磁水复合式水润滑艉轴承设计及其润滑性能研究

推进轴系是舰船艉部振动最重要的激励源,而传统的推进轴系与船体结构通过支承轴承联接,这两部分之间没有相应的减振措施,因此推进轴系上的激励直接作用于船体结构,形成辐射噪声。本文以舰船艉部减振及提高水润滑轴承使用寿命为目的,利用磁力轴承低摩擦、结构简单等优点,设计一种新型磁水复合式水润滑艉轴承,对其摩擦学性能进行数值分析,并与传统水润滑艉轴承的性能进行对比。结果表明,磁水复合式艉轴承在外载荷、转速及轴承间隙相同的情况下,最小液膜厚度变大,最大液膜压力减小,轴承温升降低,说明磁力支承可以有效改善水润滑轴承润滑状态,提升轴承承载能力,减少轴承摩擦损失,可为未来舰船低摩擦艉轴承设计提供新的技术途径。

船用艉轴承支承承载特性研究

船用水润滑艉轴承衬层的选材十分苛刻,它对轴承实现增载减阻,低噪耐磨的优秀特征起着决定性作用。艉轴承支承承载特性的机制研究异常关键。针对这一方向,开展关于轴承结构对承载力影响的理论分析研究;构建实船用艉轴承动力学模型,分析衬套、下轴瓦和橡胶的结构参数变化规律;讨论橡胶层预留间隙大小对载荷-变形关系的影响,探明接触方式对衬套、下轴瓦和橡胶结构参数的影响作用。研究结果表明:随着橡胶厚度的增加,衬层变形逐渐降低;厚度对变形的影响最大,与顶部挡边距离次之,侧边距离影响最小。研究为水润滑艉轴承的使用和设计提供了工程指导价值。

永磁体形性特征对磁水复合支撑式艉轴承润滑特性的影响

螺旋桨重力会导致船舶推进轴系发生挠曲,造成艉轴承边缘润滑状态恶劣。采用一种磁水复合支撑形式的艉轴承,通过引入永磁体磁力作用,改善桨重因素对艉轴承边缘润滑状态的不利影响;构建永磁体三维磁力特性分析方法,探究不同永磁体材料磁性质和布置形式对磁力承载性能的影响规律;基于艉轴承弹性流体动压润滑分析方法,获取永磁体形性特征对润滑特性的影响规律。结果表明:磁承载力受永磁体材料剩磁的影响明显,材料剩磁越大,永磁体承载力越大,轴承润滑状态相对越好;沿周向增加磁块数目或增加永磁块轴向长度可以增大永磁体的承载力,但永磁体承载效率可能下降,设计时需综合考虑;磁体的布置形式也对磁力承载性能和润滑性能影响显著,在永磁体体积相同的情况下,更为合理的布置形式可使永磁体承载力与艉轴承最小水膜厚度明显增大。

艉轴承刚度等效形式对轴系横向振动特性的影响

[目的]由于船舶艉轴承的长径比较大,将其简化为传统的单点支撑等效模型难以反映出轴承的实际运行情况,因此有必要探讨艉轴承等效形式对轴系横向振动特性的影响。[方法]首先,基于能量原理,引入改进傅里叶级数方法描述推进轴系的横向振动位移,构建可用于单点、多点和连续分布式支撑的多种等效形式的推进轴系横向振动特性计算模型;然后,分别分析由液膜压力等效的支撑刚度变化对轴系横向振动特性以及螺旋桨激励对轴系振动响应的影响;最后,与文献和采用有限元方法(FEM)计算的结果进行对比,验证所提模型的正确性。[结果]结果显示,多点支撑的计算结果收敛于连续分布式支撑计算结果,螺旋桨激励下轴系响应受转速影响。[结论]研究表明,可采用三点支撑等效形式研究液膜压力分布对推进轴系横向振动特性的影响,所构建的计算模型收敛性好、计算精度高、代价低。

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。

水润滑球面艉轴承振动试验研究

组合关节轴承与普通水润滑艉轴承,制成一种可调心水润滑球面艉轴承,代替普通艉轴承,以增加艉轴承的接触面积,减小由于螺旋桨重力悬臂作用或轴系校中不良等原因所产生的边缘效应,降低艉轴承振动水平。球面艉轴承与普通艉轴承的减振效果评价在轴系试验台上进行,两艉轴承的振动特性对比结果表明,球面艉轴承的减振效果较好。

