船舶轴系—油膜—轴承结构系统模态仿真分析

发布时间：2020-04-30 17:16

【摘要】：航运业的发展使得船舶在交通运输中地位凸显,船舶推进系统作为船舶航行的动力系统,其稳定性成为行业关注的对象。目前,研究人员多集中在船舶轴系校中、轴系振动等影响的研究,相对船舶大型化发展,越来越多的实际工程问题越来越复杂化。研究船舶轴系轴承的问题通常要结合转子动力学的相关理论,但大型船舶属于低速转子系统,与转子动力学研究内容并不完全符合,所以结合船舶轴系研究内容并引入转子理论知识,研究船舶轴系轴承的动力学特性。本论文以船舶轴系轴承为研究对象,通过对船舶轴承—油膜的动力学耦合研究方法,进行船舶轴系轴承的油膜力、油膜特性系数以及轴系-油膜-轴承系统的模态分析。首先从理论上推导轴系轴承动力学的量纲关系,其次运用MATLAB和ANSYS软件对所涉及的理论进行仿真分析,最终通过试验台架的实验分析对其理论验证。为船舶动力学系统安全、可靠运行及故障诊断方法提供理论支持。本文主要研究内容如下:1.根据径向滑动轴承的润滑机理,对根据二维Reynolds方程求解,得出分析油膜力的解析公式。并介绍五点差分原理并对Reynolds方程编程的基本原理及思想。分析船舶轴承-油膜-轴承动力学特性参数解析解的数学模型,并讨论船舶轴承几何参数对轴承动力学系数的相关性。2.船舶轴承-油膜-轴承系统属于转子理论范畴,因此应用转子模态的分析理论,对多支撑的理论进行探讨。首先分析单转子的运动学刚度支撑方程,加入油膜力的影响拓展到多支撑转子模态分析。转子模态分析是对船舶轴系稳定性分析的关键,因此在模态理论基础上分析模态振动实验和信号处理原理。3.针对船舶轴承-油膜-轴承系统参数对其动力学特性的影响分析,结合实验室某船型的试验台架,利用MATLAB进行试验台架的数值仿真模拟,分析不同艉轴承的设计间隙的船舶轴系-油膜-轴承系统的动力学参数,同时采用ANSYS workbench进行模态仿真。进一步验证理论,设计模态振动试验,进行试验台架的扭转振动、纵向振动和横向振动分析。
【图文】：

第二章 船舶轴系轴承油膜动力学基础理论舶轴系轴承多是径向滑动轴承，结合润滑机理理论，研究径向滑动轴承olds 方程开始，对船舶轴系轴承的研究则以求解 Reynolds 为目标。船舶会影响轴承油膜压力、油膜力、特性参数的变化影响。船舶轴系轴承的滑机理实分析基础，采用有限长轴承的二维 Reynolds 方程，分析边界求解方程的基础上研究油膜特性的动力学系数，提出艉轴承设计参数对动力学特性影响的定性分析。动轴承的工作原理型船舶轴系轴承要求冲击载荷大使用周期较长以及振动噪声的问题，因动轴承。如图 2-1 所示，径向滑动轴承的基本结构包含轴承盖、油杯座轴瓦和螺栓等，其中轴瓦又存在可倾瓦、椭圆轴瓦以及固定轴瓦，本文船舶轴系轴承属于固定轴瓦的径向滑动轴承。在船舶主机开车状态下轴相对运动，轴颈转动，滑油通过进油孔被轴颈带入到轴承摩擦表面，随度的增加，滑油就在轴承和轴颈两摩擦面之间形成油膜将两个摩擦面分

(a)润滑油运动 (b)滑动轴承状态图 2-2 动压形成原理Figure 2.2 Principle of Dynamic Pressure Formation其该过程如图 2-2((b)所示，设轴颈以角速度 旋转，由于受外载荷 的作用，承中心 和轴颈中心 产生偏心，使得轴承和轴颈之间形成收敛楔和发散楔，当轴旋转带动润滑油从发散区域到收敛区域，沿轴颈旋转方向的间隙由大变小，形成油楔使得润滑油内产生压力，形成油膜[87]。当油膜压力大于重力时，轴颈中心 和轴承心 的偏差变大。此时通过轴颈中心 建立 坐标系。在轴承保持动态平衡时可分析出力的关系。此外， 为油膜厚度，R 为轴承半径， 为轴颈半径，， 是从 长线(偏位线)顺时针方向转至油膜位置的角度。通常油膜间隙的均值等于船舶轴系承的设计间隙。可以从径向滑动轴承的动压原理可知，对于油膜特性的分析，即是Reynolds 方程求解方法的研究。2.2Reynolds 方程求解2.2.1 求解边界的确定
【学位授予单位】：浙江海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.21

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本文编号：2646001