水润滑船舶艉管轴承内部流场数值分析

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1周向槽、4周向槽和组合槽3种轴承中,组合槽轴承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.     

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。     

CFD辅助船舶艉部水润滑轴承设计的研究

船舶艉轴系统多采用水润滑.利用CFD分析了水润滑下低速重载轴向半开槽轴承和轴向全开槽轴承在相同偏心率下轴承凹槽结构对轴承内部温度和承载能力的影响.结果表明:全开槽轴承温度较低,说明轴向凹槽对于轴承的冷却起着决定性的影响;下半部分光滑的半开槽轴承比全开槽轴承的负载能力大,半开槽轴承有一个连续的压力分布,允许水力膜产生连续的动压力,使得轴承的负载能力较高.通过利用CFD对水润滑轴承进行数值模拟,比较2种不同开槽轴承的润滑状态和水动力特性,为水润滑轴承的设计和选型提供了有参考价值的各种参数.     

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。     

基于弹流耦合算法的船舶艉轴承润滑特性分析

采用耦合算法研究不同因素对船舶艉轴承弹流润滑性能的影响。以重载工况的船舶艉轴承为研究对象,建立轴瓦三维有限单元模型;通过有限单元法结合耦合算法求解油膜压力、油膜厚度、弹性变形,探讨了弹性模量、轴承间隙、长径比3种影响因素对艉轴承弹流润滑特性的动态影响。结果表明：弹性变形和油膜压力沿周向和轴向都近似抛物线分布,呈现先增后减的趋势,在周向180°附近取得最大值,因此在轴承周向和轴向的中点附近受轴承参数的影响较大,润滑状况需要特别关注;随弹性模量增加,油膜峰值压力增加,最大弹性变形量和最小厚度均减小,摩擦力和端泄流量同时增加,因此在一定区间内增大弹性模量能有效减小轴瓦产生的弹性变形;随轴承间隙增大,油膜峰值压力增加,最大弹性变形量和最小油膜厚度均减小,摩擦力和端泄流量变化不明显,因此在轴承安装时需控制合理的轴承间隙,确保轴承处于良好的润滑环境;随长径比增大,最大弹性变形量近似线性增加,油膜峰值压力、摩擦力、端泄流量均减小,最小油膜厚度几乎不变,因此在设计艉轴承长径比时,应综合考虑艉轴承在重载工况下可能产生的弹性变形以及弹性变形对润滑特性的影响。     

水润滑橡胶艉轴承变形程度影响因素分析

为研究水润滑橡胶艉轴承变形程度的影响因素,采用数值方法计算不同转速、长径比和偏心率下的艉轴承变形;采用正交试验的方法评估转速、长径比和偏心率对艉轴承变形的影响。结果表明:转速、长径比和偏心率均对艉轴承的变形有显著影响,它们之间的交互作用的影响几乎可以忽略不计;长径比、转速和偏心率对艉轴承变形的影响依次下降;转速和长径比对艉轴承变形的影响都是先增大后减小,偏心率较小时对艉轴承变形的影响几乎不变,偏心率达到一定值时对艉轴承变形的影响显著增加;设计艉轴承时应该优先保证艉轴承的长径比,其次再考虑转速和偏心率的影响。     

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。     

高线速度水润滑轴承振动研究

对不同轴承间隙、不同轴瓦材料下的水润滑轴承开展了摩擦特性及振动特性研究.正交试验结果表明当轴承间隙约0.2 mm(间隙比约2.5‰)时,水润滑轴承摩擦系数最小.振动特性试验表明:不同材料轴瓦振动特性不同.     

