低噪声舰船尾管水润滑橡胶轴承材料的研究

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CFD辅助船舶艉部水润滑轴承设计的研究

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、彭晋民等
[3 ]
对
当前水润滑橡胶轴承的发展现状进行了描述 , 总结了水润滑橡胶轴承具备的优缺点。杨和庭、唐育民
[4 ]
通
过分析船舶艉管轴承的受力和描述船舶艉管轴承的受力计算 , 给出了水润滑橡胶轴承的设计公式轴承受力的计算公式及确定轴承间距的公式。张国渊、袁小阳
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以 4 腔、毛细节流形式下的深腔动静压轴承为研
摘要 : 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。关键词 : CFD; 水润滑轴承 ; 辅助设计中图分类号 : TH133113 文献标识码 : A 文章编号 : 0254 - 0150 ( 2008 ) 5 - 072 - 5
1 τ ・ def ( u ) 2
u + ( u)
T
( 3) ( 4) ( 5)
布至轴表面 , 入口温度设为 308 K, 除旋转墙面外所有壁面均设为等温 , 且温度为 308 K。按照传统的流动状态的判断方法 , 水润滑轴承内的流动状态为湍流。 112 湍流模型可靠性湍流模型的数值模拟的准确性和可靠性受到数值模拟过程中各种因素影响。首先采用了湍流模型对充分发展管流的湍流流动进行了数值模拟分析。研究对象为二维轴对称管内流动 , D 为管内直径 , L 为计算范围的长度。在此计算中 , L /D = 150。通过流管直径 D 以及中心线速度 U c 所算得的雷诺数近似等于 7 000 (用平均速度 U b 算得的雷诺数等于 5 300 和用剪切速度 Uτ 算得的雷诺数等于 360 时的计算结果 ) 。在管壁上 , 对于所有的速度均为无滑移边界条件 , 速度大小为 0。由于此处考虑的充分发展的管流与流动的方向是一致的 , 所以进行数值实验研究的计算领域必须足够长。计算分析时 , 选择非均匀网格结构 , 在靠近墙边界处的网格细化以解决墙边界处速度的突变。数值实验研究表明 , 当计算区域网格节点总数大于 50 万时 , 模型的节点数对数值模拟研究的结果没有影响。所有变量均假设关于流管中心线对称。固体边界均被假设为无滑移边界 , 在墙边界处的平均轴向速度以及湍流动能均为 0。 11211 管内湍流流动平均流动性质对比分析 ε湍流模型 ) 将预测结果与 H reyna (低雷诺数 k 2 和 Eggels 等 (直接数值模拟 ) 的结果进行了比较。表 1 给出了通过不同的数值实验研究和实验测试得到的一些管内湍流流动平均流动的性质。表 1 中 , U b π 2 为平均速度 , U b =

水润滑橡胶轴承的制备及摩擦磨损性能研究

ｅｎｃｅｓｏｆｓｏｍｅｆａｃｔｏｒｓｏｎｔｈｅｆｉｃｒｔｉｏｎａｎｄｗｅａｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｕｂｒｂｅｒｂｅａｉｎｒｇｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄａｔｗａｔｅｒｌｕｂｉｃｒａｔｉｎｇｍｅｄｉｕｍ，ｉｎ — ｃｌｕｄｉｎｇｃａｒｂｏｎｂｌａｃｋａｎｄｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｄｉｓｕｌｉｄｆｅａｄｄｉｔｉｖｅｓ，ｒｏｔａｔｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｌｕｂｉｃｒａｔｉｎｇｍｅｄｉｕｍａｎｄＮＢＲｖａｒｉｅｔｉｅｓ．Ｔｈｅｒｅ — ｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔａｎｄｗｅａｒｌｏｓｓｏｆｕｂｒｂｅｒｂｅａｒｉｎｇｓａｒｅｓｉｇｎｉｉｃｆａｎｔｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｃａｒｂｏｎｂｌａｃｋａｎｄｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍｄｉｓｕｌｉｄｆｅ．Ｔｈｅｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔａｎｄｗｅａｒｌｏｓｓｏｆｕｂｒｂｅｒｂｅａｉｎｒｇｓｒｅａｉｒｆｓｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｎｄｅ — ｃｒｅａｓｅｄ，ｌａｓｔｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｌｏａｄ，ａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｒｏｔａｔｉｎｇｓｐｅｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒｔｈｅｖａｌｕｅｓｏｆｔｈｅｓｅｔｗｏｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｓｅａｗａｔｅｒｒｅａｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｉｎｗａｔｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒｌｕｂｉｃｒａｔｉｏｎ；ｕｂｒｂｅｒｂｅａｉｎｒｇ；ｆｉｃｒｔｉｏｎｃｏｅｉｃｆｉｅｎｔ；ｗｅａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍ

