力學(xué)大會2015集推進軸系艉軸水潤滑橡膠軸承的動態(tài)特性

推進軸系艉軸水潤滑橡膠軸承的動態(tài)特性1，1(1.西安科技大學(xué)理學(xué)院力學(xué)系，西安立了艉軸水潤滑橡膠軸承的彈流動力潤滑數(shù)學(xué)模型，其中橡膠體的彈性變形采Winkler假設(shè)，并且引油潤滑的1/8[3]。[4，考慮了軸承彈性變形[5振[6-7潤構(gòu)工在出;文獻[8-13][14[15[16-19]分別采用實驗和數(shù)值分析方法研究了不同工況不同類型的水潤滑橡膠軸承的彈流潤滑特性；文[20-21]則綜合考慮水潤滑橡膠軸承橡膠彈性變形以及其曲面、凹槽等幾何結(jié)構(gòu)對流1資助項目：國家自然科學(xué)基金資助項目 y x以角速度大小的轉(zhuǎn)速繞軸承中心OO為軸頸中心，偏心距為e，偏位角為y x水潤滑橡膠軸承水膜壓力的P可表示為(H )d2(H3P)H2

()

Ld為軸頸直徑，為時間。與油潤滑軸承的金屬軸套相比，水潤滑橡膠軸承的橡膠襯層變形要大的多。Winkler假設(shè)[32]在H6uRl1v12vc31v

壓力，l為橡膠內(nèi)部襯層的厚度，E為橡膠材料的彈性模量，c為軸承絕對間隙，v為泊松比。橡膠軸承的水膜厚度包括軸承與轉(zhuǎn)子間的間隙和橡膠材料的變形。以軸承間隙c為特征長度進H1cos(

2格劃分示意APi1,jBPi1,jCPi,j1DPi,j1EPi,jFi, H , H , d2()2H i, i+1/2, i, i1/2, i, l

i,j d2(

, B+B i, i,j1/ i, i, i, i, i, Hi1,jHi1,j2xsinycosH i,j 考慮自然破裂邊界條件，由式（4）可求得各個節(jié)點的Pij，再通過積分可求得水膜力FRxFRy3為水潤滑橡膠軸承的受力圖，其中FRxFRy分別表示水膜力在xy坐標(biāo)軸上的分力

x yx

0 FRy 0

FRy x y

FRy

FRx,

FRx,

FRy,

Rx,

Rx,

Ry xx

11靜平衡位置，當(dāng)給定位移擾動x，軸頸位置移動到O，此時偏心距變?yōu)閑，偏位角變?yōu)? 理當(dāng)給定位移擾動x，軸頸位置移動到O，此時偏心距變?yōu)閑，偏位角變?yōu)?。e與可以按照余弦定理求得e

,arcosecose

4頸受位移擾動 方程求解無量綱壓力P1，積分得Fx,Fy；同理取xH2P2Fx,Fy。

x Fxx

22同理取無量綱y，可得KxyKyy。取速度擾動x，此時厚度H的表達式不 xP5Fx, xP6Fx,

Fx Fy則 Cxx 2

Cyx 2

同理取y，可得CyxCyy。其中無量綱位移擾動量和無量綱速度擾動量均取0.011承參軸頸的轉(zhuǎn)速

無量綱阻尼無量綱阻尼系無量綱剛度系0- 偏心

0- 圖5無量綱阻尼隨偏心率變 圖6無量綱剛度隨偏心率變

無量綱阻尼無量綱阻尼系無量綱剛度系0-

無量綱承載

0-

無量綱承載圖7無量綱阻尼隨承載力變 圖8無量綱剛度隨承載力變與阻尼系數(shù)增大，y方向的主阻尼與主剛度與其他方向相比增加幅度更加顯著。均勻開6個V型溝槽，溝槽寬度為圓周的1/60，其余參數(shù)同上，計算結(jié)果如圖9-12所示：無量無量綱阻尼系0-

