船舶水润滑尾轴承结构设计研究进展

水润滑轴承的结构优化可以有效提高轴承的承载能力、冷却散热、减振降噪和摩擦学性能。在概述船舶水润滑尾轴承的优势和存在问题的基础上,分析归纳水润滑尾轴承内衬结构、内衬的厚度和硬度、轴承间隙、长径比、内衬表面粗糙度等结构设计参数的研究进展;以轴位水润滑尾轴承、内衬多层复合水润滑尾轴承和闭式水润滑尾轴承为例,介绍近年来几种新型水润滑尾轴承的结构设计,指出闭式水润滑尾轴承在内河及沿海船舶上具有广阔的应用前景,是未来的研究重点和发展趋势;建议水润滑尾轴承的研究应从以下方面着手,一是从微纳米尺度研究轴承微观界面润滑机制,二是在考虑轴承参数间耦合作用的基础上对轴承进行多目标优化,三是进一步研究闭式水润滑尾轴承及密封装置材料、结构和辅助装置以及水润滑添加剂,四是研究船舶水润滑尾轴承的设计规范,建立一定范围内精度满足工程需要的轴承设计计算经验公式,以简化轴承设计程序。     

水润滑橡胶尾轴承摩擦、磨损试验研究

与传统的金属轴承不同,水润滑轴承一般由非金属材料制成,材料的性能是决定轴承工作性能和使用寿命的一个主要因素,而橡胶材料是水润滑轴承的最佳选择。通过在船舶尾轴承试验机上进行水润滑橡胶尾轴承摩擦、磨损模拟试验,研究了橡胶尾轴承的摩擦原因及摩擦因数的影响因素和橡胶尾轴承的磨损原因及其影响因素。     

凹槽结构对水润滑微凹槽尾轴承润滑性能的影响

为研究仿生表面织构占比和宽度对尾轴承润滑特性的影响，基于柔度矩阵法和润滑理论，计入内衬弹性变形，建立表面微凹槽织构水润滑尾轴承的流固耦合模型，通过试验验证模型的正确性和合理性。设计矩形、圆形、等腰三角形3种不同截面形状的微凹槽表面织构水润滑尾轴承，对比分析凹槽占比和宽度对尾轴承承载力和摩擦性能的影响。结果表明：在同等条件下，局部凹槽尾轴承承载力和摩擦性能显著优于全局凹槽尾轴承；凹槽占比约为0.31时，矩形微凹槽尾轴承承载力达到最大值，摩擦因数达到最小值，因此在设计、使用水润滑尾轴承，尤其是赛龙内衬水润滑尾轴承时，建议凹槽占比取值为0.30~0.32，此时可获得最佳润滑性能；随凹槽宽度的增大，局部矩形凹槽尾轴承润滑效果显著优于等腰三角形和圆形凹槽尾轴承。     

具备温度感知的船用智能水润滑尾轴承设计及性能验证

提出了一种船用智能水润滑尾轴承的创新设计方法,以此辅助船舶尾轴系统在苛刻环境下的运行状态监测与性能预测。基于微型嵌入式自供电监测系统和水润滑轴承结构与材料设计,实时采集与分析船舶航行中水润滑轴承的关键性能参数,实现其运行状态辨识、评估与寿命预测。以苛刻工况下轴承内部温度变化特性及其表征为例,利用CBZ-1摩擦磨损试验机进行智能水润滑尾轴承设计方案的可行性验证。试验结果表明,轴承内部温度可以很好地反映其润滑与工作状态,常温水润滑条件下,其初期升温速度为0.1~0.4 ℃/min、末期升温速度为0~0.01 ℃/min、平稳运行时温度为29~33 ℃,而在干摩擦条件下,以上三项数据分别为0.6~1.4 ℃/min、0.03~0.25 ℃/min、36~45 ℃。不同润滑状态下的巨大差异使得通过温度判断轴承润滑状态成为可能,温度监测的实现将大大提高水润滑轴承的可靠性。     

水润滑橡胶尾轴承模态影响因素分析

水润滑橡胶尾轴承由于其减振降噪的优良特性,在舰船中的应用越来越广泛,研究水润滑橡胶尾轴承的动态特性对其工作可靠性具有重要意义。采用有限元计算软件ANSYS对水润滑橡胶尾轴承及其内衬、衬套进行有限元模态分析,研究各种结构形式、不同材料属性对水润滑橡胶尾轴承动态特性的影响规律及其水平。研究表明,水润滑橡胶尾轴承各阶固有频率分布比较集中,其低阶模态主要受到内衬结构及其材料属性的影响,高阶模态主要受到衬套结构及其材料属性的影响。     

舰船水润滑橡胶尾轴承的结构设计

合理设计船舶尾管水润滑橡胶轴承的结构可以有效提高轴承摩擦学性能、承载能力,减小振动、延长服役时间。分析轴承长径比、摩擦面形状、水槽形式、橡胶层的厚度和硬度等结构要素对水润滑轴承的摩擦学性能及承载能力的影响,给出船舶尾管水润滑橡胶轴承结构设计中几个主要参数确定原则,为工程应用提供理论与技术支持。     

