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原文传递水润滑橡胶轴承的摩擦力模型及轴系非线性动态响应分析

论文题名：	水润滑橡胶轴承的摩擦力模型及轴系非线性动态响应分析
关键词：	水润滑橡胶轴承;摩擦力模型;轴系模态;非线性动态响应
摘要：	螺旋桨推进轴系艉部振动噪声是潜艇水下辐射噪声的主要部分，轴系艉部减振降噪具有重要意义。推进轴系在运转时，受到螺旋桨水动力、船体变形、润滑水膜等各种动态因素的影响，艉轴承处的工作状况复杂。艉轴承工作状况会影响到整个轴系的工作状况：一方面，艉轴承对中不良影响轴系载荷分配，可使轴系产生异常振动；另一方面，艉轴承与转轴间的摩擦力会诱发轴系振动。针对上述问题，论文围绕“水润滑橡胶轴承”和“轴系非线性动态响应”开展工作。主要研究内容和结论如下：　　（1）基于水润滑橡胶轴承摩擦测试实验，建立了水润滑橡胶轴承的摩擦力模型。测试获得了不同轴承材料、不同材料硬度、不同板条结构的水润滑橡胶轴承在不同转速、不同正压力、均匀或非均匀受载、涡动等工况下的摩擦系数数据，并分析了各因素对摩擦系数的影响规律。建立了依赖于速度和轴承比压的双参数摩擦力模型，可为轴系振动响应计算提供更加完备的输入参数。　　（2）进行了轴系静力计算和模态分析，艉轴承位置上下或左右变动使艉轴承具有垂直或水平不对中量，影响轴系载荷分配和轴系模态。采用有限元方法建立了轴系模型，通过静力计算研究了艉轴承不对中量与轴系载荷分配间的关系；通过模态分析研究了艉轴承不对中对轴系模态的影响。研究结果表明，适当抬高艉轴承可使艉轴承承载更加均匀，艉轴承不对中对轴系低阶模态影响相对明显。　　（3）分析了艉轴承不对中对轴系横向振动响应的影响，从轴系整体动力学的角度，针对艉轴承不对中对轴系横向振动的影响进行了理论分析。艉轴承支承力是依赖于不对中量的非线性模型，考虑螺旋桨的不平衡回旋，基于有限元方法建立了连续轴系的“不对中量-非线性支反力-轴系弯曲振动”的非线性振动方程。运用模态截断法求解非线性动力学响应，分析了艉轴承不对中与轴系横向振动之间的关系，为改善轴系对中状况与减小轴系振动提供参考。研究结果表明，轴系振动响应包含基频和奇数倍频振动成分，没有出现偶数倍频成分，倍频与轴系固有频率越接近则该成分振动幅值越大，不对中量与各振动成分幅值有关。　　（4）计算了考虑摩擦激励的轴系非线性动态响应，基于依赖于速度和比压的双参数水润滑橡胶轴承摩擦力数学模型，建立了考虑摩擦激励的轴系非线性动力学模型。通过求解轴系非线性动态响应，分析了轴系动态响应规律，讨论了阻尼和转速对振动的影响，并针对“仅考虑弯曲振动的轴系在摩擦激励下能够产生自激振动”的问题作一探索。计算结果表明，轴系振动有基频和奇偶倍频振动成分，阻尼使振动幅值减小；转速降低倍频振动成分幅值明显减小，当转速低于某一值，轴系产生自激振动。　　（5）全文工作的概括总结，指出了论文创新点、不足的方面以及需要进一步开展的工作。
作者：	马斌
专业：	机械设计及理论
导师：	张志谊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文