水润滑橡胶艉轴承动态性能的试验与分析

ｓｇｅｔｄｔａｈａｄｅｓｏｅｉｎｒｓｒａｅｏｅｗａｅ－ｕｒｃｔｄｒｂｅｔｒｅｒｇｗｈｃｓａｌｐａｅｎｅｕｇｓｅｔｔｅｈｒｎｓｆｔｅｕｆｃｆｔｔｒｌｂｉａｅｕｂｒｓｅｎｂａｉ，ｈｈｎｈｎｉｈｕｕｌｏｅｔｓｕｄｒｙｒ
ｎｎｌｅｈｕｈｔｕｓｖａｏｌｉｐａｏｍ．ｈｏｇｔｅａｌｉｏｒｔｎｓｅｔｇａａｄａａｚｄｔｏｇｅＰｌｉｒｔｎａａｓｌｔｒＴｒｕｈａｓｆｔｅｖｂａｏｐｃｏｒｍ，ｉｉｙｒｈｅｂｉｎｙｓｆｈｎｙｓｈｉｉｒｔｓ
ＳｅａｉｇＢａｅｎＶｉｒｔｎＡｎｌｓｓｔｍＢｅｒｎｓｄｏｂａｉａｙｉｏ
ＪＮＹａ，ＬＩＺｈｎｌｎ／ｏｇＵｅｇ－ｉ（ｅｏｌｆｏｒｎｎｒｙＳｈｏＰｗｅｄＥｅｇ，Ｗｕａｎｖｒｉｆｅｈｏｇ，ｈ３０３ｈｎ）ｏａｈＵｉｅｓｙｏＴｃｎｌｙＷｕａ４０６，Ｃｉａｎｔｏｎ
种分析，少了测试所需时间。减ｌ３试验台架振动特性－
２试验工况）
试验充分考虑舰艇常用的工作转速和负荷，设
定工况为：
（）１负荷：Ｐ＝０１０２０４ＭＰ。．、．、．ａ
根据转子系统的振动理论，舶轴试验台架在船运行过程中产生振动可能有以下情况：Ｉ电机的风机振动，）这是风机叶片的拍频振动，其振动频率一般为旋转轴的基频和风机叶片数的乘

舰用水润滑轴承材料国产化研究思考

润滑性和极小的吸水膨胀性等。
２
点比较
传统的水润滑轴承材料是铁梨木。铁梨木的木
计，每年泄漏润滑油高达几百万吨，极其严重地污染了我国内河及海域水环境，坏了生态环境，及到破危
我们的生存条件。当前，国舰船用艉轴轴承以顺我应保护环境的需要，步采用水润滑轴承替代油润逐滑轴承。但我国基础工业技术相对落后，自行研制
护科学研究领域的前沿，已引起人们的普遍关注。
水润滑轴承用自然水作润滑介质，需要特殊不的轴承室，也不需要在强制润滑条件的润滑供给装置。但水的粘度低，水锈蚀作用较强，海易引起绝大多数材料电化学腐蚀和高分子材料老化、气蚀，使材料受到侵蚀等缺点。所以一般要求水润滑轴承材料具有较高的硬度，磨性，耐耐腐蚀性，好的表面水较
的水润滑轴承往往因轴承材料还不能满足舰船的使
用要求，大量采用从加拿大进口的赛龙轴承而（ｈｒｏ）Ｔｏｄｎ或英国进口的飞龙轴承（ＥＭＡ）因此ＴＮＴ，研究我国自主知识产权的水润滑轴承材料有着十分
重要的意义。
第１期
涂
政：舰用水润滑轴承材料国产化研究思考
２９
至今未有突Biblioteka ０水是一种低粘度液体，２在０℃时水的绝对粘度
约为透平油粘度的１６。而润滑液膜的承载能力／５

