水润滑螺旋阶梯腔动静压艉轴承的有限元分析

发布时间：2020-07-22 01:55

【摘要】：船舶艉轴承是船舶艉管推进系统至关重要的一部分,作为动力系统内外交换的关键枢纽,螺旋桨的性能与艉轴承的润滑特性有着密切的关系。所以设计研发新型结构的船舶艉轴承,对提高轴系系统的传动效率,改善艉轴承润滑效果,延长其疲劳寿命具有十分重要的意义。本文设计研发了一种新型艉轴承-螺旋阶梯腔动静压轴承,首先对新型轴承进行了流体特性分析,以确保结构的可行性。其次,系统地分析了新型轴承的各个结构参数对其静力学性能的影响;再之,对新型轴承进行模态分析和谐响应分析,探究其振动特性。最后,运用正交试验法与控制变量法相结合的设计方法,建立艉轴与轴承装配模型,对其进行非线性接触分析,并进行极差分析得到各结构参数对其力学性能的灵敏度分布。1)建立螺旋阶梯腔动静压轴承与传统型动静压轴承三维模型,并导入ANSYS Workbench抽取流体域,在ICEM中划分六面体网格,运用Fluent对其进行流体仿真,对比分析二者在承载性能上的差别。之后对新型轴承进行了流固耦合分析,以探究水膜压力对橡胶内衬力学性能的影响。2)综合考虑了新型轴承腔长、腔数、螺旋角、深浅腔比例、进/出水孔直径等结构参数,运用ANSYS Workbench对其进行了静力学分析,初步探究了各结构参数对其应力、应变、位移等的影响规律。3)针对螺旋桨在运转过程中会产生冲击载荷这一情况,运用ANSYS Workbench对其进行了模态分析和谐响应分析,深入研究了轴承各振型的变化规律,并且探究了在各特征频率下轴承应力和位移的响应关系,为避免发生共振现象提供理论指导。4)针对螺旋桨在运转过程中会产生“边缘效应”这一情况,综合考虑了轴承各结构参数之间的交互作用和橡胶材料的非线性,运用正交试验法和控制变量法建立艉轴与轴承的装配模型,对其进行接触分析。基于接触分析的结果,对其进行极差分析,得到各结构参数对其力学性能的影响规律,并探究了其他单一因素对轴承接触性能的影响,为提高轴承的力学性能和改善艉轴承接触区的实际工作状况,提供有效的借鉴。
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U661
【图文】：

滑动轴承,艉轴承

青岛理工大学工学硕士学位论文重要的作用。船舶艉轴承属于滑动轴承的一种，主要运用在舰船螺旋桨尾端起到润滑以及承载的作用。传统意义上的滑动轴承材料大多采用巴氏合金、铸锡青铜、稀有金属等减摩耐磨性能较好的贵重金属[2]，而且大多采用各种类型的矿物油作为润滑介质。非金属材料的滑动轴承大多采用耐磨耐腐蚀性能较好的工业塑料和橡胶制作而成。二者在承载性能上各有优势，但是作为滑动轴承，摩擦副在运转过程中不可避免地造成振动冲击、摩擦磨损、振动噪声、对中性差等一系列问题。尤其是船舶艉轴承，在启停过程中，往往处于干摩擦或者混合润滑状态，造成衬套粘着磨损，甚至产生烧蚀现象，造成艉轴承寿命减少。因此，设计开发一种高性能的承载型艉轴承成为了现在航海事业迫在眉睫的问题。

示意图,船舶轴系,艉轴承,示意图

键结构部件[12]，其性能在很大程度上决定了螺旋桨的性能。因此，有必要对艉轴承的振动机理进行探究，缩短艉轴承的研发周期，为国家的军事发展做出贡献。在轴承材料、润滑机理以及求解算法等方面，水润滑动静压滑动轴承已经取得了很大的进步[13-16]，而对于新型水润滑动静压艉轴承的型腔结构研究却鲜有人涉及，因此设计开发新型型腔结构对于工程实际具有重要的意义，同时也将是艉轴承未来探索发展的风向标。故本文以水润滑螺旋阶梯腔艉轴承为研究对象，运用有限元法，基于有限元软件 ANSYS 平台，对新型水润滑型腔结构的各个参数以及结构优化等进行全面的分析，对艉轴承的设计开发提供依据，为促进新型型腔结构在工业上的实际应用做出贡献。1.2 船舶艉轴承的研究进展1.2.1 船舶艉轴承简介

剖面图,艉轴承,剖面图,橡胶内衬

承由橡胶内衬和外圈钢套构成。在橡胶内衬的内部，分别开设浅腔腔体，且在深腔的中部，开设有进水孔，以便供水装置注为减少计算量，对艉轴承几何模型进行适当的简化，图 2.1 为艉图，表 2.1 为艉轴承结构参数。

【参考文献】