船用剖分式橡膠艉軸承接觸性能分析.pdf

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1、第40卷第l期2011年02月船海T

2、程SHIP&.(X:EANEN(jINEERINGV01.40No.1Feb.2011船用剖分式橡膠艉軸承接觸性能分析潘月平1。朱兵1,王如意2,魯勝2(1.中國人民解放軍第四八一二工廠,安徽安慶246016;2.武漢理工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院,武漢430063)摘要:應(yīng)用Adina軟件建屯船用剖分式橡膠艉軸承的有限元接觸模犁.分析在螺旋槳重力作用下,橡膠軸承與螺旋槳接觸時的壓力、有效應(yīng)力和位移的分布狀況.以及水槽數(shù)}=}對橡膠軸承接觸性能的影響。分析表明:南于水槽的存在.導(dǎo)致軸承接觸壓力和有效應(yīng)力分布不連續(xù)

3、。單個板條接觸壓力分布呈上凸拋物線。有效應(yīng)力分布呈下凹拋物線;從軸承尾端到前端.軸承下瓦中間板條的接觸壓力、有效應(yīng)力和接觸位移,呈先增大后減少的趨勢;隨著水槽數(shù)日的增大。中I’日J板條的接觸壓力減小,有效應(yīng)力增加,但接觸位移變化則不明顯。關(guān)鍵詞:剖分式橡膠軸承;有限元;接觸壓力;有效應(yīng)力;接觸位移中圖分類號:U664.21文獻標志碼:A文章編號:1671—7953(2011)O卜0087—04為了減少艉軸承漏油所造成的水環(huán)境污染,水潤滑方式得到了高度重視,水潤滑艉軸承在船舶上得到推廣使用,如橡膠艉軸承等。橡膠艉軸承有剖分式和整體式兩種。當船舶艉管

4、軸承由于磨損或損傷等原因。需要進行檢查或更換時,剖分式與整體式相比具有拆裝方便、維修時間短等優(yōu)勢。但任何水潤滑軸承也有不足之處,尤其在低速、重載以及啟動與停機瞬間,軸承與軸之間難以建立完整的水膜將兩者隔離,甚至出現(xiàn)接觸狀態(tài)。這種接觸狀態(tài)對軸承的摩擦和磨損有重要的影響i1‘2I。文中以船用剖分式水潤滑橡膠艉軸承為研究對象,應(yīng)用有限元接觸仿真方法,重點研究軸承的接觸狀況。分析在螺旋槳重力作用下,軸承的接觸壓力、有效應(yīng)力和接觸位移的分布狀況,以及水槽數(shù)目對接觸壓力、有效應(yīng)力和接觸位移等參數(shù)的影響規(guī)律。1剖分式橡膠軸承1.1軸承結(jié)構(gòu)及裝配圖船用剖分式水潤

5、滑橡膠艉軸承(以下簡稱軸承)由上下瓦組成。上下瓦結(jié)合面與軸線成一定夾角,方便裝卸。并保證瓦塊自鎖,防止上下瓦在收稿日期:2010一11—22修回日期:2010一12—23作者簡介:潘月平(1974一)。男,學(xué)士.丁程師。研究方向:船舶r程E-棚iI:ruyi618@163.com工作中出現(xiàn)相互錯動。瓦的內(nèi)襯為橡膠,外襯為鋼套,其結(jié)構(gòu)見圖1。1一外襯(鋼套);2一內(nèi)襯(橡膠)圖l軸承結(jié)構(gòu)示意圖2所示為軸承與螺旋槳軸的裝配示意圖,模擬軸承受力狀況。螺旋槳軸(以下簡稱軸)的左端施加螺旋槳重力P,右端約束。1234I-軸;2一軸襯套(銅套)13·軸承內(nèi)襯

6、14一軸承外襯圖2船舶艉軸承裝配示意1.2軸承與軸的幾何參數(shù)和材料物理性能參數(shù)軸承與軸的幾何參數(shù)和材料物理性能參數(shù)見表1、表2。87第l期船海工程第40卷表l軸承的幾何參數(shù)表2軸承與軸的材料物理性能參數(shù)名稱鋼套橡膠銅套軸彈性模顰E/MPa2.Ol×1058×1021.03×1052.Ol×lO二泊松比口o.260.47O.300.26童壁芝!墮:竺:!!!!!!!!12橡膠軸承的有限元接觸模型2.1建模與求解方法根據(jù)圖1與圖2所示,應(yīng)用Adina軟件建立軸承與軸的有限元模型,重點解決軸承與軸的接觸問題。Adina軟件提供有節(jié)段接觸、點對點接觸、剛

7、性目標接觸等i種接觸類型l{j,常用的求解方法有I。agrange乘子法、罰甬數(shù)法以及基于求解器的直接約束法¨]。由于橡膠是非線性和超彈性的材料,岡此采用節(jié)段接觸模型建模和直接約束法求解。2.2網(wǎng)格劃分與邊界條件通過六面體映射網(wǎng)格,分別建立軸頸、銅襯套、橡膠、鋼套和螺旋槳的8節(jié)點,3DSolid單元網(wǎng)格。其中軸頸5400個單元,7440個節(jié)點;銅套襯16200個單元,23040個節(jié)點;橡膠18144個單元,24480個節(jié)點;鋼套64680個單元,10800個節(jié)點,螺旋槳540個單元,960個節(jié)點。橡膠艉軸承與艉軸某一截面的有限元模型見圖3所示。2

8、)在軸承鋼套的外表面施加全同定約束,同時,在軸的一端向施加傘約束,另一端施加P為3.4×104N重力載荷,模擬螺旋槳的重力。3計算結(jié)果與分析3.1軸承艉端面的接觸狀況由于螺旋槳重力的懸臂作用,軸承負荷分布產(chǎn)牛邊緣效應(yīng),靠近螺旋槳端的(軸承尾端面)接觸壓力最大,變形也最大,并從軸承尾端向首端呈梯度分布。由此可見,軸承尾端面的工作條件惡劣,對軸承的使用性能與壽命周期有蕈要的影響。兇此以I皋I2中的軸承尾端面為研究對象,進行接觸壓力分布、有效應(yīng)力分布和接觸位移分布研究。1)接觸壓力分布狀況。軸承尾端面周向接觸壓力分布見圖4。耋∥、180¨o飛oij妒1

9、㈧l{州問角,(。)圖4軸承尾端面周向接觸壓力分布由圖4可見.在螺旋槳鶯力作用下,軸承尾端面的接觸壓力主要分布在軸承下瓦120。圓周范圍

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