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船舶水润滑橡胶尾轴承摩擦振动研究

彭恩高  
【摘要】:尾轴承是船舶推进系统的重要组成部分,在低速、重载、局部高温以及润滑不良的特殊工况下,容易出现异常振动,产生低频颤声与高频啸声。本文以船舶水润滑橡胶尾轴承为研究对象,通过仿真模拟和台架模拟试验,开展了轴-轴承结构的动力学特性研究、尾轴承摩擦振动理论分析及试验研究。论文的主要研究工作和结论如下: (1)分析了橡胶试样表面结构对摩擦振动的影响。通过MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机开展摩擦学试验研究,结果表明不同的表面水槽结构的摩擦系数不同,对应的摩擦振动临界转速也不同。通过试样接触表面宏观和微观的对比分析,发现橡胶试样的表面结构的差异对粘滑运动的影响较大,有水槽结构容易引起摩擦振动。 (2)以后尾轴承为研究对象,通过建立数学模型及动力学方程,对相关公式进行了推导和数值计算,对尾轴承的摩擦振动机理进行了探讨,研究摩擦振动的影响因素,应用粘滑运动理论分析轴承摩擦振动的产生条件。 (3)将转子动力学理论和振动理论相结合,建立了尾轴承的摩擦振动方程,分析了尾轴承固有频率及运行工况对摩擦振动的影响,探讨了尾轴承产生摩擦振动的原因,并通过台架试验,验证了尾轴承摩擦振动模型的正确性。 (4)应用有限元软件ANSYS和多体动力学软件ADAMS分析尾轴承振动的形成及发展过程。通过理论分析讨论了温度、转速、载荷对摩擦振动的影响。研究表明橡胶材料对温度敏感,随着温度升高,材料的表面活性增大,产生摩擦振动的临界转速提高。转速是影响尾轴承摩擦振动的显著因素,轴承水槽分布对低转速下轴承的运行影响较大。增大载荷时尾轴承的摩擦振动现象更为明显,这是因为产生粘滑运动的相对速度升高,更容易引起振动。在载荷波动状态下尾轴承摩擦振动的响应频谱表明,仿真结果与试验结果比较吻合。 (5)开展水润滑橡胶尾轴承的摩擦学性能试验及摩擦振动试验研究。试验结果表明,温度、转速、载荷、结构等因素对尾轴承的摩擦振动特性有重要的影响,该研究成果对于尾轴承的工程应用具有指导意义。在同样工况条件下,随着温度的上升,摩擦振动逐渐变得明显;随着载荷的增大,摩擦振动也逐渐变得剧烈。应用摩擦力-速度曲线的负阻尼特性能够很好地解释摩擦振动现象,随着转速的增加,摩擦振动只在某一个转速范围内出现,超过这个转速范围,摩擦振动逐渐消失。


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