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高分子材料水润滑尾轴承数值计算及试验研究

刘宇  
【摘要】:船舶尾轴承是支撑轴系的重要部件。传统的尾轴承以贵重金属为材料,以油为润滑介质。随着环境污染和能源危机问题的日益严重,以及可持续发展的需要,为了减少贵重金属的消耗和滑油对水域的污染,部分船舶开始采用高分子材料水润滑尾轴承。因此开展水润滑尾轴承研究对于揭示水润滑机理,提高尾轴承的润滑性能,延长使用寿命,减振降噪,以及实现“绿色航运”具有重要的理论意义和工程应用价值。 文中以高分子材料水润滑尾轴承为研究对象,应用多重网格方法对水润滑尾轴承弹流动压润滑问题进行了数值分析,揭示了其润滑机理,探讨了开槽与不开槽轴承的润滑性能差异,以及轴承的结构形式和材料属性对其润滑性能(水膜厚度分布、水膜压力分布、摩擦系数等)的影响规律。主要的研究成果如下: (1)在相同工况下,与不开槽轴承相比,开槽轴承的局部压力变大,水膜厚度减小,轴承的摩擦系数变大。 (2)尾轴承的结构形式对其弹流动压润滑性能有着重要影响。水槽数目的增加和水槽宽度的加大会使轴承内的局部压力过大,水膜厚度减小,摩擦系数变大。轴承间隙的增大会使轴承内局部压力升高,水膜厚度整体上变大,但局部区域水膜厚度急剧减小,摩擦系数降低。轴承直径不变时,长径比的加大使轴承摩擦系数增加,轴承长径比为1:1时,轴承内压力分布最为缓和,水膜厚度最大,有利于动压润滑的形成。 (3)尾轴承的材料属性对其弹流动压润滑性能也有着重要影响。材料弹性模量的加大,轴承刚性增强,会使轴承局部压力变大,水膜厚度减小,摩擦系数降低。泊松比的加大,会使轴承内压力分布趋于缓和,但局部压力会变大,局部压力较大的位置水膜厚度急剧减小。泊松比的变化对轴承的摩擦系数影响不大。 (4)3种高分子材料的干、湿摩擦试验结果表明:干摩擦条件下,A型材料的摩擦系数最小,湿摩擦条件下,A型材料的摩擦系数最大,B和C型材料的摩擦系数接近。磨损试验结果表明:A型材料的耐磨性能最好。3种材料的开槽水润滑轴承的台架试验结果表明:同一比压、低速下,随着速度的上升摩擦系数急剧下降;在中、高速下,随着速度的提高,摩擦系数下降缓慢或趋于平稳。同一转速下,随着比压的提高,摩擦系数在减小。除个别工况外,同一种 工况下,A型材料轴承的摩擦系数较低,B和C型材料的摩擦系数接近。综合考虑,A型材料是性能较好的轴承材料。3种材料的试验结果的趋势和理论计算基本一致。但A型材料的试验结果和第3章的理论计算结果在数值上还存在一定偏差。


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