考虑界面滑移及局部紊流的船用艉轴承润滑特性研究

船用艉轴承常用高分子材料作为工作表面,润滑油在其与高分子材料的界面处具有极限剪应力,因此在高剪切工况下易发生界面滑移。同时,大型重载艉轴承偏心率较大,最大膜厚往往远大于最小膜厚,膜厚较大的区域可能发生局部紊流。为研究界面滑移和紊流对轴承性能的影响,本文提出一种考虑界面滑移和紊流的轴承分析模型,建立数值仿真流程,在此基础上分析界面滑移、局部紊流及两因素的耦合对轴承性能的影响。分析结果表明:界面滑移会降低轴承承载能力,减小最小膜厚,同时减小摩擦力;局部紊流则会提高液膜承载能力,增大其最小液膜厚度及摩擦系数;综合考虑两因素影响时,低速下界面滑移的影响占主导,随着转速升高,局部紊流对液膜厚度及摩擦系数的增大作用逐渐增强,逐步抵消界面滑移引起的液膜厚度及摩擦系数的减小。

轴颈倾斜下船用复合衬层艉轴承混合润滑特性分析及结构优化

船用艉轴承支撑着悬伸于船外的螺旋桨轴,由于螺旋桨的重力作用,其轴颈中心线不再平行于轴承孔中心线,而是在竖直平面内发生倾斜。轴颈倾斜使轴承膜厚及压力沿轴向不再均匀分布,显著降低轴承承载能力,使之处于混合润滑状态,且易导致碰磨、严重磨损甚至轴瓦烧焦等问题,严重危害轴系服役安全。为提高轴颈倾斜下水润滑艉轴承的性能,改善压力分布,提出了一种采用复合衬层的轴承设计方法,以高分子材料作为承载表面,在高分子承载层与金属外壳之间加入橡胶层,橡胶层为等厚或非等厚结构。在此基础上建立了复合衬层水润滑轴承的混合润滑模型,分析了单一衬层结构、等厚复合衬层结构及非等厚复合衬层结构下的轴承性能。结果表明,对于处于混合润滑状态的水润滑轴承,复合衬层改善了压力分布、降低了摩擦因数和混合润滑状态过渡到流体动力润滑状态时的转速,而非等厚复合衬层对润滑性能具有更显著的改善作用。总结得到非等厚复合衬层轴承最优橡胶层厚的拟合公式,并给出了公式的适用范围,公式形式简洁,便于应用于轴承设计计算。相关工作为船用轴承优化设计和承载能力提升提供了新思路。