無量無量綱剛度系0---- 偏心圖9無量綱阻尼隨偏心率變 圖10無量綱剛度隨偏心率變0.1無量無量綱阻尼系0-

無量綱承載

無量無量剛度系0----

無量綱承載圖11無量綱阻尼隨承載力變 圖12無量綱剛度隨承載力變11-12可以看出，溝槽破壞了水膜的連續(xù)性進而影響到軸承的動態(tài)特性系數(shù)，與全圓周軸 ,,王家序.水潤滑軸承的研究現(xiàn)狀及展望.潤滑與密封,2004,5:124- ,帥長庚,,,.橡膠軸承耦合轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)研究.噪聲與振動控制,2011,37- ,,鄭.船舶艉管軸承內(nèi)部流場數(shù)值分析.船舶工程,2006,28(3):26- 起,,.長重載徑向軸承潤滑力學(xué)問題數(shù)值解.西安交通大學(xué)學(xué)報,1982,16(2):119- ,.動載滑動軸承潤滑狀況的預(yù)測-彈性流體動力潤滑理論的應(yīng)用.內(nèi)燃機學(xué)報,1983,47- ,,等.水潤滑橡膠軸承設(shè)計研究.潤滑與密封,2003,(2):21- 姚世衛(wèi),,等.橡膠軸承研究進展及在艦艇上的應(yīng)用分析.艦船科學(xué)技術(shù),2008,(27):27- ,,考慮軸頸傾斜的徑向滑動軸承動態(tài)特性研究.船海工程.2008,37(5):54- ,,等,計入艉軸傾角的船舶艉軸承液膜壓力分布計算.理工大學(xué)學(xué)報.2009,111-10,王家序,.基于ANSYS多物理場的水潤滑軸承的數(shù)值分析.機械設(shè)計.2010,27(10):93-11,,.船舶艉管軸承潤滑流場數(shù)值分析.潤滑與密封.2007,32(2):145-12,,鄭.船舶艉管軸承內(nèi)部流場數(shù)值分析.船舶工程.2006,28(3):26-13,,等.船舶尾軸承傾斜計算分析研究.中國艦船研究.2011,6(3):60-CabreraDL,AllansonDR,TridimasYD,etal.Filmpressuredistributioninwater-lubricatedrubberjournalbearings.ProceedingsoftheInstitutionofMechanicalEngineers,PartJ:JournalofEngineeringTribology.2005,219(2):125-132AlexdeKraker,RonAJvanOstayen,DanielJ.Rixen.CalculationofStribeckcurvesfor(water)lubricatedjournalbearings.TribologyInternational.2007,40:459-469rubberbearings.AdvancedMaterialsResearch,2011,291-294:1454-1457WangYou-Qiang.Numericalsimulationofwater-lubricatedrubber/chromiumcoatingpairtest.AdvancedMaterialsResearch,2012,502:351-354ZhaoHui,WangYouQiang.Theelastohydrodynamiclubricationysisofstarvedwater-lubricatedrubberbearing.AppliedMechanicsandMaterials,2012,182-183:1529-1532WangJiaxu,HuaXijin,XiaoKe,ZhuJuanjuan.Two-dimensionalstudyoflubricationmechanismofwater-lubricatedrubberalloybearing.InternationalJournalofComputerApplicationsinTechnology,2011,40(1):98-10620,王家序,,.含溝槽結(jié)構(gòu)的水潤滑橡膠軸承三維彈流潤滑分析.鄭州大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版2012,33(6):79-21,,.導(dǎo)水槽結(jié)構(gòu)對水潤滑滑動軸承水膜壓強影響分析.東華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版2012,38(5):509-22,王家序,,.船舶水潤滑橡膠軸承潤滑特性研究.中國造船.2013,54(4):72-23,王家序,,,.多溝槽水潤滑橡膠合金軸承潤滑特性研究.2013,33(6):631-24,孟,,.多溝槽水潤滑橡膠軸承水膜力的無線電測試方法.西安交通大學(xué)學(xué)報2013,47(3):1-25,,.水潤滑橡膠軸承板條設(shè)計參數(shù)分析.船舶科學(xué)技術(shù).2013,35(3):126-26,王家序,,,陽,.水潤滑橡膠軸承動態(tài)剛度和阻尼測試方法研究.大學(xué)學(xué)報(工程科學(xué)版).2014,46(3):194-19827,孟,,.水潤滑橡膠軸承特性仿真與試驗研究.機械工程學(xué)報.50(13):114-28鋒,王家序,,程.橡膠層厚度對水潤滑軸承潤滑性能的影響.潤滑與密封.2014,65-ST.StrengthofMaterials:Advancedtheoryandproblems[G].D.VanNostrand,ConwayHDLH.Theysisofthelubricationofaflexiblejournalbearing[J].JournalofLubricationTechnology,1975,(97):599-604STUDYONTHEDYNAMICCHARACTERISTICSOFWATERLUBRICATEDRUBBERBEARINGOFPROPULSIONSHAFTINGSTERNShiYongfeng1，Li(1.DepartmentofMechanics,Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an Thedynamicbehaviorsoflargeshippropulsionshaftingarecloselyrelatedtothedynamiccharacteristicsofwaterlubricatedrubberbearing.Itiswidelyusedincivilandmilitarymarinepropulsionsystem,thusresearchingthedynamiccharacteristicsofwaterlubricationrubberbearingshouldbeofgreatsignificance.Thedamandstiffnessofwaterlubricatedrubberbearingofpropulsionshaftingsternshaftisdiscussedinthispaper.Firstly,themathematicalmodelofelastohydrodynamiclubricationofwaterlubricatedrubberbearingofsternshaftisbuiltbasedonthetheoryofhydrodynamiclubricationandelasticdeformation,inwhichtheelasticdeformationoftherubberbodyadoptsWinklerhypothesis,andequationsareconvertedintodimensionless.Then,ReynoldsequationandelasticdeformationequationarediscretizedusingtheFinitedifferencemethods.Thewaterfilmpressureisobtainedbyover-relaxationitivealgorithmadoptedthecentraldifferenceschemetakentheconsiderationofthewaterfilmboundaryconditionsofnaturalbreakdown.Thewaterfilmpressureofwaterlubricatedrubberbearingisachievedbynumericalintegration.Finally,thedynamiccharacteristicsofwaterlubricatedrubberbearingare