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新型复合橡胶水润滑尾轴承润滑机理研究

王超  
【摘要】:船舶尾轴承是船舶轴系中非常关键的部分,起着支撑螺旋桨轴的作用。橡胶材料是目前应用较多的舰船尾轴承材料,但因其低速启动转矩大,摩擦系数高,极易产生鸣音而对水下航行器的隐蔽性带来威胁。超高分子量聚乙烯摩擦学性能优越,抗泥沙,从试验数据看,综合性能比纯硫化橡胶优异。新型复合橡胶尾轴承由橡胶与超高分子量聚乙烯共混而成,共混后的材料继承了原来两种材料的优点,同时又克服了超高分子量聚乙烯不耐磨损、热变形温度低和橡胶低速、重载工况下润滑性能低下的缺点。本文通过有限元方法和台架试验方法对超高分子量聚乙烯与橡胶共混胶料舰船尾轴承进行了研究。本文的主要研究内容和得出的结论如下: 1.简要介绍了水润滑尾轴承的几种润滑形式:流体动压润滑、流体静压润滑、弹性流体动压润滑和边界润滑。分析了润滑水膜的形成机理,并研究了复合橡胶的弹性变形对水润滑尾轴承润滑性能的影响。推导了简化条件下的水润滑雷诺方程,并推导了水润滑复合橡胶轴承的弹性变形和水膜厚度方程式; 2.对超高分子量聚乙烯与橡胶共混胶料水润滑尾轴承进行了动态接触特性分析,分析发现:受摩擦力的影响,尾轴承与轴颈的接触应力、接触应变和接触位移都沿轴颈旋转方向的下游区域分布。在摩擦系数相同时,载荷越大,尾轴承的接触应力、接触应变及接触位移越大,且载荷增大时,较大的接触位移向轴颈旋转下游方向移动。当载荷相同时,摩擦系数越大,尾轴承的接触应力、接触应变及接触位移越大,且摩擦系数增大时较大的接触位移逐渐向轴颈旋转下游方向移动。 3.对超高分子量聚乙烯与橡胶共混胶料水润滑尾轴承进行了台架试验,得出如下结论:尾轴承摩擦系数随运行时间的增长先迅速减小,然后趋于稳定。尾轴承摩擦系数在主轴转动速度较低时随着转速增大迅速减小,而当转速继续增大时,摩擦系数的减小趋势放缓,继而趋于稳定。尾轴承摩擦系数先随轴承比压的增大而增大,再随比压的增大而减小,最后趋于稳定;尾轴承摩擦系数随水温的升高而增大。综合来看,尾轴承在水温为20℃时摩擦特性最好。


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