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船舶螺旋桨轴振动与润滑耦合理论和试验研究

朱汉华  
【摘要】:螺旋桨轴是船舶推进系统中的关键组成部件,由于它所受到的载荷多而 不稳定、轴线弯曲变形严重、轴线对中后难以保证合理状态以及惯性质量大 的船舶主机和螺旋桨安装在润滑支承轴承的外侧等受力和结构特点,所以在 外界干扰力作用下它容易发生振动和润滑油膜的振荡,产生多种故障,因此, 关于船舶螺旋桨轴运行的稳定性和可靠性的研究对船舶设计和建造具有重要 的理论意义。 本文以船舶螺旋桨轴为研究对象,从螺旋桨轴的受力与变形分析、轴承 的动态润滑参数计算、螺旋桨轴在轴承油膜耦合条件下的频率和振型计算、 轴承油膜支承条件下螺旋桨轴轴颈的非线性动力分析、油膜耦合条件下冲击 载荷引起的螺旋桨轴弯曲与扭转振动耦合分析以及试验验证等六个方面开展 研究,通过研究得到如下几点结论: 1.螺旋桨轴受到船舶主机的驱动力矩和回转惯性力、轴承油膜支承力、 螺旋桨的推进力和阻力矩以及轴和螺旋桨的自重等多个力和力矩的作用,这 些载荷波动而不稳定,引起轴线弯曲变形,使轴线存在质量偏心,在回转运 动中易于激起轴的振动,易于产生螺旋桨轴的振动和轴承油膜润滑的失效等 故障,因此保持载荷的稳定和减小轴线弯曲可以有效抑制轴的振动。 2.螺旋桨轴承油膜的支承能力、动念刚度阻尼系数和轴颈中线与轴承中 线之间的夹角、轴颈中心的偏心率密切相关,从计算结果的曲线变化趋势可 以得到以下两点结论:(1)中线之问央角和轴颈中心偏心率与螺旋桨轴承润 滑特性参数呈较强的非线性关系,随着夹角和偏心率的增大,它们均能增大 轴承的油膜力、单方向上的刚度和阻尼系数,减小交叉阻尼系数,而对交叉 刚度的影响有增有减;(2)偏心率对轴承润滑特性的影响比轴颈中线与轴承 中线之间央角对轴承润滑性能的影响更强烈。 3.螺旋桨轴的各阶振动频率和振型与轴的回转速度相关,随着转速的提 高,轴承润滑油膜刚度降低,轴的各阶振动频率降低,振型也相应变化。但 油膜刚度改变对各阶振动频率的影响不同,从计算得到的数据表可以看出, 油膜刚度变化对低阶振动频率影响较大,而对高阶振动频率影响较小。


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