艉軸承摩擦力作用下推進軸系彎-扭耦合振動特性分析.pdf

1、潛艇推進軸系在運轉過程中常發(fā)生異常振動與噪聲,其不僅影響自身運轉的穩(wěn)定性,還會通過基座傳遞給艇體,引起艇體結構振動,輻射噪聲。
　　在推進軸系中,艉部支撐多采用水潤滑橡膠軸承。受螺旋槳、軸系自重以及軸系對中等因素的影響,艉部橡膠軸承成為推進軸系中負荷最大的支承。由于螺旋槳的懸臂載荷作用,使得推進軸系艉部橡膠軸承比壓很大且載荷分布極不均勻。在開、停機以及低速重載運轉工況下,過大的負荷往往會破壞軸頸與軸承間良好的水膜潤滑狀態(tài),使其落入

2、“邊界潤滑”或者“混合潤滑”區(qū)域,軸頸-軸承間的摩擦作用增加。由于橡膠軸瓦上縱向溝槽比較多,軸承-軸頸間很不容易形成連續(xù)而穩(wěn)定的流體潤滑膜,軸頸與軸承間容易進入“粘滑”狀態(tài)。在無明顯外激勵條件下,軸系仍可能產生異常彎曲、扭轉振動,發(fā)出異常噪聲,甚至引起軸系產生自激振動并激起殼體振動,影響聲隱性,降低運行穩(wěn)定性和使用可靠性。其中,軸承-軸頸間作用的交變摩擦力或摩擦力矩誘導系統(tǒng)振動模態(tài)產生自激振動為其潛在原因。
　　目前,對于諸多自激

3、振動問題的研究,從分析系統(tǒng)整體動力學行為的角度進行研究已經逐漸成為主流思路。此前,對推進軸系自激振動的理論研究多通過簡單的集總參模型,定性分析推進軸系摩擦自激振動的基本規(guī)律,但分析局限于軸承處的局部結構,并且過于簡化的結構使其并不能詳盡地說明摩擦激勵下實際軸系的整體動力學行為。此外,研究模型僅適用于模擬軸系轉子開、停機工況。實際上,低速重載正常運轉時,推進軸系仍可能產生自激振動,甚至激起艇體振動。本文以簡化的低速重載推進軸系為研究對象,

4、建立推進軸系在艉部橡膠軸承摩擦力作用下的彎-扭耦合自激振動動力學模型,從機理上探討推進軸系的彎-扭耦合振動特性及其主要影響因素。為轉子軸系異常振動及其噪聲的識別提供理論依據(jù),有利于推進軸系結構的合理化設計與安裝,有利于通過控制措施對軸系的振動狀態(tài)加以控制,保證軸系的穩(wěn)定運行狀態(tài),特別是減小軸系振動對殼體振動的影響,從而有利于減少殼體的輻射噪聲。
　　第一章:介紹本文研究的背景及意義。并從推進軸系扭轉振動、推進軸系橫向彎曲振動、推進

5、軸系彎-扭耦合振動、水潤滑橡膠軸承摩擦特性、水潤滑橡膠軸承力學特性、轉子動力學等幾個方面,對國內外研究現(xiàn)狀加以介紹。
　　第二章:通過分析潛艇推進軸系艉部水潤滑橡膠軸承在具體工作狀態(tài)下的受力和變形,簡化其剛度特性計算模型,然后,利用有限元分析軟件ABAQUS作為工具計算橡膠軸承剛度,其中包括豎直方向剛度和水平方向剛度。為了節(jié)約計算時間,節(jié)省計算機存儲空間,靈活巧妙地將水潤滑橡膠軸承三維有限元計算模型簡化為二維有限元計算模型,在分析

6、比較之后,進而將橡膠軸承作進一步簡化,大大縮短了計算時間,而不影響計算分析的精度要求。
　　第三章:以簡化的低速重載恒轉速推進軸系為研究對象,建立推進軸系在艉部橡膠軸承摩擦力作用下的彎-扭耦合自激振動動力學模型,從機理上探討推進軸系的彎-扭耦合振動特性及其主要影響因素。從軸系整體動力學的角度出發(fā),建立推進軸系在摩擦力作用下的彎-扭耦合振動特征方程,其中,軸系彎曲振動包括豎直方向和水平方向彎曲振動。通過分析軸系轉子的動態(tài)響應特性,明