計入撓曲的油潤滑艉軸承動力學特性研究.pdf

1、隨著船舶大型化的發(fā)展，推進軸系作為船舶動力裝置的核心部件，其運轉(zhuǎn)的安全性保障著船舶穩(wěn)定運行。而艉軸承作為推進軸系的重要支承部件，其潤滑不良或失效是導致推進軸系故障頻繁發(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，通過理論研究和臺架試驗等方法，考慮潤滑表面形貌、軸頸撓曲變形、軸瓦彈性變形及潤滑摩擦熱效應的影響，對艉軸承的混合潤滑性能、空穴效應、熱彈流潤滑模型及軸承-軸頸系統(tǒng)的動力學特性等方面

2、展開研究。
　　在艉軸承混合潤滑分析方面，首先對艉軸的懸伸布置引起的撓曲變形進行分析，采用位移疊加法計算艉軸在外載荷、潤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；最后針對所研究的艉軸承進行考慮軸頸撓曲的混合潤滑分析，研究軸頸撓曲對艉軸承潤滑油膜壓力分布、油膜厚度分布的影響，并基于Stribeck曲線研究混合潤滑(ML)-液壓潤滑(

3、HL)轉(zhuǎn)化點與微凸體接觸力之間的關(guān)系，同時給出軸頸撓曲對潤滑狀態(tài)的影響。分析結(jié)果表明，在低轉(zhuǎn)速運行工況下，由于油膜難以建立，艉軸承處于混合潤滑狀態(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，進而使得最大油膜壓力的位置向尾端面移動，此時會出現(xiàn)單邊承載現(xiàn)象，使得軸承磨損加劇。
　　為研究空穴效應對軸承潤滑的影響，在流體動力潤滑理論基礎上，基于質(zhì)量流量守恒原理，推導了質(zhì)量流量守恒邊界條件(JFO邊界條

4、件)，并結(jié)合軸承混合潤滑理論，建立了同時適用于空穴區(qū)及全膜潤滑區(qū)的二維統(tǒng)一Reynolds方程。運用不可壓縮流體空穴算法求解潤滑方程，計算艉軸承油膜壓力分布，并與文獻試驗數(shù)據(jù)進行對比；研究不同邊界條件對軸頸撓曲變形、油膜壓力分布、空穴區(qū)位置遷移及ML-HL轉(zhuǎn)換點的影響。結(jié)果表明，JFO邊界條件計算得到的油膜壓力分布更接近實際情況；當考慮軸頸撓曲之后，空穴區(qū)也出現(xiàn)跟最大油膜壓力相似的規(guī)律而向為端面移動；由于空穴區(qū)也會承受部分載荷，使得考慮

5、空穴之后，軸承的承載能力增強。
　　由于重載低速情況下軸瓦的變形及潤滑熱效應不可忽略，文中對艉軸承進行熱彈流潤滑分析?；邳c接觸彈流潤滑理論，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方程，計算潤滑油膜及軸瓦表面的溫度分布。結(jié)合考慮空穴效應的混合潤滑理論，分析艉軸承熱-彈流潤滑性能，分別研究軸瓦彈性變形和熱效應對軸承壓力分布、油膜厚度分布的影響。針對船舶艉軸承尾端受載這一特點，根據(jù)前述理論基礎，設計尾

6、端負載的滑動軸承潤滑性測試試驗臺，并在此試驗臺上展開試驗研究。將試驗結(jié)果與數(shù)值仿真分析結(jié)果進行對比，驗證文中建立的潤滑程序的準確性；同時研究負載、轉(zhuǎn)速、供油壓力等因素對油膜壓力分布的影響，并對比富油和貧油潤滑狀態(tài)下摩擦力曲線。結(jié)果表明，由于微凸體的接觸摩擦，使得混合潤滑狀態(tài)相比于液壓潤滑狀態(tài)下的摩擦力曲線出現(xiàn)了較大波動，此現(xiàn)象可以作為利用摩擦力信號在線監(jiān)測潤滑狀態(tài)的依據(jù)。
　　最后利用微擾動法，給出油膜動態(tài)參數(shù)的計算方法，研究考慮

7、潤滑及艉軸初始下沉量的艉軸承動力學特性。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；然后將軸承動力學與摩擦學進行耦合分析，給出考慮油膜之后軸系固有頻率及回旋振動的變化。結(jié)果表明，油膜的等效支撐剛度，在沒有下沉量時，隨著轉(zhuǎn)速的增大而減??；當軸下沉后，油膜的等效支撐剛度隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大，且變化趨勢越來越緩；同一轉(zhuǎn)速下，油膜支撐剛度隨著下沉量的增大而減??；而且通過軸系固有頻率及回旋振動計算，說明潤滑油膜對軸系