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基于有限元的水润滑橡胶尾轴承模态分析及试验研究

田宇忠  
【摘要】:作为船舶的关键部件,水润滑尾轴承常用材料为橡胶。橡胶具有优良的减振性能,可以有效地减小尾轴振动,降低轴承噪声辐射,改善尾轴工作环境,缩小舰船被声纳发现距离,提高舰船生存能力。但水润滑橡胶尾轴承在启停机、低速、重载、高温等润滑不良的特殊工况下,容易出现异常振动,并产生鸣音,严重影响到舰船隐蔽性。 为深入研究水润滑橡胶尾轴承在特殊工况下的振动问题,还须对水润滑橡胶尾轴承动态特性进行深入探讨。模态分析是动态特性参数识别的主要手段。本文主要是通过模态分析来研究水润滑橡胶尾轴承各种结构形式、不同材料属性对其动态特性的影响规律及水平。 文中采用有限元计算软件ANSYS及锤击法分别对水润滑橡胶尾轴承及其内衬、衬套进行有限元模态分析及试验模态分析,并研究了相关参数对水润滑橡胶尾轴承动态特性的影响规律及其水平,取得以下研究成果: (1)水润滑橡胶尾轴承低阶模态主要受到内衬的结构及其材料属性的影响,高阶模态主要受到衬套的结构及其材料属性的影响。 (2)水润滑橡胶尾轴承低阶模态受到边界条件的影响较小。 (3)内衬材料硬度、厚度、水槽深度,对水润滑橡胶尾轴承低阶固有频率有较大影响。随着硬度的增加、橡胶层厚度或水槽深度的减小,轴承低阶固有频率均会有较明显的增加。长径比、板条数目、板条表面形状及衬套材料对轴承低阶固有频率的影响相对较小。长径比、内衬厚度及水槽深度对轴承模态振型有较大影响。衬套材料、板条数目、板条表面形状及橡胶材料硬度对轴承振型的影响较小。 (4)对有限元模态分析进行试验验证。结果表明,有限元分析得到的各阶固有频率的分布范围与试验测试得到的基本一致。另外,水润滑橡胶尾轴承的内衬为橡胶材料,对作用在其上的外界激励具有低通作用,而衬套则对作用在其上的外界激励具有高通作用。


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