船舶用水润滑橡胶轴承模具及工装设计设计说明

船舶用水润滑橡胶轴承模具及工装设计设计说明船舶用水润滑橡胶轴承模具及工装设计设计说明2006届毕业设计说明书株洲工学院毕业设计说明书船舶用水润滑橡胶轴承模具及工装设计目录摘要 (2)1 绪论 (4)1.1水润滑轴承的发展现状 (5)1.2水润滑轴承材料 (6)1.3水润滑橡胶轴承 (7)1.3.1工作原理与特点 (7)1.3.2发展及存在问题 (8)1.3.3润滑机理研究简介 (8)1.4水润滑橡胶轴承研究展望 (9)1.5水润滑橡胶轴承的设计原则 (9)1.5.1橡胶层的厚度 (9)1.5.2轴承的设计比压 (9)1.5.3轴承的线速度 (10)1.5.4润滑水量及供水压力 (10)1.5.5轴承间隙 (10)2 橡胶轴承模具和工装设计 (11)2.1轴套的离心铸造 (12)2.1.1轴套的材料 (12)2.1.2轴套的成型设计 (12)2.1.3铜套的内外表面处理 (14)2.2橡胶模具设计 (14)2.2.1水润滑橡胶轴承模具设计原则 (14)2.2.2对制品零件的工艺分析 (14)2.2.3模具结构的确定 (15)2.2.4收缩率的确定 (18)2.2.5型腔尺寸的计算 (19)2.2.6模具外形尺寸的确定 (20)2.2.7压铸料腔的设计 (20)2.2.8浇注系统的设计 (22)2.2.9中模的设计 (23)2.2.10上模的设计 (23)2.2.11下模的设计 (23)2.2.12模芯的设计 (23)2.2.13模具材料的选用 (24)2.2.14模具精度 (25)2.3精加工夹具的设计 (26)2.3.1设计原则 (26)2.3.2工作原理 (26)2.3.3夹具心轴的设计 (26)2.3.4球面垫圈，锥面垫圈及螺母的设计(35)2.3.5胀套的设计 (35)2.3.6弹簧的设计 (36)摘要列举了水润滑轴承用的金属、塑料、陶瓷、橡胶材料的特点, 随着水润滑轴承的发展，在很多情况下，塑料、陶瓷、橡胶材料可用来替代金属轴承。

水润滑橡胶艉轴承模态分析研究

率以及在各阶频
１水润滑橡胶艉轴承
图１所示为整体式水润滑橡胶轴承，轴承内衬为丁腈橡胶层，硫化在衬套上。内衬上均匀分布１０条轴向水槽，水槽结构为ｒ＝８ｍｍ的半圆形。其尺寸参数见表１，材料参数见表２。
ｏｆｍｏｂｉｌｅｊａｃｋ — ｕｐｕｎｉｔｅｓ［Ｍ］．Ｒｅｖ．２ＪｅｍｅｙＣｉｔｙ，ＮＪ：
ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＮａｖａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｓａｎｄＭａｒｉｎｅＥｎｇｉｎｅｅｒｓ，
轴承的结构模态分析中，仅分析了艉轴承衬套的影响，没有深入探讨内衬材料如橡胶等的影
响。
本文以水润滑橡胶艉轴承为研究对象，应用Ａｎｓｙｓ有限元软件进行建模和理论模态分析，预测艉轴承结构的固有频率和振型。然后根据分析结果确定模态试验的悬挂点、激励点和信号采集点，通过力锤提供瞬态激励信号，得到橡胶轴承的
算与对比。结果表明，在计算模态与试验模态相似对应的模态振型中，两者的板条振型弯曲趋势相似；计算模态与试验模态数值接近，两者相关性良好，有限元结构模型可以反映实际结构模型。关键词：有限元法；水润滑橡胶艉轴承；模态
中图分类号：Ｕ６７５．７文献标志码：Ａ文章编号：１６７１－７９５３（２０１３）０２－００９４－０４