水润滑艉轴承磨损可靠性寿命评估模型研究

水润滑艉轴承作为舰船推进系统中的重要支撑部件,它的工作可靠性和使用寿命会直接影响舰船的航行安全、隐蔽性能和营运成本等。根据水润滑艉轴承的磨损特性,基于水润滑艉轴承的磨损率和最大允许配合间隙之间的关系,建立平均寿命模型、可靠性磨损寿命模型和模糊可靠性寿命模型3种数学模型,来评估水润滑艉轴承的磨损可靠性寿命。实例分析表明:磨损可靠性寿命模型和模糊可靠性磨损寿命能较好地反映水润滑艉轴承副由于磨损而失效的渐进性,其中利用模糊可靠性计算模型获得的可靠度最为保守,针对船舶运行于苛刻环境中,采用模糊可靠性模型进行寿命评定能在最大程度上保证船舶艉轴承的营运安全。

考虑轴挠曲的船舶艉轴承混合润滑分析

为准确描述船舶艉轴承的润滑状态,建立了船舶艉轴承考虑表面粗糙度的混合润滑模型,利用位移叠加法计算了轴在螺旋桨重力及油膜力、微凸体接触力共同作用下的挠曲,同时分析了定载荷下,艉轴挠曲、微凸体接触力、摩擦系数随转速的变化规律;采用轴承设计参数对该混合润滑模型进行了验证.计算结果表明,艉轴挠曲使润滑油膜压力的分布发生变化,也使得混合润滑状态覆盖的转速区域变大,并通过Streibeck曲线分析了挠曲对摩擦系数的影响.

水润滑橡胶艉轴承动态性能的试验与分析

针对船舶艉轴承的减振降噪进行橡胶材料硬度对艉轴系振动影响的试验研究。通过Pulse振动分析平台对艉轴承的振动情况进行数据采集和分析,应用振动频谱分析法得出对于常工作在低速重载工况下的水润滑橡胶轴承其内表面宜趋近的邵氏硬度为80时,对于中高速则可稍微提高一些。

不同材料水润滑艉轴承的摩擦特性和磨损寿命研究

为实现船舶艉轴水润滑艉轴承不同工况下的合理选型,采用摩擦磨损试验机,对比研究常用的普通塑料和金属塑料合成橡胶轴承在淡水和海水润滑下的磨损特性,通过加速试验比较2种橡胶轴承的磨损寿命。结果表明:海水润滑下轴承的摩擦因数和磨损率都要高于淡水润滑下;海水润滑下,普通橡胶轴承比合成橡胶轴承的摩擦因数和磨损率要小,正常使用寿命要高,而淡水润滑下则相反。因此,当船舶的艉轴承采用淡水润滑时,适合使用金属塑料合成橡胶轴承,当采用海水润滑时,适合使用普通橡胶轴承。

后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响

[目的]为了研究后艉轴承刚度对潜艇结构振动与声辐射的影响,[方法]针对螺旋桨不定常激振力诱发的艇体结构辐射声,以SUBOFF潜艇为原型,建立了包含螺旋桨和轴系实体结构单元的潜艇整艇模型,采用通用有限元程序NASTRAN计算其在真空中的振动特性,同时采用附加质量附加阻尼算法计算其在水下的振动和声辐射特性,对潜艇整艇结构在螺旋桨垂向激振力作用下的振动与声辐射特性进行分析,并着重考虑了后艉轴承刚度对潜艇整艇结构振动与声辐射的影响规律。[结果]研究指出,降低后艉轴承刚度使潜艇结构振动与声辐射的能力主要向其第2阶整体弯曲振动模态频率处集中,且第2阶整体弯曲振动模态频率逐渐向低频移动;在第2阶整体弯曲振动模态频率以上频段降低后艉轴承的刚度能够有效降低潜艇整艇结构的振动和声辐射。[结论]所得结果可为声学设计阶段潜艇关键部位结构参数的选取提供参考。

船舶艉轴承接触压力分布及其影响因素研究

为提高艉轴承承载能力,建立船舶艉轴承与艉轴接触模型,应用有限元方法探讨艉轴承接触压力分布及其影响因素。计算结果表明,过大的艉轴转角会导致艉轴承接触面积减小,接触压力分布不均,峰值压力增大。艉轴承弹性模量、径向间隙、厚度对接触压力分布有明显的影响。如果材料模量与轴承间隙越小,轴承厚度越厚,则压力分布越均匀。

