基于TFSI的水润滑尾轴承润滑性能研究

摘要

尾轴承作为船舶推进系统极其关键的设备之一，起着支撑尾轴和螺旋桨的重要作用。根据润滑介质不同，尾轴承一般可以分为油润滑和水润滑两种。船用油润滑尾轴承存在着结构复杂、滑油泄漏污染和振动噪声等缺点，而采用水润滑则可以很好地避免这些问题。
　　 但是由于水的粘度低，导致水润滑橡胶尾轴承的承载能力小的缺点。另一方面，由于橡胶材料是一种高弹性、非线性、耐高温能力较差的材料。着眼于橡胶材料的缺点，有必要开展水润滑橡胶轴承的结构-热-流三场的耦合研究，以提高尾轴承的润滑性能。这对于延长轴承使用寿命，减振降噪，实现“绿色航运”具有重要的理论意义和工程应用价值。
　　 文中以水润滑橡胶轴承周向截面为研究对象，应用大型有限元ADINA方法对水润滑尾轴承弹流动压润滑问题进行了数值分析，揭示了其润滑规律，探讨了轴承的结构形式和运行工况对其润滑性能（轴承压力分布、轴承温度分布、摩擦系数等）的影响规律。主要的研究成果如下:
　　 (1)建立了船舶水润滑橡胶轴承的平面CSD、CFD和TFSI模型，其中包括流体与固体之间耦合面的定义和热场的设定与控制。
　　 (2)水润滑橡胶轴承的最大压力随水槽宽度的增大有下降趋势，随橡胶层厚度的增加而增大，轴承最大压力随轴承间隙的增大而减小，当轴承间隙小于或等于1mm时，轴承最大压力下降较快，而轴承间隙大于1mm时，轴承最大压力趋于平稳，变化不大;最高温度均随轴承水槽宽度增大而下降明显，随橡胶层厚度的增加而增加，随轴承间隙的增大而减小。
　　 (3)水润滑橡胶轴承最大压力随偏心率的增大而增大，但并非是存在一个线性的关系，而是在偏心率小于0.6以前压力上升比较缓慢，当偏心率大于0.6后，压力变化的幅度加大，温度最大值随偏心率的变化曲线基本和压力分布最大值曲线相似;轴承的最大压力随偏位角的增大而减小，但是减小的幅度很小，轴承的最大温度变化也有相类似的变化。
　　 (4)当转速在400r/min以上时的弹性流体动压润滑的情况下，轴承的最大压力和最高温度均随转速的增加而增大;改变轴承的轴向流速，轴承的压力分布基本不变;轴承最大压力与最高温度随轴承工作的水域温度的增加而增大。
　　 (5)通过在尾轴承台架试验表明:在弹性流体动压润滑的情况下，轴承的摩擦系数较小。同时，随着轴转速的提高，轴承的摩擦系数先下降，后有小幅度的增加。润滑出水管处的温度随轴转速的增大而升高，但是升高的幅值较小。

目录

声明

摘要

目次

第1章 绪论

1．1 课题研究目的和意义

1．2 水润滑尾轴承介绍

1．2．1 尾轴承概述

1．2．2 尾轴承材料

1．3 国内外研究现状

1．3．1 水润滑轴承润滑性能CFD研究

1．3．2 水润滑轴承润滑性能FSI和TFSI研究

1．3．3 水润滑轴承润滑性能试验研究

1．3．4 国内外研究不足

1．4 主要研究内容和关键技术路线

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 技术路线

1．4．3 创新点

第2章 水润滑轴承TFSI有限元模型

2．1 尾轴承润滑机理

2．2 理论基础

2．2．1 ADINA软件简介

2．2．2 流体控制方程

2．2．3 固体控制方程

2．2．4 流固耦合方程

2．2．5 轴承产热理论

2．3 水润滑轴承CFD和TFSI模型

2．3．1 水润滑轴承结构和橡胶物性参数

2．3．2 水润滑轴承CSD模型

2．3．3 水润滑轴承CFD模型

2．3．4 水润滑轴承TFSI模型

2．4 计算结果与分析(算例)

2．4．1 TFSI计算中促进收敛的方法

2．4．2 计算部分参数确定

2．4．3 计算结果与分析

2．5 本章小结

第3章 基于TFSI的水润滑轴承润滑性能研究

3．1 轴承结构参数对润滑性能的影响研究

3．1．1 水槽宽度

3．1．2 轴承间隙

3．1．3 橡胶厚度

3．2 轴承运行工况对润滑性能的影响研究

3．2．1 偏心率和偏位角

3．2．2 轴承转速

3．2．3 轴向流速

3．2．4 水域温度

3．3 本章小结

第4章 水润滑轴承温度特性试验研究

4．1 水润滑尾轴承台架模拟试验

4．1．1 试验台架

4．1．2 试验温度的控制与测量

4．1．3 试验轴承试样

4．1．4 试验过程和试验结果

4．1．5 分析与结论

4．2 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目