无轴轮缘推进器水润滑轴承的结构设计与仿真分析

目前,水下无轴轮缘推进器的水润滑轴承是直接对船舶艉轴承进行缩短然后应用的。船舶艉轴承的长径比远大于无轴轮缘推进器,加之水润滑轴承沟槽结构复杂,会造成润滑性能降低。针对这一问题,设计了一种适用于无轴轮缘推进器的水润滑轴承,在结构上采用半开槽结合承载区开设小沟槽,形成混合沟槽。基于润滑理论,使用ANSYS Fluent软件仿真,分析开槽结构和小沟槽的不同组合方式对水膜压力与承载力的影响,进而得出润滑性能最佳的水润滑轴承结构。结果表明,半开槽结构结合承载区开设矩形小沟槽能够有效提升水润滑轴承的润滑性能,改善使用传统船舶艉轴承结构的无轴轮缘推进器润滑性能降低问题。     

水润滑轴承研究进展

在船舶的推进系统中,以水替代矿物油作为工作介质的水润滑轴承具有节能环保、结构简单、维修方便等优点,已成为各国竞相研究的热点.概述水润滑轴承的研究现状,包括理论研究、结构设计、材料研究等,并总结各种水润滑轴承材料的性能特点;介绍赛龙、飞龙、尼龙和超高分子量聚乙烯几种新型水润滑轴承材料的优缺点;分析水润滑轴承目前存在的主要问题以及需要进一步研究的重点和目标.     

不同水润滑尾轴承材料摩擦磨损性能比较

水润滑尾轴承材料对其摩擦磨损性能有着较大影响,为合理选取制作轴承的材料,选择3种目前业界较为常用的水润滑轴承材料:超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁腈橡胶(NBR),使用CBZ-1船舶轴系摩擦磨损试验机对其在2种常见摩擦速度、不同程度比压下的摩擦磨损性能进行研究,并通过表面形貌分析比较其磨损机制。结果表明:低转速工况下UHMWPE与PTFE的水润滑性能近似,略高于NBR;高转速工况下UHMWPE的水润滑性能高于PTFE和NBR,但NBR的工作稳定性优于UHMWPE和PTFE。     

水润滑艉轴承综合性能实验平台研究

为实现对水润滑艉轴承及其传动系统的综合性能测试,开发了一种水润滑艉轴承综合性能实验平台,设计了实验平台测试方案,并对其重要部件进行了结构设计和动力学分析,结果表明其结构不会发生共振。该实验平台能模拟水润滑艉轴承及其传动系统的复杂工况,在线检测水润滑艉轴承工作转速、转矩、温度、摩擦特性、水膜压力分布、轴心轨迹、噪声、水膜的动刚度系数和阻尼系数等各项参数,为建立水润滑艉轴承系统实验与评价体系,掌握水润滑摩擦副的承载、失效机理与演化规律、摩擦学性能与动态服役行为等关键科学问题提供实验条件。     

硬度对螺旋槽水润滑橡胶推力轴承摩擦磨损性能影响的实验研究*

水润滑橡胶推力轴承是船舶推进系统中提供轴向支撑力的重要零部件,其摩擦磨损特性严重影响船舶推进工作性能。开展螺旋槽水润滑橡胶推力轴承实验,测试2种橡胶硬度推力轴承在不同工况下的摩擦力,以及高速重载工况下实验前后橡胶层的表面形貌,分析转速、载荷、旋转方向、橡胶层硬度对摩擦因数的影响,以及推力轴承的主要磨损形式。结果表明:相同载荷下,随着转速的增加,2种硬度推力轴承的摩擦因数呈显著下降趋势,摩擦因数下降幅值最大达到了0.51;在高速时,载荷对摩擦因数的影响不显著;高硬度推力轴承在低速时摩擦性能表现更优,而低硬度推力轴承在高速重载条件下不易发生黏着磨损,因此,建议在低速重载条件下使用高硬度橡胶推力轴承,而高速重载条件下使用较低硬度的推力轴承。     

船舶艉轴承采用环保润滑油引起高温的原因分析

针对某船舶系泊试验和航行试验期间出现的尾轴承高温现象,建立尾轴与尾轴承之间润滑的数学模型,研究尾轴转速和润滑油黏度对尾轴与尾轴承之间的油膜压力分布和承载力的影响,并分析尾轴承高温现象发生的主要原因。结果表明,采用的环保润滑油黏度过低,船舶系泊试验和航行试验期间尾轴长时间在低转速区域运行,是导致尾轴承高温现象发生的主要原因,避免尾轴在低转速区域长时间运行和提高润滑油黏度有助于减少和避免尾轴承高温现象的发生。     

