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原文传递重载及启动工况下水润滑轴承多场耦合的润滑特性研究

论文题名：	重载及启动工况下水润滑轴承多场耦合的润滑特性研究
关键词：	水润滑轴承;润滑特性;海浪冲击;润滑性能
摘要：	水润滑轴承凭借其节约资源、绿色无污染等优势，已广泛应用于船舶、舰艇的推进轴系中。但由于水的低粘度物理特性，水润滑轴承常处于混合润滑状态。特别是在重载、启动等苛刻工况下，水润滑轴承的润滑状况较为恶劣，存在磨损加剧、轴承高温等问题，严重时会导致轴承系统损坏。　　鉴于此，本文构建了水润滑轴承瞬态启动理论模型，通过数值计算方法研究了重载及启动工况下多物理场耦合的水润滑轴承润滑性能，探讨了海浪冲击对启动时水润滑轴承瞬态性能的影响，旨在为苛刻工况下水润滑轴承结构设计和轴承系统安全启动提供理论参考。主要研究内容包括：　　(1)基于轴承混合润滑理论，建立瞬态压力场、温度场控制方程及主轴运动方程，并通过欧拉方法将各物理场控制方程耦合联立，构建了考虑轴承弹性变形、局部粗糙峰接触和系统温升的水润滑轴承瞬态启动模型，制定了启动模型的数值求解方案，并通过对比文献中的理论和试验数据验证了模型计算结果的可靠性。　　(2)研究了重载工况下水润滑轴承的稳态性能，明确了不同转速下重载水润滑轴承的润滑状态，得到了轴承系统的压力、温度分布，分析了水润滑轴承在重载工况下的温升机理，并研究了长径比对水润滑轴承膜厚、压力、承载力、摩擦系数及轴承温度等性能参数的影响。结果表明，重载工况下水润滑轴承存在较强的固体接触，具有较大的高温风险。选择较大的长径比可增大水膜承载力和最小膜厚，改善轴承润滑状态，进而降低轴承温度。但长径比过大会阻碍轴承的端泄散热，且当主轴与轴承表面固体接触强度较弱或无接触时，增大长径比会提高轴承摩擦系数。　　(3)仿真了启动工况下水润滑轴承的瞬态性能，分析了轴承润滑参数在启动过程中的瞬时变化规律，给出了主轴轴心的运动轨迹和特征时刻下的水膜压力分布，揭示了启动时水润滑轴承的承载机理，并探讨了轴承表面粗糙度对水润滑轴承瞬态启动性能的影响。研究发现，启动初期主轴受摩擦力的影响会产生剧烈的振动，导致膜厚、压力、承载力等参数发生急剧波动，且主轴振动随表面粗糙度的增大而变得更强烈。表面粗糙度的减小可使水膜承载力迅速提高，降低固体接触强度和摩擦系数，并有利于降低启动过程中的轴承温升。　　(4)考虑海浪冲击对水润滑轴承启动过程的影响，分析了冲击作用下的主轴轴心运动轨迹，研究了冲击发生时水膜压力和固体接触压力的变化规律，明确了水膜承载力和固体接触承载力对冲击载荷的响应机制。当海浪冲击载荷的方向及幅值合适时，可以抑制甚至消除启动初期主轴的强烈振动。冲击载荷进入启动过程的时间越早，越容易导致严重的固体接触，轴承系统稳定性也越差。此外，随冲击载荷幅值的增大、进入时间的提前，主轴实现起飞状态耗费时间也越短。
作者：	曹玉哲
专业：	机械工程
导师：	梁鹏;纪合聚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2021