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基于TFSI的水润滑尾轴承润滑性能研究

程用超  
【摘要】:尾轴承作为船舶推进系统极其关键的设备之一,起着支撑尾轴和螺旋桨的重要作用。根据润滑介质不同,尾轴承一般可以分为油润滑和水润滑两种。船用油润滑尾轴承存在着结构复杂、滑油泄漏污染和振动噪声等缺点,而采用水润滑则可以很好地避免这些问题。 但是由于水的粘度低,导致水润滑橡胶尾轴承的承载能力小的缺点。另一方面,由于橡胶材料是一种高弹性、非线性、耐高温能力较差的材料。着眼于橡胶材料的缺点,有必要开展水润滑橡胶轴承的结构-热-流三场的耦合研究,以提高尾轴承的润滑性能。这对于延长轴承使用寿命,减振降噪,实现“绿色航运”具有重要的理论意义和工程应用价值。 文中以水润滑橡胶轴承周向截面为研究对象,应用大型有限元ADINA方法对水润滑尾轴承弹流动压润滑问题进行了数值分析,揭示了其润滑规律,探讨了轴承的结构形式和运行工况对其润滑性能(轴承压力分布、轴承温度分布、摩擦系数等)的影响规律。主要的研究成果如下: (1)建立了船舶水润滑橡胶轴承的平面CSD、CFD和TFSI模型,其中包括流体与固体之间耦合面的定义和热场的设定与控制。 (2)水润滑橡胶轴承的最大压力随水槽宽度的增大有下降趋势,随橡胶层厚度的增加而增大,轴承最大压力随轴承间隙的增大而减小,当轴承间隙小于或等于1mm时,轴承最大压力下降较快,而轴承间隙大于1mm时,轴承最大压力趋于平稳,变化不大;最高温度均随轴承水槽宽度增大而下降明显,随橡胶层厚度的增加而增加,随轴承间隙的增大而减小。 (3)水润滑橡胶轴承最大压力随偏心率的增大而增大,但并非是存在一个线性的关系,而是在偏心率小于0.6以前压力上升比较缓慢,当偏心率大于0.6后,压力变化的幅度加大,温度最大值随偏心率的变化曲线基本和压力分布最大值曲线相似;轴承的最大压力随偏位角的增大而减小,但是减小的幅度很小,轴承的最大温度变化也有相类似的变化。 (4)当转速在400r/min以上时的弹性流体动压润滑的情况下,轴承的最大压力和最高温度均随转速的增加而增大;改变轴承的轴向流速,轴承的压力分布基本不变;轴承最大压力与最高温度随轴承工作的水域温度的增加而增大。 (5)通过在尾轴承台架试验表明:在弹性流体动压润滑的情况下,轴承的摩擦系数较小。同时,随着轴转速的提高,轴承的摩擦系数先下降,后有小幅度的增加。润滑出水管处的温度随轴转速的增大而升高,但是升高的幅值较小。


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