水润滑橡胶轴承振动噪声特性分析

性和非线性特性，在低速、载时，往工作在边界重往润滑状态，成轴～轴承之间的运动不连续，而出造进现摩擦振动和噪声。２Ｏ世纪７０年代开始国外就对水润滑轴承摩擦导致的振动噪声问题进行研究，结果表明该振动噪声特性与轴一轴承组成的摩擦系统
关键词：润滑橡胶轴承；动噪声；态耦合水振模中图分类号：６４２Ｕ６．１文献标识码：Ａ文章编号：０２— ３９（０２５— ３２— ５１０６３２１）００９０
ＡｎｌｓｓｏｉｔｏｌＮｏｓｆＷａｅｂｒｃｔｄＲｕｂｒＢｅｒｎｇａｙｉｆＦｒｃｉｎａｉｅｏｔｒＬｕｉａｅｂｅａｉｓ
自由度的轴一承模型。轴
ｏｏ ‰ ｏ
也是非对称矩阵。从物理意义上讲，刚度矩阵的不对称达到一定程度时，可能导致系统内部的能量馈
条件下橡胶轴承的失稳倾向，重点分析了橡胶材料的摩擦系数、弹性模量、密度和橡胶层厚度对水润滑橡胶轴承振动噪声的影响。研究结果表明摩擦系数越大，失稳倾向绝对值增大，生摩擦噪声产可能性增大；密度较小的橡胶材料失稳倾向的绝对值较小，利于减小轴承系统的摩擦噪声；有而减小橡胶层厚度也有利于减小摩擦噪声，为水润滑橡胶轴承材料选型和结构优化提供了参考和借鉴。
收稿日期

舰船水润滑橡胶尾轴承的结构设计

舰船水润滑橡胶尾轴承的结构设计
秦红玲周新聪王。浩闰志敏
（．武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所湖北武汉４０６；１３０３２．三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室湖北宜昌４３０；４０２３武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室湖北武汉４０６）．３０３
一
胶层的厚度和硬度等，如图２所示。现探讨各结构要素在设计时的参数选取范围。
１２船舶水润滑橡胶尾轴承的工作原理．
目前，水润滑尾轴承普遍采用开式水润滑系统，如图１所示。前端轴承靠水泵压力供水，水经过滤后，由水泵打进轴承前部，从后部流至船外。供水压
（．ｃｏｌｏｎｒｙａｄＰｗｒＥｇｎｅｎ，ｈｎＵｎｖｒｉｆｅｈｏｏ，ｈｎＨｂｉ３０３，ｈｎ；１ＳｈｏｆｅｇｎｏｅｎｉｅｒｇＷｕａｉｅｓｙｏｃｎｌｇＷｕａｕｅ４０６ＣｉａＥｉｔＴｙ
Ｓｒｃｕｒｓｇｏｈｉｔｒｂａｅ —ｕｂｉａｅｔｕｔｅＤｅｉｎｆｒＳｐＳｅｎＴｕｅＷｔｒｌｒｃｔｄＲｕｂｅａｉｇｂｒＢｅｒｎ
Ｑｉｎｌｇ，ＺｈｕＸｉｃｎｎＨｏｇｉ＇ｎｏｎｏｇ，Ｗａｎｏ，ｇＨａＹａｉｎ，ｎＺｈｍｉ。
基金项目：国家自然科学基金资助项目（０７０４５９９８；
５０９１）１７１９．

