低速重載恒轉(zhuǎn)速推進(jìn)軸系為研究對(duì)象,建立推進(jìn)軸系在艉部橡膠軸承摩擦力作用下的彎-扭耦合自激振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型,從機(jī)理上探討推進(jìn)軸系的彎-扭耦合振動(dòng)特性及其主要影響因素。從軸系整體動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā),建立推進(jìn)軸系在摩擦力作用下的彎-扭耦合振動(dòng)特征方程,其中,軸系彎曲振動(dòng)包括豎直方向和水平方向彎曲振動(dòng)。通過(guò)分析軸系轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,明