力學(xué)大會(huì)2015集推進(jìn)軸系艉軸水潤(rùn)滑橡膠軸承的動(dòng)態(tài)特性

推進(jìn)軸系艉軸水潤(rùn)滑橡膠軸承的動(dòng)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(rùn)滑橡膠軸承的彈流動(dòng)力潤(rùn)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(rùn)滑的1/8[3]。[4，考慮了軸承彈性變形[5振[6-7潤(rùn)構(gòu)工在出;文獻(xiàn)[8-13][14[15[16-19]分別采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析方法研究了不同工況不同類型的水潤(rùn)滑橡膠軸承的彈流潤(rùn)滑特性；文[20-21]則綜合考慮水潤(rùn)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(duì)流1資助項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)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(rùn)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(shí)間。與油潤(rùn)滑軸承的金屬軸套相比，水潤(rùn)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(duì)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(zhǎng)度進(jìn)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(gè)節(jié)點(diǎn)的Pij，再通過積分可求得水膜力FRxFRy3為水潤(rùn)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(dòng)x，軸頸位置移動(dòng)到O，此時(shí)偏心距變?yōu)閑，偏位角變?yōu)? 理當(dāng)給定位移擾動(dòng)x，軸頸位置移動(dòng)到O，此時(shí)偏心距變?yōu)閑，偏位角變?yōu)椤與可以按照余弦定理求得e

,arcosecose

4頸受位移擾動(dòng) 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(dòng)x，此時(shí)厚度H的表達(dá)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(dòng)量和無量綱速度擾動(dòng)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(gè)V型溝槽，溝槽寬度為圓周的1/60，其余參數(shù)同上，計(jì)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(jìn)而影響到軸承的動(dòng)態(tài)特性系數(shù)，與全圓周軸 ,,王家序.水潤(rùn)滑軸承的研究現(xiàn)狀及展望.潤(rùn)滑與密封,2004,5:124- ,帥長(zhǎng)庚,,,.橡膠軸承耦合轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究.噪聲與振動(dòng)控制,2011,37- ,,鄭.船舶艉管軸承內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值分析.船舶工程,2006,28(3):26- 起,,.長(zhǎng)重載徑向軸承潤(rùn)滑力學(xué)問題數(shù)值解.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào),1982,16(2):119- ,.動(dòng)載滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑狀況的預(yù)測(cè)-彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論的應(yīng)用.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),1983,47- ,,等.水潤(rùn)滑橡膠軸承設(shè)計(jì)研究.潤(rùn)滑與密封,2003,(2):21- 姚世衛(wèi),,等.橡膠軸承研究進(jìn)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(dòng)軸承動(dòng)態(tài)特性研究.船海工程.2008,37(5):54- ,,等,計(jì)入艉軸傾角的船舶艉軸承液膜壓力分布計(jì)算.理工大學(xué)學(xué)報(bào).2009,111-10,王家序,.基于ANSYS多物理場(chǎng)的水潤(rùn)滑軸承的數(shù)值分析.機(jī)械設(shè)計(jì).2010,27(10):93-11,,.船舶艉管軸承潤(rùn)滑流場(chǎng)數(shù)值分析.潤(rùn)滑與密封.2007,32(2):145-12,,鄭.船舶艉管軸承內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值分析.船舶工程.2006,28(3):26-13,,等.船舶尾軸承傾斜計(jì)算分析研究.中國(guó)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(rùn)滑橡膠軸承三維彈流潤(rùn)滑分析.鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版2012,33(6):79-21,,.導(dǎo)水槽結(jié)構(gòu)對(duì)水潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承水膜壓強(qiáng)影響分析.東華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版2012,38(5):509-22,王家序,,.船舶水潤(rùn)滑橡膠軸承潤(rùn)滑特性研究.中國(guó)造船.2013,54(4):72-23,王家序,,,.多溝槽水潤(rùn)滑橡膠合金軸承潤(rùn)滑特性研究.2013,33(6):631-24,孟,,.多溝槽水潤(rùn)滑橡膠軸承水膜力的無線電測(cè)試方法.西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)2013,47(3):1-25,,.水潤(rùn)滑橡膠軸承板條設(shè)計(jì)參數(shù)分析.船舶科學(xué)技術(shù).2013,35(3):126-26,王家序,,,陽(yáng),.水潤(rùn)滑橡膠軸承動(dòng)態(tài)剛度和阻尼測(cè)試方法研究.大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版).2014,46(3):194-19827,孟,,.水潤(rùn)滑橡膠軸承特性仿真與試驗(yàn)研究.機(jī)械工程學(xué)報(bào).50(13):114-28鋒,王家序,,程.橡膠層厚度對(duì)水潤(rùn)滑軸承潤(rùn)滑性能的影響.潤(rùn)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