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收稿日期：２０１２．１０ — １９；修改稿收稿日期：２０１３－０５ — １４
基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９７９０８４；５１０７９１ｌ９）；浙江省舟山市科技计划项目（２０１２Ｃ３３００７）
关键词：复合橡胶；低噪声；临界转速；粘一滑现象
中图分类号：ＴＨ１１７．１
文献标识码：Ａ
０引言
水润滑橡胶轴承用于船舶螺旋桨轴尾管轴承已有１００多年的历史，至今仍被广泛采用，尤其是用于
军用舰船。水润滑橡胶轴承的突出优点是吸震、抗冲击性能优异，不污染水域。但缺点也很突出：承载能力低，设计比压只有油润滑轴承的ｌ／３。在启动、停机、低速运转等工况下，会产生振动噪声（Ｂｅａｒｉｎｇ
我国在舰船上使用水润滑轴承的历史也很悠久，取得了一些经验。但材料的摩擦系数、振动噪声
相对较高，尤其是在低速时。作者在多年研究、制造橡胶轴承的基础上，成功地研究出了一种低噪
声、低摩擦系数的复合橡胶轴承，命名为ＳＰＢ．Ｎ。其配方是丁腈橡胶、ＵＨＭＷＰＥ、石墨、二硫化钼
５４卷
第２期（总第２０５期）
中
国
造
船
Ｖ０Ｉ．５４Ｎｏ．２（Ｓｅｒｉａ１Ｎｏ．２０５）
Ｊｕｎｅ２Ｏｌ３
２０１３年６月
ＳＨＩＰＢＵＩＬＤＩＮＧＯＦＣＨ１ＮＡ
文章编号：１０００ — ４８８２（２０１３）０２．００７７ — ０８
１ＳＰＢ— Ｎ材料的配方及机械一物理性能
超高分子量聚乙烯（ＵＨＭＷＰＥ）是一种性能比尼龙优异的新型工程材料。其耐磨性能是尼龙的４
倍，耐泥砂磨损性能也很突出。自润滑性能好，摩擦系数小，冲击强度高，且耐腐蚀，无毒，无污染，
Ｎｏｉｓｅ），严重威胁舰船的安全性、隐蔽性及生存能力，对水下潜器来说这是致命的弱点Ｉ。水润滑尾管轴承材料的使用经历了两个阶段。第一阶段是以铁犁木为代表的木质和棉质材料。第
二阶段是以橡胶为代表的高弹性高分子化合物。美国为降低潜艇的噪声，在上世纪七十年代，开展了
低噪声舰船尾管水润滑橡胶轴承材料的研究
周新聪１，２闫志敏１，２唐育民，秦红玲一，赵华松４，田宇忠
ｆ１．武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所，武汉４３００６３；
２．武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室，武汉４３００６３；
３．三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室，宜昌４４３００２；
４．武汉市橡胶工业总公司，武汉４３００３５；５．中国船级社，武汉４３００００）
摘
要
水润滑尾管轴承材料的研制，具有重要的理论意义以及军事应用价值。为了研究新材料ＳＰＢ－Ｎ的摩擦学
以橡胶为基体的复合材料的研究。材料配方以超高分子量聚乙烯（ＵＨＭＷＰＥ）、丁腈橡胶和石墨等粉末为主要原料，后经模压制造的轴承，并申请了专利，命名为ＳＰＡ［２］。同时对水润滑橡胶轴承产生的振动噪声机理也进行了研究。美国为确保其海军的安全和可靠，在水润滑轴承的研制方面，一直处于领先地位，并颁布了世界上唯一的水润滑橡胶轴承的军标ＭＩＬ — ＤＴＬ一１７９０１Ｃ（ＳＨ）。
工作温度＜８０ ℃。而橡胶的吸震性好，轴承磨损小，在高速时，摩擦系数小，且有二次Байду номын сангаас 界大战积累
性能，在尾管轴承试验台架ＳＳＢ．１００上进行了试块和轴承试验，利用扭矩转矩仪和ＢＫ加速度传感器测定了
该材料在各工况条件下的摩擦系数和振动情况。结果表明：复合橡胶材料ＳＰＢ— Ｎ的机械一物理性能达到了中国船标ＣＢ／Ｔ７６９．２００８要求。该材料的摩擦学性能和低转速性能表现优异：在０．２８Ｍｐａ比压下，转速为０．５４ｒｒｄｓ时其摩擦系数达到最小值；其产生粘．滑现象的临界转速为０．２７ｍ／ｓ，且局部比压可达０．７ＭＰａ。这表明复合橡胶材料ＳＰＢ．Ｎ是一种综合性能优异的水润滑轴承材料。
中
国
造
船
学术论文
等。它使用的原材料性质，制造工艺与美国专利完全不同，从而其机械一物理性能也不相同。本文以水润滑橡胶尾轴承为对象，结合国家自然科学基金项目，进行了以减振降噪为目的的材料
研制，以及摩擦性能、摩擦振动等摩擦学问题的研究。