水润滑艉轴承的磨损寿命研究

磨损破坏是水润滑艉轴承最为常见的破坏形式,对其磨损寿命的预测和研究有着重要的现实意义。根据水润滑艉轴承的Streibeck曲线和Meeks模型设计轴承加速寿命试验,并通过试验获得轴承的寿命特征参数;采用基于灰色估计法求解Weibull分布,获得轴承的寿命评估模型;将寿命特征参数代入评估模型中,获得水润滑艉轴承的寿命分布模型。实验结果表明该模型的精度很高,在工程实践中可以利用该模型对滑动轴承的磨损可靠性寿命进行预测。     

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。     

新型船用艉管轴承孔的加工工艺改进

船用艉管轴承毛坯是进口半成品,以内孔为基准,加工外圆成品。本文介绍了艉管轴承孔加工过程所采取的加工工艺方案,对使用的机床设备、定位基准和装夹方法的确定、夹具的设计、工艺参数的选择以及内孔尺寸公差的测量等进行了详细的工艺分析。     

考虑界面滑移和惯性力效应的水润滑轴承润滑性能分析

针对界面滑移和惯性力效应对水润滑轴承润滑性能的影响展开研究。推导综合考虑界面滑移和惯性力效应的修正雷诺方程,采用有限差分法求解研究轴承润滑机制,给出界面滑移和惯性力效应对水膜压力、承载力和摩擦因数的影响规律。针对某实际轴承分别采用提出的模型和有限元法进行润滑性能计算,二者结果吻合较好。研究结果表明：界面滑移和惯性力效应不改变润滑性能参数随偏心率变化趋势,界面滑移降低了润滑性能参数的数值大小,最大降幅5%左右,惯性力效应则略微增大其数值,最大增幅小于1%;相比于界面滑移,惯性力对润滑性能的影响较小,几乎可以忽略。研究结果对水润滑轴承的设计与计算具有一定的指导意义。     

波纹管过流流场的数值模拟

为了研究液体火箭发动机试车时的推力测量问题,采用标准κ-ε湍流模型,以某流体为介质,对波纹管内部流场进行了数值模拟.通过数值计算得到了管内流场的速度分布、压力分布特性等,并将解析结果以可视化的速度场和压力场给出.本文所建立的数学模型和所使用的数值计算方法,可为推力研究提供一定的理论基础和经验.     

基于Fluent的动压径向轴承油膜力场模拟研究

通过Gambit划分网格建立有限元模型,利用CFD软件Fluent直接求解油膜轴承力学方程的方法对油膜轴承力场进行模拟。研究在相同的进油压力下,轴承在不同转速下油膜力场的三维分布。结果表明:油膜力场分布模拟结果与理论研究及实验结果一致,证明理论、实验与数值模拟结合研究油膜力场分布的可行性;在稳态工作下,动压滑动油膜轴承在油膜厚度最小处被分隔成楔形收敛区和发散区,并在楔形收敛区和发散区油膜分别存在正压峰值和负压峰值;油膜最大正压和最大负压随转速均呈线性增长的规律,且与位置无关。     

高档数控机床静压转台双环形油腔流场特性仿真

为了提高高档数控机床的加工精度和稳定性,设计了一种新型的双环形油腔结构。基于流体动力学理论,并采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法,研究了入口雷诺数对油腔内部流场结构和油腔承载力的影响。结果表明:入口雷诺数对于油腔内部流场结构和油腔承载力均具有重要影响;随着入口雷诺数的增大,油腔中心凹槽内部由单胞对流发展成多胞对流;同时,油腔承载力也相应增加。通过与传统圆形油腔对比发现,在相同入口雷诺数条件下,双环形油腔具有更高的承载力。该研究对设计高档数控机床新型油腔结构、优化油腔几何结构、提高承载力和加工精度有指导意义。     

艉轴轴承有效接触长度对轴系振动的影响

船舶轴系运转时受到的不均匀动载荷将改变艉轴承的有效接触长度。为研究艉轴承有效接触长度变化对轴系振动的固有频率和艉轴承载荷的影响,在ANSYS中建立某船轴系的有限元模型,调整后艉轴承和前艉轴承的有效接触长度,分析不同有效接触长度下轴系振动和轴承负载的变化。结果表明:随着艉轴承的有效接触长度的降低,轴系振动的固有频率也随之降低,其中以后艉轴承对轴系低阶振动固有频率影响较为突出;随着艉轴承有效接触长度的降低,轴承接触区的负载显著增加。