計(jì)入撓曲的油潤(rùn)滑艉軸承動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、隨著船舶大型化的發(fā)展，推進(jìn)軸系作為船舶動(dòng)力裝置的核心部件，其運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性保障著船舶穩(wěn)定運(yùn)行。而艉軸承作為推進(jìn)軸系的重要支承部件，其潤(rùn)滑不良或失效是導(dǎo)致推進(jìn)軸系故障頻繁發(fā)生的主要因素之一。目前大多數(shù)的商業(yè)遠(yuǎn)洋船只依舊采用白合金艉軸承，本文結(jié)合某船的白合金艉軸承，通過(guò)理論研究和臺(tái)架試驗(yàn)等方法，考慮潤(rùn)滑表面形貌、軸頸撓曲變形、軸瓦彈性變形及潤(rùn)滑摩擦熱效應(yīng)的影響，對(duì)艉軸承的混合潤(rùn)滑性能、空穴效應(yīng)、熱彈流潤(rùn)滑模型及軸承-軸頸系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性等方面

2、展開(kāi)研究。
　　在艉軸承混合潤(rùn)滑分析方面，首先對(duì)艉軸的懸伸布置引起的撓曲變形進(jìn)行分析，采用位移疊加法計(jì)算艉軸在外載荷、潤(rùn)滑油膜力及微凸體接觸力共同作用下的撓曲變形；然后引入平均Reynolds方程和微凸體接觸模型，描述潤(rùn)滑油膜力及微凸體接觸力與油膜厚度之間的關(guān)系；最后針對(duì)所研究的艉軸承進(jìn)行考慮軸頸撓曲的混合潤(rùn)滑分析，研究軸頸撓曲對(duì)艉軸承潤(rùn)滑油膜壓力分布、油膜厚度分布的影響，并基于Stribeck曲線(xiàn)研究混合潤(rùn)滑(ML)-液壓潤(rùn)滑(

3、HL)轉(zhuǎn)化點(diǎn)與微凸體接觸力之間的關(guān)系，同時(shí)給出軸頸撓曲對(duì)潤(rùn)滑狀態(tài)的影響。分析結(jié)果表明，在低轉(zhuǎn)速運(yùn)行工況下，由于油膜難以建立，艉軸承處于混合潤(rùn)滑狀態(tài)，微凸體與油膜共同承受載荷；由于軸頸的撓曲變形，使得艉軸承尾端部分油膜厚度變形，進(jìn)而使得最大油膜壓力的位置向尾端面移動(dòng)，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)單邊承載現(xiàn)象，使得軸承磨損加劇。
　　為研究空穴效應(yīng)對(duì)軸承潤(rùn)滑的影響，在流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論基礎(chǔ)上，基于質(zhì)量流量守恒原理，推導(dǎo)了質(zhì)量流量守恒邊界條件(JFO邊界條

4、件)，并結(jié)合軸承混合潤(rùn)滑理論，建立了同時(shí)適用于空穴區(qū)及全膜潤(rùn)滑區(qū)的二維統(tǒng)一Reynolds方程。運(yùn)用不可壓縮流體空穴算法求解潤(rùn)滑方程，計(jì)算艉軸承油膜壓力分布，并與文獻(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比；研究不同邊界條件對(duì)軸頸撓曲變形、油膜壓力分布、空穴區(qū)位置遷移及ML-HL轉(zhuǎn)換點(diǎn)的影響。結(jié)果表明，JFO邊界條件計(jì)算得到的油膜壓力分布更接近實(shí)際情況；當(dāng)考慮軸頸撓曲之后，空穴區(qū)也出現(xiàn)跟最大油膜壓力相似的規(guī)律而向?yàn)槎嗣嬉苿?dòng)；由于空穴區(qū)也會(huì)承受部分載荷，使得考慮

5、空穴之后，軸承的承載能力增強(qiáng)。
　　由于重載低速情況下軸瓦的變形及潤(rùn)滑熱效應(yīng)不可忽略，文中對(duì)艉軸承進(jìn)行熱彈流潤(rùn)滑分析?；邳c(diǎn)接觸彈流潤(rùn)滑理論，結(jié)合艉軸承的結(jié)構(gòu)，利用變形矩陣法求解軸瓦彈性變形，并引入能量方程及熱傳導(dǎo)方程，計(jì)算潤(rùn)滑油膜及軸瓦表面的溫度分布。結(jié)合考慮空穴效應(yīng)的混合潤(rùn)滑理論，分析艉軸承熱-彈流潤(rùn)滑性能，分別研究軸瓦彈性變形和熱效應(yīng)對(duì)軸承壓力分布、油膜厚度分布的影響。針對(duì)船舶艉軸承尾端受載這一特點(diǎn)，根據(jù)前述理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)尾

6、端負(fù)載的滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑性測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，并在此試驗(yàn)臺(tái)上展開(kāi)試驗(yàn)研究。將試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值仿真分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證文中建立的潤(rùn)滑程序的準(zhǔn)確性；同時(shí)研究負(fù)載、轉(zhuǎn)速、供油壓力等因素對(duì)油膜壓力分布的影響，并對(duì)比富油和貧油潤(rùn)滑狀態(tài)下摩擦力曲線(xiàn)。結(jié)果表明，由于微凸體的接觸摩擦，使得混合潤(rùn)滑狀態(tài)相比于液壓潤(rùn)滑狀態(tài)下的摩擦力曲線(xiàn)出現(xiàn)了較大波動(dòng)，此現(xiàn)象可以作為利用摩擦力信號(hào)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑狀態(tài)的依據(jù)。
　　最后利用微擾動(dòng)法，給出油膜動(dòng)態(tài)參數(shù)的計(jì)算方法，研究考慮

7、潤(rùn)滑及艉軸初始下沉量的艉軸承動(dòng)力學(xué)特性。并分析油膜的等效支撐剛度及油膜合力位置與轉(zhuǎn)速、軸頸尾端下沉量等參數(shù)的關(guān)系；然后將軸承動(dòng)力學(xué)與摩擦學(xué)進(jìn)行耦合分析，給出考慮油膜之后軸系固有頻率及回旋振動(dòng)的變化。結(jié)果表明，油膜的等效支撐剛度，在沒(méi)有下沉量時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的增大而減小；當(dāng)軸下沉后，油膜的等效支撐剛度隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大，且變化趨勢(shì)越來(lái)越緩；同一轉(zhuǎn)速下，油膜支撐剛度隨著下沉量的增大而減小；而且通過(guò)軸系固有頻率及回旋振動(dòng)計(jì)算，說(shuō)明潤(rùn)滑油膜對(duì)軸系