船舶主推力軸承徑向支撐軸承潤滑性能分析.pdf

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1、第39卷第5期2010年10月船海工程SHIP&OCEANENGINEERINGV01．39No．5Oct．2010船舶主推力軸承徑向支撐軸承潤滑性能分析周建輝1，姜濤2。張少凱2(1．中國艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢430064；2．海軍駐426廠軍代表室，遼寧大連116011)摘要：通過理論分析結(jié)合Matlab編程，對(duì)大型船舶推力軸承的徑向支撐軸承主要工況潤滑狀態(tài)進(jìn)行分析和研究，得到支撐軸承在同一垂向載荷和不同的轉(zhuǎn)速下油膜厚度、油膜壓力等主要潤滑參數(shù)的分布規(guī)律。關(guān)鍵詞：徑向支撐軸承；Reynolds方程；Matlab；潤滑性能中圖分類號(hào)：U664．21文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：167l一7953(

2、20lo)05—0088—04主推力軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)潤滑性能對(duì)軸系的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有重要影響，它一般由兩部分組成：承受軸向推力(拉力)的止推軸承；承受徑向載荷的徑向支撐軸承。止推軸承受軸向力，載荷方向與軸中心線平行，其結(jié)構(gòu)見圖1，徑向軸承受徑向力，載荷方向與軸中心垂直。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸頸和軸瓦被一層油膜完全隔開，并在油膜中產(chǎn)生流體動(dòng)壓力，借以平衡外載荷。船舶的大型化，使得船舶主推力軸承朝著大推力高比壓的趨勢發(fā)展，其徑向支撐軸承的工況愈加惡劣，所以有必要對(duì)其潤滑性能進(jìn)行分析Ll。4j。以某船為例，利用理論分析結(jié)合Matlab編程，對(duì)主推力軸承的徑向支撐軸承主要工況潤滑狀態(tài)進(jìn)行分析和研究。1234567j)fj

3、、(Ll-法蘭；2-后支撐軸承；3-正車推力塊；4-推力軸；5一倒車推力塊；6-前支撐軸承；7-法蘭圖1止推軸承與徑向軸承結(jié)構(gòu)示意圖該船共有4套軸系，左右對(duì)稱布置。各支撐徑向軸承的軸瓦本體采用25號(hào)鋼，軸瓦內(nèi)表面澆注有巴氏合金層。軸瓦內(nèi)徑515mm；軸瓦長度315mm；軸承半徑間隙O．40mm。為簡化計(jì)算，取單側(cè)軸系數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，由軸88收稿日期：2010—07—29修回日期：2010-09-01作者簡介：周建輝(1974一)，男，博士，工程師。研究方向：船舶動(dòng)力裝置E-mail：jhzhou．2005@163．corn系校中計(jì)算和實(shí)船負(fù)荷測量可知各推力軸承前、后支撐徑向軸承的徑向載荷如下：外

4、側(cè)推力軸承前支撐軸承，50．15kN；外側(cè)推力軸承后支撐軸承，72．43kN；內(nèi)側(cè)推力軸承前支撐軸承，68．37kN；內(nèi)側(cè)推力軸承后支撐軸承，66．81kN。每個(gè)徑向支撐軸承的主要運(yùn)行工況及其他條件見表l。表1支撐軸承主要已知條件工況／。橢r．rain速-。，支琴黧手躺篇率慧1支撐軸承潤滑流體分析及簡化1．1流體模型中粘度簡化分析該軸承所用潤滑油為LTSA68號(hào)汽輪機(jī)油，用經(jīng)典的Walter公式對(duì)潤滑液體粘性隨溫度變化的特性進(jìn)行分析和估算，可得到得該牌號(hào)汽輪機(jī)油粘性隨溫度變化擬合成曲線，見圖2。滑油溫度／℃圖2LTSA68號(hào)汽輪機(jī)油粘性隨溫度變化船舶主推力軸承徑向支撐軸承潤滑性能分析——周建輝

5、，姜濤，張少凱由圖2可見，隨著溫度的升高，滑油粘度不斷下降。因?yàn)檎扯仁橇黧w潤滑計(jì)算中的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)流體的潤滑特性有重要影響，而在軸承的實(shí)際工作中，滑油的溫度是變化的，其粘度也隨之變化，所以，本文計(jì)算中潤滑油的粘度取滑油在最惡劣工況時(shí)，即當(dāng)油溫為70℃時(shí)所對(duì)應(yīng)的粘度0．00165Pa·s。I．2流體分析模型流態(tài)分析根據(jù)滑動(dòng)軸承的流體動(dòng)力潤滑理論可知：R已血一出(1)7式中：R‰——臨界雷諾數(shù)；廠流體密度；【卜流體線速度；JIl曲——最小液膜厚度；廣流體粘度。用R‰來判斷流體動(dòng)力潤滑軸承的潤滑液的流態(tài)；一般在徑向軸承和推力軸承設(shè)計(jì)中取過渡區(qū)域的臨界雷諾數(shù)R島nin為580～800。由徑向支撐軸

6、承的已知條件和式(1)可得到在穩(wěn)定工況下徑向軸承的雷諾數(shù)估算值，見表2。表2支撐軸承的雷諾數(shù)估算表軸承直徑／轉(zhuǎn)速／粘度／最小油膜雷諾類型m(r·rainl)(Pa·s)厚度／×106nl數(shù)支撐軸承0．542100．0165258．5由表2可見，支撐軸承的雷諾數(shù)估算值為8．5，遠(yuǎn)小于臨界雷諾數(shù)R‰。值580～800，本次研究的支撐軸承的潤滑油流態(tài)為層流。由軸承的受力狀態(tài)和流體分析及簡化，取軸承在惡劣T況下進(jìn)行潤滑性能計(jì)算，此時(shí)軸承所承受的負(fù)荷為最大負(fù)荷73．43kN，軸承的油溫為最高油溫70℃，其對(duì)應(yīng)的潤滑油粘度為O．0165Pa．S。2支撐軸承理論分析及數(shù)值求解2．1支撐軸承潤滑流體模型由滑動(dòng)

7、軸承的流體動(dòng)力潤滑理論可知，當(dāng)支撐軸承處于穩(wěn)定的層流工作狀態(tài)時(shí)，其與軸之間的潤滑流體滿足流體動(dòng)力潤滑狀態(tài)下的雷諾方程【”]，即：丟(等髦)+麥(等髦)一6u差c2，對(duì)方程(2)進(jìn)行量綱一量化處理，令R—z／9，O≤q9≤2兀；名一z／詈，一1≤2≤1；=h／c，h=c+ecosO；萬一戶／‰，PO掣。支撐軸承的流場雷諾方程的量綱一量化的形式如下：品(五3騖)+(導(dǎo))2麥(無3髦)一籌c3，2．2程