形状误差对轴承支承特性的影响及轴系动静态性能研究

摘要

推进轴系作为船舶主动力的传递和输出装置，连接在船舶主机与螺旋桨之间，对船舶的运行稳定性、振动噪声等工作性能有着显著影响。而轴承作为推进轴系的主要支承系统，轴承支承特性与轴系动静态性能之间有着非常强的耦合作用关系。因此，为解决船舶推进轴系轴承磨损、轴系振动噪声以及运行稳定性差的基本问题，有必要对轴承支承特性和轴系动静态性能展开深入研究。 本文在轴承动压流体润滑理论和粗糙表面接触特性的研究基础上，分别建立了轴颈圆度、圆柱度误差下的径向滑动轴承液膜和结合面承载能力的计算模型，结合MATLAB数值计算和有限元仿真分析，探索了形状误差对轴承支承特性的影响机理，并进一步分析了轴承支承特性对轴系振动特性和校中状态的影响规律。将为推进轴系轴承的设计制造方法以及消减轴系低频振动噪声提供理论指导。本文的主要内容如下： （1）建立了表征轴颈圆度、圆柱度误差的轴承液膜的动压润滑计算模型，在MATLAB平台开发了轴承液膜润滑特性的计算程序，在不同工况下分析了考虑轴颈圆度、圆柱度误差时轴承液膜厚度及压力分布情况，并探索了圆度、圆柱度误差对轴承液膜承载能力的影响情况，从而获得了形状误差对轴承液膜润滑特性的影响规律。 （2）基于粗糙表面接触特性的研究基础，提出并建立了轴承结合面法向接触刚度计算模型，采用MATLAB语言开发了相应地计算程序。考虑过盈量、偏心距、轴颈圆度、圆柱度误差以及磨损等因素分析了形状误差对轴承结合面承载特性的影响机理。 （3）构建了完整的轴承串联刚度链，基于集总参数法建立了推进轴系横向振动计算模型，最终完成了制造装配误差下轴承支承特性对轴系横向振动特性的影响分析。 （4）在曲线轴线模型的基础上，提出了一种通过等效位移法计入轴承支承特性的轴系曲线动态校中计算方法，开发了轴系曲线动态校中的计算程序，分析了轴承支承特性对轴系校中状态的影响，完善了轴系校中影响因素的研究。最后，针对课题研究需求，初步设计了相关实验方案。

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