船用止推轴承热流动力润滑特性研究

摘要

船用轴承故障主要是因负荷过大而导致油膜局部温度过高，使油膜破裂形成无油膜摩擦，并最终导致轴承表面被损坏。为进一步提高船用止推轴承的润滑性能，本论文开展了船用金斯伯雷止推轴承热流动力润滑特性研究。
　　 首先，基于流体动压润滑理论，以船用金斯伯雷止推轴承系统为研究对象，建立以雷诺方程、油膜能量方程、油膜厚度方程、油膜温粘方程为元素的热流动力润滑止推轴承数学模型，并确定了边界条件，定义了衡量轴承性能的承载力和摩擦扭矩参数，给出了Reynolds方程和能量方程的有限差分求解方法。
　　 其次，开展了止推轴承等温润滑特性研究，数值分析了润滑膜厚、轴瓦倾角和转速对平面瓦面止推轴承承载力和摩擦扭矩的影响规律。结果表明，随着油膜厚度的增加，轴承承载能力和摩擦扭矩迅速减小;随着倾角的增加，止推轴承的承载能力明显增加，而摩擦扭矩显著减小;随着转速的增加，轴承承载能力和摩擦扭矩均迅速增加。
　　 再次，开展了止推轴承热流润滑特性研究，数值分析了润滑膜厚、轴瓦倾角和转速对平面瓦面止推轴承油膜温度分布、承载力和摩擦扭矩的影响规律。结果表明，油膜温度沿剪切方向逐渐升高，在出口处出现最大温升，温粘效导致止推轴承承载能力降低。轴承润滑油膜温升受膜厚、轴瓦倾角和转速的影响，膜厚越小、转速越高，油膜温升越大;轴瓦倾角越大，油膜温升越小。膜厚越小、转速越高、轴瓦倾角越大，轴承承载力越大。
　　 最后，开展了止推轴承轴瓦瓦面改进研究，比较分析了平面形面、圆柱形面、横弯形面、反横弯形面、球形形面和马鞍形面6种瓦面形面的油膜压力分布和温度分布，以及最大温升和承载力的变化规律。结果表明，轴瓦形面对轴瓦油膜温升和承载能力影响明显，圆柱形面轴瓦具有较高的承载能力和较小的油膜温升，润滑性能最好;横弯形面轴瓦承载能力最小，油膜温升最高，润滑性能最差。
　　 本论文理论分析了止推轴承热流润滑特性规律，并通过对比分析提出了轴承轴瓦形面的改进设计，研究结果对于船用止推轴承设计具有一定的工程参考价值。

目录

声明

摘要

符号说明

第1章 绪论

1．1 课题的背景

1．2 课题的目的和意义

1．3 国内外的研究概况及存在的问题

1．3．1 推力轴承三维模型研究

1．3．2 推力轴承设计参数研究

1．3．3 推力轴承运行工况研究

1．3．4 推力轴承中轴瓦材料、润滑剂及润滑形式的研究

1．3．5 气体推力轴承研究

1．3．6 船用推力轴承研究

1．3．7 存在的问题

1．4 研究内容

第2章 止推轴承热流润滑数学模型

2．1 金斯伯雷止推轴承工作原理

2．2 止推轴承热流润滑数学模型

2．2．1 止推轴承几何模型参数定义

2．2．2 数学模型

2．2．3 轴承性能参数

2．2．4 数学模型的无量纲化

2．3 数值求解方法

2．3．1 计算区域网格划分

2．3．2 控制方程数值差分方法

2．3．3 能量方程有限差分方法

2．4 本章小结

第3章 液体等温润滑止推轴承特性

3．1 计算模型

3．2 止推轴承等温润滑特性

3．2．1 轴承膜厚的影响

3．2．2 倾角的影响

3．2．3 转速的影响

3．3 本章小结

第4章 液体热流润滑止推轴承特性

4．1 计算模型

4．2 止推轴承热流润滑特性

4．2．1 膜厚的影响

4．2．2 倾角的影响

4．2．3 转速的影响

4．3 本章小结

第5章 液体热流润滑止推轴承型面特性

5．1 计算模型参数

5．2 形面对轴承热流润滑特性的影响规律

5．2．1 膜厚的影响

5．2．2 倾角的影响

5．2．3 转速的影响

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 主要完成的工作和结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果