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船舶尾轴承水润滑特性数值计算与试验研究

作　者: 刘琴华
导　师: 刘正林
学　校: 武汉理工大学
专　业: 船舶与海洋环境保护
关键词: 尾轴承接触分析开槽倾斜弹流润滑
分类号: U664.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 201次
引　用: 3次
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内容摘要

船舶尾轴承的摩擦状态是一个从干摩擦、半干摩擦、边界润滑到完全流体润滑的过程。启动时轴承容易产生干摩擦接触,对于接触问题,目前大多采用有限元方法进行分析。在稳定运转工况下(完全液体润滑),大多假定轴承材料为刚性体,而现代滑动轴承在向高速重载方向发展,产生很高的水膜压力,且薄壁轴瓦的兴起和轴承材料有向低弹性模量发展的趋势,使得轴承的弹性变形不容忽视。本文从流体的基本微元体出发,基于流量平衡和动量守恒原理推导了流体连续性方程和适用于直角坐标系的三维雷诺方程,给出了轴承开槽、尾轴倾斜、弹流润滑轴承水膜厚度的数学模型。通过对轴承接触状态的分析研究,得出不同载荷和摩擦因数对轴承接触应力分布和接触变形量的影响。计算结果表明:轴承与轴接触表面,在动摩擦作用下接触处于不对称状态。且动摩擦状态下轴承的摩擦因数越大,接触偏移量越多。稳定运转工况下,轴承与轴颈被动压水膜分开,摩擦接触减小。基于雷诺方程求解的基本流程,计算了不同开槽结构轴承的压力分布特性、不同倾斜状况轴承的压力分布特性,并对不同载荷、不同转速下轴承的压力分布特性进行比较研究,得出了一系列橡胶轴承在水润滑条件下的润滑特性。考虑材料弹性模量因素的影响,求解了水润滑橡胶轴承弹流润滑模型,并与刚性假设的流体润滑理论计算结果比较。计算结果表明:同种载荷条件下,轴承材料弹性模量越小,轴颈偏心越大,水膜厚度越大。在橡胶尾轴承的台架上开展试验,测试了不同工况下轴承的摩擦因数,并与数值计算结果进行对比,测试结果表明:理论计算与试验结果比较吻合,验证了润滑分析数值计算结果的正确性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-20
  1.1 船舶尾轴承简介  9-10
  1.2 水润滑尾轴承特点  10-11
  1.3 水润滑轴承国内外研究现状  11-16
    1.3.1 轴承动压润滑理论国内外研究现状  11-13
    1.3.2 弹流润滑国内外研究现状  13-15
    1.3.3 轴承接触问题的研究现状和发展过程  15-16
  1.4 船舶尾轴承摩擦磨损试验研究  16-18
  1.5 研究的目的和意义  18-19
  1.6 本文的主要研究内容和技术路线  19
  1.7 本章小结  19-20
第2章船舶尾轴承接触分析研究  20-28
  2.1 弹性接触条件  20-21
  2.2 尾轴承有限元静态接触计算模型  21-24
    2.2.1 橡胶材料的数学模型  21
    2.2.2 接触方式的选择  21-22
    2.2.3 接触算法的选择  22
    2.2.4 模型的建立  22-24
  2.3 尾轴承静态接触下计算结果与分析  24-25
  2.4 尾轴承静态接触时载荷影响  25-26
  2.5 尾轴承动态接触时动摩擦因数影响  26-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章尾轴承的动压润滑研究理论基础  28-38
  3.1 尾轴承动压流体润滑理论  28-33
    3.1.1 流体动力润滑的形成机理  28-29
    3.1.2 数学模型  29-33
  3.2 刚性滑动轴承雷诺方程数值求解步骤  33-36
  3.3 流体润滑特性数值分析计算流程  36-38
第4章船舶尾轴承润滑特性数值分析  38-62
  4.1 前言  38
  4.2 数值计算参数  38-39
  4.3 载荷的影响  39-44
    4.3.1 液膜边界条件选取  39-40
    4.3.2 偏位角  40
    4.3.3 轴承承载能力的计算  40-41
    4.3.4 数值计算结果与分析  41-44
  4.4 线速度的影响  44-46
    4.4.1 不同线速度下轴承润滑特性计算结果与分析  44-46
  4.5 不同载荷与线速度对轴承摩擦因数的影响  46-47
    4.5.1 摩擦因数计算式  46
    4.5.2 计算结果与分析  46-47
  4.6 水槽数量对轴承润滑特性的影响  47-51
    4.6.1 开槽轴承膜厚阶梯变化处膜厚差分处理  47-49
    4.6.2 数值计算结果与分析  49-51
  4.7 尾轴倾斜对轴承的润滑性能的影响计算  51-55
  4.8 弹性变形对润滑特性的影响  55-61
    4.8.1 弹性变形方程判别式  55
    4.8.2 有限元法求解橡胶弹性变形影响系数  55-58
    4.8.3 计算实例与结果分析  58-61
  4.9 本章小结  61-62
第5章水润滑尾轴承摩擦试验研究  62-67
  5.1 前言  62
  5.2 船舶尾轴承试验台装置  62-63
  5.3 性能试验  63-65
  5.4 试验结果与数值计算结果对比  65-66
  5.5 本章小结  66-67
第6章结论  67-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研情况  72

船舶尾轴承水润滑特性数值计算与试验研究

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