任意偏斜下水润滑橡胶艉轴承混合润滑性能*

为探究大偏心率(ε≥1)下水润滑橡胶艉轴承沿端面偏斜的混合润滑性能,综合考虑表面粗糙度、弹性变形、接触压力、偏斜角对水润滑橡胶轴承混合润滑特性的影响,提出大偏心率(ε≥1)下滑动轴承沿端面任意偏斜的膜厚计算方法,并应用于艉轴承缩比模型混合润滑分析。通过数值模拟研究重载条件下水润滑橡胶艉轴承水膜压力、接触压力随偏斜角的变化规律,分析偏斜角、偏斜方向角等对水润滑橡胶轴承混合润滑性能参数的影响。研究表明：在混合润滑条件下,轴颈沿端面偏斜对流体载荷影响相对较小,但会显著增强润滑界面的接触效应从而恶化其润滑性能;横向偏斜一定程度上会提高直槽式水润滑橡胶轴承的承载能力,偏斜角增加到一定程度时会引起最大水膜压力沿偏斜端反向移动;偏斜角对水润滑轴承润滑特性的影响在混合润滑阶段内较为显著,在弹流润滑阶段其影响将会削弱。     

屏蔽泵水润滑石墨推力轴承摩擦学性能的研究

本文分析了影响水润滑石墨推力轴承摩擦学性能的主要因素,如润滑水膜厚度、温升、载荷及转速、轴承材料的性能等,提出了提高水润滑轴承摩擦学性能的主要方法,如创建容易获得稳定润滑水膜的工况条件,缩短轴承的启动时间,减小轴承负载,选用合适的摩擦副材料等。     

水润滑艉轴承磨损可靠性寿命评估模型研究

水润滑艉轴承作为舰船推进系统中的重要支撑部件,它的工作可靠性和使用寿命会直接影响舰船的航行安全、隐蔽性能和营运成本等。根据水润滑艉轴承的磨损特性,基于水润滑艉轴承的磨损率和最大允许配合间隙之间的关系,建立平均寿命模型、可靠性磨损寿命模型和模糊可靠性寿命模型3种数学模型,来评估水润滑艉轴承的磨损可靠性寿命。实例分析表明:磨损可靠性寿命模型和模糊可靠性磨损寿命能较好地反映水润滑艉轴承副由于磨损而失效的渐进性,其中利用模糊可靠性计算模型获得的可靠度最为保守,针对船舶运行于苛刻环境中,采用模糊可靠性模型进行寿命评定能在最大程度上保证船舶艉轴承的营运安全。     

ANCO水润滑高分子轴承摩擦性能的研究

采用MPV-50试验台架对ANCO水润滑轴承系统地研究了载荷、线速度、水温、润滑介质等因素,对ANCO水润滑轴承的摩擦磨损性能的影响。研究结果表明,ANCO水润滑轴承具有较低的水润滑摩擦因数和较高的耐磨性能,完全适合作为船舶艉/舵轴承使用。     

轴向槽船舶艉管轴承内部流场数值仿真

针对水润滑船舶艉管轴承建立了三维几何模型,对轴承内部流场进行了数值分析,分析了水润滑船舶艉管轴承内部流场的压力分布、温度分布、速度分布、湍流能量分布。计算结果表明,20槽轴承和4圆柱槽轴承内部没有出现空穴区,可以降低由空穴效应带来的振动和噪声。轴向凹槽可以增强轴承内部冷却效果,沟槽面可以使层流边界层区域增大,使转捩为湍流的雷诺数增大,降低轴承压力损失。根据不同的船舶运行要求选择不同形式的艉管轴承,可以提高船舶轴系运行稳定性。     

水润滑轴承研究的进展

介绍了水润滑轴承材料、磨损机制的研究现状和应用。介绍了在材料的选择和改性上进行研究，以提高该轴承的承载能力并扩大其应用范围。对基本方程组求解算法进行改进以完善其润滑机制：分析了磨损机制以提高其极限范围性能。所有这些研究对扩大水润滑轴承的应用范围，具有普遍而重要的意义。     

基于熵权模糊综合评价法的水润滑尾轴承性能评估

为合理评估水润滑尾轴承的性能，提出了基于熵权模糊综合评价法的水润滑尾轴承性能评估模型。从摩擦、磨损、减振、摩擦噪声性能4个维度选取6个关键参数建立评价体系，构建专家偏好系数选择模型，并基于该系数对经过Kendall协同系数检验的主观权重和客观权重进行线性加权组合得到综合权重，选取合适隶属度函数求解模糊评价矩阵，在综合权重和模糊评价矩阵的基础上获得评估结果。研究结果表明：该评价方法不仅考虑了专家偏好主观性，还考虑了数据客观性，可实现对所有水润滑尾轴承的相对优劣评估，且该评价方法具有较广泛的适用性。     

船舶艉管轴承润滑流场数值分析

针对水润滑船舶艉管轴承建立了三维几何模型,对轴承内部流场进行了数值分析。分析了水润滑船舶艉管轴承内部流场的压力分布、温度分布、速度分布、湍流能量分布。计算结果表明,轴承内部周向凹槽可以减缓轴承轴向压力降低,轴向凹槽可以增强轴承内部冷却效果,使压力场均匀化,沟槽面可以使层流边界层区域增大,使转捩为湍流的雷诺数增大,降低轴承压力损失。在研究的10种轴承中,组合槽轴承没有出现负压区,空穴效应小,内部湍流能量下降最快,对船舶轴系的激振力最小,可以提高船舶轴系运行稳定性。