基于有限元的船舶阻尼型水润滑尾轴承减振与疲劳研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 9次 | 上传用户:qzl11320583407
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船舶后尾轴承是船舶轴系中最靠近螺旋桨的轴承,长期承受因螺旋桨重力悬臂作用导致的“边缘效应”,同时还承受螺旋桨和流场作用的循环交变载荷,因此在轴系的所有轴承中,后尾轴承的工作环境最恶劣,发生疲劳磨损的概率最大,此外,后尾轴承性能优劣还将影响轴系与船体之间的振动传递特性。为了改善后尾轴承的受力状态,提高其使用寿命,优化轴系的工作特性,论文提出在船舶后尾轴承衬套与支座之间安装橡胶-硅油减振器,该结构由含有内腔的橡胶圆筒和充满内腔的硅油组成。论文的主要研究工作及成果如下:(1)从阻尼减振的基本原理出发,分析了阻尼型后尾轴承的基本结构和工作原理,选择了橡胶-硅油减振器中的橡胶材料和硅油材料,介绍了两种材料的特点、性能、优越性和应用场合;(2)建立了阻尼型后尾轴承的刚度和阻尼模型,推导了有限长橡胶圆筒和硅油圆筒的刚度表达式,运用Ansys软件研究了阻尼型后尾轴承的刚度特性及其影响因素。基于牛顿内摩擦公式,推导了硅油的粘性阻尼系数的表达式。研究结果表明:阻尼型后尾轴承的刚度特性受橡胶剪切弹性模量、橡胶层厚度和减振器长度因子的影响较大;(3)运用Ansys软件研究了阻尼型轴系的振动特性及其影响因素,包括稳态响应特性和振动功率流特性。研究结果表明:阻尼型轴系的共振振幅均小于普通轴系,且随后尾轴承刚度的增大而增大,随后尾轴承阻尼的增大而减小;当激励频率为轴频时,阻尼型轴系的垂向位移响应值随后尾轴承刚度的增大而减小,且几乎不受后尾轴承阻尼的影响,通过后尾轴承的功率流落差随后尾轴承刚度和阻尼的增大而减小;当激励力频率为叶频或波动范围较宽时,通过后尾轴承的功率流落差随后尾轴承刚度的增大而减小,随后尾轴承阻尼的增大而增大;(4)运用Ansys软件和Fe-safe软件研究了阻尼型轴系的疲劳寿命特性及其影响因素。研究结果表明:阻尼型后尾轴承的疲劳寿命大于普通后尾轴承,且随着橡胶剪切弹性模量的减小而增大,随着内外橡胶层厚度的增大而先增大后减小,随减振器长度因子的减小而增大。
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