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船舶尾轴尾轴承间的润滑与碰摩特性研究

作　者: 杨令康
导　师: 朱汉华
学　校: 武汉理工大学
专　业: 轮机工程
关键词: 转子系统碰摩非线性分岔混沌
分类号: U664.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

船舶尾轴作为船舶推进轴系的一个重要组成部分,尾轴管轴承不仅支承着尾轴自身的重力还支承着船体外悬挂螺旋桨的巨大重量,所以尾轴承是船舶轴系中负荷最大的轴承之一。如今,随着船舶吨位的不断增加,船舶尾轴和螺旋桨的重力作用也不断加大使得尾轴常常发生挠曲现象,这会给尾轴承造成很大的边缘负荷影响甚至破坏尾轴承与轴颈之间的良好润滑状态。同时,在船舶轴系的运行过程中,由于船舶轴系的不对中或者弯曲,使得尾轴的运动振幅增大,当其振幅超过尾轴承与轴颈之间的间隙时,便引起轴承与轴颈之间的碰撞与摩擦,简称碰摩。碰摩是大型旋转机械常见故障现象之一,碰摩能使尾轴管轴承支承磨损、轴承与轴颈之间的间隙增大,甚至导致船舶推进轴系故障,影响船舶的安全可靠营运。本文以船舶尾轴作为研究对象,建立了船舶尾轴在油膜力、密封力和碰摩力耦合作用下的Jeffcott转子动力学模型,主要就尾轴承与尾轴颈之间的碰摩故障行为进行了研究。文章内容安排如下：(1)根据非线性动力学理论,介绍了分岔和混沌的相关基础理论知识,给出了碰摩转子系统常用的研究方法：时域波形图、功率谱图、轴心轨迹图、相平面图、分岔图和Poincare图等相关内容。(2)借助流体动力润滑理论的相关知识就径向滑动轴承的承载机理进行了分析,按照库仑摩擦定律推导出碰摩力数学表达式,用一个简单的Jeffcott转子作为研究对象,给出了单圆盘转子的运动方程。(3)建立两端由滑动轴承支承的Jeffcott转子动力学模型,给出了系统动力学方程,用数值仿真的方法获得了不同激励频率下转子系统的分岔响应图形,后得出了不同激励频率下转子系统的时程图、功率谱图、轴心轨迹图和庞加莱映射图。运用数值积分的方法,得出了碰摩刚度kc在0～2×107变化范围内的碰摩转子系统响应分岔图。当碰摩刚度较小时,局部碰撞产生的作用力较小,系统响应主要受非线性油膜力和密封力的影响,随着碰摩刚度kc的不断增加并接近或者超过油膜力和密封力的作用时,系统逐渐表现出不同的非线性动力学特征,出现倒分岔现象。以上对转子碰摩故障非线性动力学特性的全面分析,可以为如船舶尾轴这类大型旋转机械的碰摩故障诊断提供一定理论参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-22
  1.1 课题的提出及意义  9-10
  1.2 转子动力学研究概述  10-12
  1.3 碰摩转子系统研究概述  12-20
    1.3.1 碰摩故障简介  13
    1.3.2 转子碰摩故障机理  13-14
    1.3.3 碰摩转子的非线性动力学研究现状  14-20
  1.4 论文内容安排  20-22
第2章非线性动力学系统及数值分析方法  22-35
  2.1 非线性动力学系统的特点  22-23
  2.2 状态空间  23
  2.3 分岔概述  23-26
    2.3.1 分岔点与极限点  23-25
    2.3.2 离散动力系统的分岔  25-26
  2.4 混沌  26-28
    2.4.1 混沌概述  26-27
    2.4.2 混沌运动的基本特征  27
    2.4.3 通向混沌的途径  27-28
  2.5 碰摩转子系统常用的描述方法  28-30
  2.6 碰摩转子系统非线性动力学行为的数值分析方法  30-34
    2.6.1 非线性振动的三种理论研究方法  30-31
    2.6.2 龙阁-库塔法(Runge-Kutta)  31-34
  2.7 本章小结  34-35
第3章船舶尾轴承润滑理论及动力学碰摩模型  35-48
  3.1 径向滑动轴承承载机理  35-36
  3.2 非线性油膜力的研究  36-44
    3.2.1 Reynolds方程的简化  37
    3.2.2 油膜压力的边界条件  37-38
    3.2.3 Reynolds方程的求解方法  38-40
    3.2.4 短轴承油膜力模型  40-43
    3.2.5 长轴承油膜力模型  43-44
  3.3 碰摩转子系统的动力学模型建立  44-47
    3.3.1 接触碰撞物体的建模  44-45
    3.3.2 碰摩转子运动方程式的推导  45-47
  3.4 本章小结  47-48
第4章转子-轴承系统的润滑与碰摩特性分析  48-62
  4.1 转子-轴承系统碰摩的动力学模型和运动微分方程  48-51
  4.2 轴承-转子碰摩的动力学特性分析  51-60
    4.2.1 激励频率ω对碰摩转子系统响应的影响  51-54
    4.2.2 激励频率ω对轴颈的动力学特性的影响  54-57
    4.2.3 碰摩刚度kc对转子系统响应的影响  57-60
  4.3 本章小结  60-62
第5章总结与展望  62-64
  5.1 总结  62-63
  5.2 展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
攻读硕士学位期间发表的学术论文  69

船舶尾轴尾轴承间的润滑与碰摩特性研究

内容摘要

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