基于润滑数值模型和状态参数的艉轴承性能衰变研究

[目的]为了实现对船舶艉轴承润滑状态的监测和评估,提出一种结合润滑性能衰变模型和支持向量机(SVM)算法的艉轴承润滑性能评估方法。[方法]针对船舶艉轴承润滑状态难以监测和识别的问题,建立轴承润滑衰变数值模型,并运用实验数据对该模型进行验证,研究载荷、粗糙度和半径间隙对润滑状态衰变机理的影响。基于SVM算法,构建润滑状态分类器,通过网格搜索算法优化超参数,利用不同润滑状态的数据集进行训练,最后实现对艉轴承润滑状态的评估。[结果]结果显示,随着外部载荷、粗糙度和半径间隙的增大,轴承润滑状态恶化的临界速度增大,动压润滑工作范围减小,混合润滑工作范围增大;由仿真数据集对润滑状态识别模型的验证表明,所提的润滑状态识别方法准确率达96.88%。[结论]所提方法能监测轴承的润滑性能特征,有效识别轴承的润滑状态。

内衬厚度对水润滑橡胶艉轴承摩擦性能的影响

基于流固耦合的基本理论,考虑橡胶衬层弹性变形因素,构建出水润滑艉轴承橡胶内衬有限元模型,利用MATLAB软件数值分析橡胶内衬厚度对水膜厚度和水膜压力的分布状况及摩擦性能的影响规律,并在SSB-100型艉轴承试验机上进行试验验证。研究结果表明:在相同的工况下,随着内衬厚度的增加,橡胶衬层弹性变形增大,水膜厚度增大,水膜压力减小;相应地,流体润滑效果越好,摩擦因数越小;在相同厚度下,随着转速的增大,摩擦因数先减小后趋于平稳。试验结果验证了仿真分析的正确性。

饱和含液穿孔板条水润滑艉轴承减振性能研究

[目的]水润滑艉轴承是轴系振动的主要传递部件,为了提高其减振降噪的动态性能,[方法]设计一种饱和含液穿孔板条。基于流固耦合理论,利用有限元软件ANSYS进行常规水润滑艉轴承和阻尼增强型水润滑艉轴承的模态分析及谐响应分析,以得到穿孔板条对轴承动态特性的影响规律。[结果]仿真和试验结果表明:饱和含液穿孔板条设计可以有效降低艉轴承振动的幅值传递水平。[结论]研究结果对于艉轴承的减振性能提升具有一定的指导意义。

水润滑艉轴承的磨损寿命研究

磨损破坏是水润滑艉轴承最为常见的破坏形式,对其磨损寿命的预测和研究有着重要的现实意义。根据水润滑艉轴承的Streibeck曲线和Meeks模型设计轴承加速寿命试验,并通过试验获得轴承的寿命特征参数;采用基于灰色估计法求解Weibull分布,获得轴承的寿命评估模型;将寿命特征参数代入评估模型中,获得水润滑艉轴承的寿命分布模型。实验结果表明该模型的精度很高,在工程实践中可以利用该模型对滑动轴承的磨损可靠性寿命进行预测。

水润滑艉轴承浅析

水润滑艉轴承的工作特性是用户选用的依据。试以赛龙轴承为例 ,叙述其摩擦系数与轴转速的关系、承载能力以及运行磨损率诸因素 。

基于有限元法的水润滑橡胶艉轴承刚度影响因素分析

为提高轴系校中计算精度,应用有限元法开展艉轴承刚度仿真计算研究,探讨轴承内衬材料(弹性模量、泊松比)、长径比、水槽数量、橡胶层厚度对轴承刚度的影响。结果表明:减小水槽数量和橡胶层厚度,提高弹性模量,增加长径比和泊松比均有助于增加艉轴承刚度;轴承刚度受诸多因素影响,多因素间的交互作用与影响机理十分复杂,还有待深入探讨。

基于有限元法的船舶艉轴承负荷优化

基于有限元法建立艉轴承负荷优化模型,探讨艉轴承负荷优化过程中的目标函数、约束条件和设计变量的选择原则及影响因素。采用APDL语言编写负荷优化程序,通过优化,艉轴承负荷减少约11%,减少了艉轴承的磨损,提高了轴承的使用寿命。

300TEU船艉轴承液压安装技术

本文对大直径、小过盈、薄壁套筒工件的过盈装配问题进行了初步探讨 ,应用液压技术成功地解决了 30 0 TEU船的艉轴承安装问题 。