水潤滑尾軸承-尾軸系統(tǒng)的橫向-摩擦耦合振動研究.pdf

1、水潤滑尾軸承-尾軸系統(tǒng)是水下航行器推進(jìn)裝置的重要組成部分，在低速巡航過程中，尾軸承與尾軸間的摩擦面容易產(chǎn)生摩擦振動噪聲。同時，由于該系統(tǒng)不平衡、不對中等因素引發(fā)的橫向（回旋）振動會改變摩擦面的法向運(yùn)動，進(jìn)而對摩擦振動的產(chǎn)生與消失產(chǎn)生重要影響。文中以水潤滑尾軸承-尾軸系統(tǒng)為研究對象，通過理論分析、數(shù)值仿真和臺架模擬試驗(yàn)，開展了橫向與摩擦耦合振動方程的穩(wěn)定性、系統(tǒng)運(yùn)動規(guī)律、系統(tǒng)影響因素、摩擦學(xué)性能和振動試驗(yàn)以及摩擦振動識別方法研究。主要研究

2、工作和結(jié)論如下：
　　（1）通過將尾軸頸的運(yùn)動位移加入動摩擦力的法向載荷描述，在橫向振動與摩擦振動的力學(xué)模型基礎(chǔ)上建立了計(jì)入動摩擦力的耦合振動方程，并進(jìn)行了穩(wěn)定性、系統(tǒng)剛度與阻尼特性分析，得出了支承力、動摩擦力、軸頸振動位移對系統(tǒng)運(yùn)動狀態(tài)的影響規(guī)律。
　?。?）開展了船舶在低速工況條件下尾軸與尾軸承的橫向和摩擦耦合振動的數(shù)值仿真研究，分析了尾軸頸與尾軸承接觸前后的運(yùn)動規(guī)律。研究結(jié)果表明：尾軸頸與尾軸承接觸前，系統(tǒng)處于流體動壓

3、潤滑狀態(tài)，此時運(yùn)動形態(tài)較為簡單，高幅值的暫態(tài)響應(yīng)很快被流體阻尼衰減，在潤滑液膜尚未破壞時系統(tǒng)就進(jìn)入了穩(wěn)定的受迫振動響應(yīng)階段；尾軸頸與尾軸承接觸后的運(yùn)動狀況較為復(fù)雜，在摩擦系數(shù)-速度關(guān)系曲線的負(fù)斜率區(qū)域，系統(tǒng)始終處于負(fù)阻尼狀態(tài)，無法進(jìn)入穩(wěn)定的受迫振動響應(yīng)階段，必然誘發(fā)某種形式的自激振動以耗散外激勵的能量；在曲線的零斜率區(qū)域，軸頸的運(yùn)動既不失穩(wěn)振蕩，振幅也不衰減；在曲線的正斜率區(qū)域，系統(tǒng)的等效阻尼隨軸頸的運(yùn)動位移增加不斷的加大，直到阻尼衰減

4、振動的效果跟動摩擦力引入的擾動項(xiàng)KbC0r′導(dǎo)致的擴(kuò)散效應(yīng)相當(dāng)時，耦合系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。在接觸后的運(yùn)動過程中，隨著速度降低，外部激勵的調(diào)制效應(yīng)減弱，使軸頸運(yùn)動的紊亂程度降低，增強(qiáng)了耦合振動系統(tǒng)朝穩(wěn)定性方向發(fā)展的趨勢；橫振效應(yīng)會增大摩擦振動幅值，但隨著轉(zhuǎn)速降低摩擦振動會出現(xiàn)擬周期化、混沌化的趨勢。
　　（3）分析了偏心距、軸承壓縮剛度和系統(tǒng)剛度與阻尼對水潤滑尾軸承-尾軸耦合振動系統(tǒng)的影響。尾軸頸與尾軸承接觸前后，較小的偏心距有利于降低軸

5、頸運(yùn)動初期的紊亂程度，延緩失穩(wěn)；尾軸承壓縮剛度較小時，暫態(tài)響應(yīng)幅值較小，軸頸運(yùn)動參數(shù)處于平穩(wěn)的周期增長狀態(tài)，提高了軸頸在負(fù)斜率區(qū)的運(yùn)動臨界值，使系統(tǒng)能保持更長時間的穩(wěn)定狀態(tài)；耦合系統(tǒng)剛度增加時，軸頸振幅小，系統(tǒng)的運(yùn)動形態(tài)相對穩(wěn)定；阻尼提高時，耦合系統(tǒng)出現(xiàn)失穩(wěn)的時間延長。
　?。?）利用船舶軸系綜合試驗(yàn)平臺進(jìn)行了水潤滑尾軸承-尾軸系統(tǒng)的摩擦學(xué)性能試驗(yàn)和振動試驗(yàn)。在降速過程中，軸系的不對中、不平衡等因素所引發(fā)的諧波橫振特征貫穿耦合振動

6、系統(tǒng)的整個過程，其振動幅值隨著轉(zhuǎn)速的下降而降低。在軸頸線速度1 m/s附近存在一個臨界速度區(qū)間。高于這個速度區(qū)間，系統(tǒng)不發(fā)生持續(xù)性接觸，偶發(fā)的碰磨會很快地衰減，不影響軸頸運(yùn)動形態(tài)；在這個速度區(qū)間內(nèi)則會出現(xiàn)幅值相對較小的摩擦振動，并輻射摩擦噪聲；低于這個速度區(qū)間，尾軸頸與軸承接觸點(diǎn)增多，軸心軌跡復(fù)雜，但摩擦振動幅值被抑制，摩擦噪聲監(jiān)測不到。通過空載與加載時的譜圖比較分析，表明橫振效應(yīng)的增強(qiáng)會壓縮這個速度區(qū)間。
　?。?）開展了摩擦振