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水润滑尾轴承流固耦合仿真及结构优化研究

作　者: 戴明城
导　师: 刘正林
学　校: 武汉理工大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 水润滑尾轴承流固耦合水膜平行区水膜二次压力峰值水囊
分类号: U664.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

水润滑尾轴承是船舶推进装置的重要部件。与普通油润滑滑动轴承相比,水润滑尾轴承基本无污染、安全、成本低、辅助装置少、使用和维修方便。开展水润滑尾轴承的研究并大力推广应用,这对于发展“绿色航运”具有重要的理论意义和工程应用价值。文中以船舶水润滑橡胶尾轴承为研究对象,开展了有限元流固耦合、接触特性等方面的理论研究,探讨了不同材料、工况参数以及结构参数对水润滑橡胶轴承润滑机理的影响规律。论文的主要工作和研究结论如下：1.应用ADINA软件建立了水润滑橡胶尾轴承单一板条的流固耦合模型。通过仿真计算,分析了水膜近似平行区、二次压力峰值、颈缩以及逆流现象等润滑特征,阐述了水囊形成机理。2.研究了材料、工况和结构参数对水润滑橡胶板条流固耦合润滑性能的影响规律,结果表明：随着橡胶硬度的增加,弹性变形对润滑的有利影响将逐渐消失,当橡胶硬度为75HA时水膜承载量达到最大值；转速是影响弹流润滑水膜厚度及压力分布的重要因素之一；偏心率能间接模拟尾轴承所受载荷；应采用板面半径较大的凹面型橡胶板条,轴承的设计比压越大,板面半径就应越大,甚至可为平面型；橡胶厚度在3～10mm间有一个最优值,使得橡胶的综合性能较好；当橡胶足够厚时,橡胶与基材的结合面形式对板条性能的影响不大；为了形成较合理的水膜楔角又能有效地全面利用板条长度,应该结合板面半径考虑板条数目。3.探讨了结构对橡胶板条接触性能的影响规律,从板面变形的角度分析水膜楔角、水囊的形成机理。计算结果表明：板面半径较大的凹面型板条具有较好的综合性能；橡胶与基材的结合面形式对板面变形形状影响不大；橡胶较厚时能改善板条的受力状态,却不利于润滑；在轴颈半径为199.2mm时,板条数为20时具有较好的承载能力和润滑性能；基层橡胶不能太软,否则进水口过小且水囊狭长,不利于润滑。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 水润滑尾轴承简介  9
  1.2 国内外研究现状  9-14
    1.2.1 水润滑尾轴承润滑机理的研究  9-11
    1.2.2 水润滑橡胶轴承结构形式研究  11-13
    1.2.3 水润滑橡胶轴承接触研究  13
    1.2.4 水润滑橡胶轴承结构优化研究  13-14
    1.2.5 国内外研究的不足  14
  1.3 课题研究的目的和意义  14-15
  1.4 研究的主要内容、关键技术问题和方法  15-16
第2章水润滑尾轴承流固耦合有限元仿真分析  16-26
  2.1 概述  16
  2.2 水润滑尾轴承的流固耦合数学模型  16-24
    2.2.1 水润滑尾轴承的流固耦合数学模型  17-18
    2.2.2 流体膜和尾轴承结构模型独立网格划分  18-19
    2.2.3 流固耦合系统中的有限元方程  19-21
    2.2.4 流固耦合有限元方程求解方法  21-24
  2.3 橡胶材料模型及参数选择  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章水润滑尾轴承流固耦合润滑性能研究  26-49
  3.1 概述及板条结构参数定义  26
  3.2 水润滑尾轴承流固耦合有限元模型及计算  26-30
    3.2.1 轴承几何模型及网格划分  26-27
    3.2.2 轴承几何边界条件处理  27-28
    3.2.3 尾轴承流固耦合计算结果(算例)  28-30
  3.3 材料参数对水润滑尾轴承润滑性能的影响研究  30-34
    3.3.1 橡胶材料对润滑性能的影响  30-32
    3.3.2 基层材料对润滑性能的影响  32-34
  3.4 工况参数对水润滑尾轴承润滑性能的影响研究  34-39
    3.4.1 轴颈线速度对润滑性能的影响  34-36
    3.4.2 偏心率对润滑性能的影响  36-38
    3.4.3 偏位角对润滑性能的影响  38-39
  3.5 几何参数对流固耦合润滑性能的影响  39-48
    3.5.1 板面内切圆直径对润滑性能的影响  39-41
    3.5.2 橡胶厚度对润滑性能的影响  41-43
    3.5.3 橡胶与基层材料结合面形式对润滑性能的影响  43-45
    3.5.4 板条数目(板面宽度)对润滑性能的影响  45-46
    3.5.5 橡胶硬度差对润滑性能的影响  46-48
  3.6 本章小结  48-49
第4章水润滑尾轴承有限元接触特性分析  49-62
  4.1 水润滑尾轴承的有限元接触模型及计算  49-53
    4.1.1 橡胶轴承有限元接触模型及边界条件处理  49-50
    4.1.2 橡胶轴承接触计算结果  50-53
  4.2 结构形式对水润滑尾轴承接触性能的影响  53-61
    4.2.1 板面半径对接触性能的影响  53-56
    4.2.2 板条橡胶层厚度对接触性能的影响  56-57
    4.2.3 结合面半径对接触性能的影响  57-58
    4.2.4 板条数量(板条宽度)对接触性能的影响  58-60
    4.2.5 双层橡胶板条硬度差对接触性能的影响  60-61
  4.3 本章小结  61-62
第5章总结和展望  62-64
  5.1 结论  62
  5.2 展望  62-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目  68

水润滑尾轴承流固耦合仿真及结构优化研究

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