力学大会2015集推进轴系艉轴水润滑橡胶轴承的动态特性

推进轴系艉轴水润滑橡胶轴承的动态特性1，1(1.西安科技大学理学院力学系，西安立了艉轴水润滑橡胶轴承的弹流动力润滑数学模型，其中橡胶体的弹性变形采Winkler假设，并且引油润滑的1/8[3]。[4，考虑了轴承弹性变形[5振[6-7润构工在出;文献[8-13][14[15[16-19]分别采用实验和数值分析方法研究了不同工况不同类型的水润滑橡胶轴承的弹流润滑特性；文[20-21]则综合考虑水润滑橡胶轴承橡胶弹性变形以及其曲面、凹槽等几何结构对流1资助项目：国家自然科学基金资助项目 y x以角速度大小的转速绕轴承中心OO为轴颈中心，偏心距为e，偏位角为y x水润滑橡胶轴承水膜压力的P可表示为(H )d2(H3P)H2

()

Ld为轴颈直径，为时间。与油润滑轴承的金属轴套相比，水润滑橡胶轴承的橡胶衬层变形要大的多。Winkler假设[32]在H6uRl1v12vc31v

压力，l为橡胶内部衬层的厚度，E为橡胶材料的弹性模量，c为轴承绝对间隙，v为泊松比。橡胶轴承的水膜厚度包括轴承与转子间的间隙和橡胶材料的变形。以轴承间隙c为特征长度进H1cos(

2格划分示意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 考虑自然破裂边界条件，由式（4）可求得各个节点的Pij，再通过积分可求得水膜力FRxFRy3为水润滑橡胶轴承的受力图，其中FRxFRy分别表示水膜力在xy坐标轴上的分力

x yx

0 FRy 0

FRy x y

FRy

FRx,

FRx,

FRy,

Rx,

Rx,

Ry xx

11静平衡位置，当给定位移扰动x，轴颈位置移动到O，此时偏心距变为e，偏位角变为 理当给定位移扰动x，轴颈位置移动到O，此时偏心距变为e，偏位角变为。e与可以按照余弦定理求得e

,arcosecose

4颈受位移扰动 方程求解无量纲压力P1，积分得Fx,Fy；同理取xH2P2Fx,Fy。

x Fxx

22同理取无量纲y，可得KxyKyy。取速度扰动x，此时厚度H的表达式不 xP5Fx, xP6Fx,

Fx Fy则 Cxx 2

Cyx 2

同理取y，可得CyxCyy。其中无量纲位移扰动量和无量纲速度扰动量均取0.011承参轴颈的转速

无量纲阻尼无量纲阻尼系无量纲刚度系0- 偏心

0- 图5无量纲阻尼随偏心率变 图6无量纲刚度随偏心率变

无量纲阻尼无量纲阻尼系无量纲刚度系0-

无量纲承载

0-

无量纲承载图7无量纲阻尼随承载力变 图8无量纲刚度随承载力变与阻尼系数增大，y方向的主阻尼与主刚度与其他方向相比增加幅度更加显著。均匀开6个V型沟槽，沟槽宽度为圆周的1/60，其余参数同上，计算结果如图9-12所示：无量无量纲阻尼系0-

无量无量纲刚度系0---- 偏心图9无量纲阻尼随偏心率变 图10无量纲刚度随偏心率变0.1无量无量纲阻尼系0-

无量纲承载

无量无量刚度系0----

无量纲承载图11无量纲阻尼随承载力变 图12无量纲刚度随承载力变11-12可以看出，沟槽破坏了水膜的连续性进而影响到轴承的动态特性系数，与全圆周轴 ,,王家序.水润滑轴承的研究现状及展望.润滑与密封,2004,5:124- ,帅长庚,,,.橡胶轴承耦合转子系统动力学研究.噪声与振动控制,2011,37- ,,郑.船舶艉管轴承内部流场数值分析.船舶工程,2006,28(3):26- 起,,.长重载径向轴承润滑力学问题数值解.西安交通大学学报,1982,16(2):119- ,.动载滑动轴承润滑状况的预测-弹性流体动力润滑理论的应用.内燃机学报,1983,47- ,,等.水润滑橡胶轴承设计研究.润滑与密封,2003,(2):21- 姚世卫,,等.橡胶轴承研究进展及在舰艇上的应用分析.舰船科学技术,2008,(27):27- ,,考虑轴颈倾斜的径向滑动轴承动态特性研究.船海工程.2008,37(5):54- ,,等,计入艉轴倾角的船舶艉轴承液膜压力分布计算.理工大学学报.2009,111-10,王家序,.基于ANSYS多物理场的水润滑轴承的数值分析.机械设计.2010,27(10):93-11,,.船舶艉管轴承润滑流场数值分析.润滑与密封.2007,32(2):145-12,,郑.船舶艉管轴承内部流场数值分析.船舶工程.2006,28(3):26-13,,等.船舶尾轴承倾斜计算分析研究.中国舰船研究.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,,.含沟槽结构的水润滑橡胶轴承三维弹流润滑分析.郑州大学学报(工学版2012,33(6):79-21,,.导水槽结构对水润滑滑动轴承水膜压强影响分析.东华大学学报(自然科学版2012,38(5):509-22,王家序,,.船舶水润滑橡胶轴承润滑特性研究.中国造船.2013,54(4):72-23,王家序,,,.多沟槽水润滑橡胶合金轴承润滑特性研究.2013,33(6):631-24,孟,,.多沟槽水润滑橡胶轴承水膜力的无线电测试方法.西安交通大学学报2013,47(3):1-25,,.水润滑橡胶轴承板条设计参数分析.船舶科学技术.2013,35(3):126-26,王家序,,,阳,.水润滑橡胶轴承动态刚度和阻尼测试方法研究.大学学报(工程科学版).2014,46(3):194-19827,孟,,.水润滑橡胶轴承特性仿真与试验研究.机械工程学报.50(13):114-28锋,王家序,,程.橡胶层厚度对水润滑轴承润滑性能的影响.润滑与密封.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