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水润滑轴承液膜刚度特性及对轴系振动的影响研究

杨家友  
【摘要】:轴系的支撑刚度很大程度上决定了轴系振动特性,传统船舶推进轴系支撑刚度主要考虑了轴承刚度、轴承座刚度和船体结构刚度,可以通过数值方法或经验公式获取。轴系在运转过程中,由于滑动轴承流体动压润滑的作用,会在轴系与轴承之间形成一层具有一定刚度和阻尼的液膜,对轴系起到支撑和阻尼作用。液膜刚度的引入,将改变轴系原有支撑刚度,从而影响轴系振动特性。因此,如果要准确的分析轴系振动特性,需要研究液膜刚度对轴系振动的影响。 本文基于流体动力润滑理论,利用有限差分法对二维Reynolds方程进行求解,得到轴承内部液膜压力分布,分析了液膜压力和厚度随轴承长径比以及轴颈偏心率变化的规律,研究了轴颈倾斜和水槽结构形式对润滑特性的影响,总结出了可以同时考虑轴颈任意倾斜和水槽结构的液膜压力计算方法。 本文提出了一种基于弦截法的轴颈平衡位置计算方法。由于弦截法有超线性收敛速度,因此计算精度高、计算时间短。将此方法嵌入程序,分析了轴颈偏位角、轴承承载能力、端泄流量、轴颈转动阻力系数随轴承长径比和轴颈偏心率的变化规律。 采用载荷增量法和扰动力法分别计算液膜刚度和阻尼。分析了液膜刚度和阻尼随轴承负荷、轴颈转速和润滑剂粘度的变化规律。 针对轴系、轴承实际工作状态,提出了一种能考虑轴颈任意倾斜并且能同时考虑轴瓦弹性变形的液膜刚度和液膜阻尼的计算方法。得到了不同杨氏模量材料的轴瓦对液膜厚度和压力的影响规律,并分析了轴颈倾斜、偏移和不同杨氏模量的轴瓦对轴承动静态润滑特性的影响。 本文分析了液膜刚度对轴系振动特性的影响。建立了模拟船舶推进轴系振动试验台,并对轴系模态进行了仿真和实验测试的对比,验证了仿真模型的正确性;测量了各轴承负荷,计算出了给定工况下的液膜刚度;分析了液膜刚度对轴系固有特性和振动响应带来的影响。结果表明,轴承液膜刚度对轴系振动具有一定程度的影响,在轴承形成良好流体动压润滑状态下,若要准确分析轴系振动特性,需要考虑液膜刚度的影响。


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