船用橡膠軸承剛度分析

熊晨熙　謝基榕　孫凌寒

摘要：為進(jìn)行軸系與船體的耦合結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析，將船用橡膠軸承與軸頸的相互作用簡化為以集中質(zhì)量和剛度形式表述的動(dòng)力學(xué)縮聚模型，并通過接觸非線性有限元分析提取軸承結(jié)構(gòu)的等效質(zhì)量和等效剛度，準(zhǔn)確描述含有超彈性橡膠材料的軸承結(jié)構(gòu)在承受一定軸承壓力下的力學(xué)行為.計(jì)算橡膠軸承結(jié)構(gòu)等效質(zhì)量、等效徑向剛度、等效扭轉(zhuǎn)剛度以及等效轉(zhuǎn)動(dòng)剛度等，并討論橡膠壓縮性對(duì)軸承剛度的影響.結(jié)果表明：隨著橡膠可壓縮性的增強(qiáng)，軸承的等效徑向剛度增強(qiáng)，扭轉(zhuǎn)剛度減弱.

關(guān)鍵詞：橡膠軸承； 接觸； 超彈性； 等效剛度； 有限元

中圖分類號(hào)： U663.9； TB115.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0 引 言

橡膠軸承剛度小，有良好的隔振作用，在泥沙環(huán)境下有較好的耐磨性，被廣泛應(yīng)用于船舶尾軸承上.[1-2]在研究軸系與船體相互作用的動(dòng)力學(xué)問題時(shí)，為簡化問題，可采用有限元模擬軸承裝置與軸頸的相互作用.因此，需要建立軸承動(dòng)力學(xué)縮聚模型，以集中形式的剛度和質(zhì)量特性模擬整個(gè)軸承裝置與軸頸間的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性.

1 橡膠軸承結(jié)構(gòu)

目前，船用橡膠軸承一般采用板條式[3-4]，典型的水潤滑橡膠軸承結(jié)構(gòu)形式[5]見圖1.整個(gè)橡膠軸承裝置由軸套和軸瓦條組成，軸套為筒形整體結(jié)構(gòu)，圓周分布的軸瓦條通過螺釘安裝到軸套上.

7 結(jié)束語

為進(jìn)行軸系與船體耦合結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析，需要提取軸承結(jié)構(gòu)的等效質(zhì)量和等效剛度.在有限元軟件中進(jìn)行接觸非線性分析，準(zhǔn)確描述含有超彈性橡膠材料的軸承結(jié)構(gòu)在承受一定軸承壓力的力學(xué)行為，給出軸承結(jié)構(gòu)等效質(zhì)量和等效剛度的計(jì)算方法和計(jì)算結(jié)果，并討論橡膠可壓縮性對(duì)軸承剛度的影響，發(fā)現(xiàn)隨著橡膠可壓縮性的增強(qiáng)，軸承的等效徑向剛度增強(qiáng)，扭轉(zhuǎn)剛度變?nèi)?

參考文獻(xiàn)：

[1] 姚世衛(wèi)， 楊俊， 張雪冰， 等. 水潤滑橡膠軸承振動(dòng)噪聲機(jī)理分析與試驗(yàn)研究[J]. 振動(dòng)與沖擊， 2011， 30（2）： 214-216.

YAO Shiwei， YANG Jun， ZHANG Xuebing， et al. Vibration and noise mechanism analysis and tests for water-lubrication rubber bearings[J]. J Vibration & Shock， 2011， 30（2）： 214-216.

[2] 周建輝， 劉正林， 朱漢華， 等. 船舶水潤滑橡膠尾軸承摩擦性能試驗(yàn)研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)： 交通科學(xué)與工程版， 2008， 32（5）： 842-844.

ZHOU Jianhui， LIU Zhenglin， ZHU Hanhua， et al. Experimental study on frictional characteristics of rubber water-lubricated stern tube bearings[J]. J Wuhan Univ Technol： Transportation Sci Eng， 2008， 32（5）： 842-844.

[3] 楊俊， 王雋， 周旭輝， 等. 水潤滑橡膠軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 艦船科學(xué)技術(shù)， 2011， 33（8）： 103-107.

YANG Jun， WANG Jun， ZHOU Xuhui， et al. Structure research of water-lubricated rubber bearings[J]. Ship Sci & Technol， 2011， 33（8）： 103-107.

[4] 姚世衛(wèi)， 胡宗成， 馬斌， 等. 橡膠軸承研究進(jìn)展及在艦艇上的應(yīng)用分析[J]. 艦船科學(xué)技術(shù)， 2005， 27（S1）： 27-30.

YAO Shiwei， HU Zongcheng， MA Bin， et al. The new development of rubber bearing and its application in warships[J]. Ship Sci & Technol， 2005， 27（S1）： 27-30.

[5] 田宇忠， 劉正林， 金勇， 等. 水潤滑橡膠尾軸承鳴音試驗(yàn)研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2011， 33（1）： 130-133.

TIAN Yuzhong， LIU Zhenlin， JIN Yong， et al. Mechanism analysis of squeal of water lubrication stern tube rubber bearing based on experimental study[J]. J Wuhan Univ Technol， 2011， 33（1）： 130-133.

[6] SIMPSON T A， IBRAHIM R A. Nonlinear friction-induced vibration in water-lubricated bearings[J]. J Vibration & Contr， 1996， 2（1）： 87-113.

[7] AWREJCEWICZ J， PYRYEV Yu. Thermoelastic contact of a rotating shaft with a rigid bush in conditions of bush wear and stick-slip movements[J]. Int J Eng Sci， 2002， 40（10）： 1113-1130.

[8] 劉宇， 周建輝， 戴明城. 水潤滑軸承彈流動(dòng)壓潤滑和摩擦特性數(shù)值計(jì)算分析[J]. 船海工程， 2011， 40（5）： 69-72.

LIU Yu， ZHOU Jianhui， DAI Mingcheng. Numerical analysis of elastic flow lubrication and friction characteristics of water lubricated bearings[J]. Ship & Ocean Eng， 2011， 40（5）： 69-72.

[9] KHULIEF Y A， AL-SULAIMAN F A， BASHMAL S. Vibration analysis of drillstrings with self-excited stick-slip oscillations[J]. J Sound & Vibration， 2007， 299（3）： 540-558.

[10] 莊茁， 張帆， 岺松， 等. Abaqus非線性有限元分析與實(shí)例[M]. 北京： 科學(xué)出版社， 2005： 277-292.

（編輯 陳鋒杰）

摘要：為進(jìn)行軸系與船體的耦合結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析，將船用橡膠軸承與軸頸的相互作用簡化為以集中質(zhì)量和剛度形式表述的動(dòng)力學(xué)縮聚模型，并通過接觸非線性有限元分析提取軸承結(jié)構(gòu)的等效質(zhì)量和等效剛度，準(zhǔn)確描述含有超彈性橡膠材料的軸承結(jié)構(gòu)在承受一定軸承壓力下的力學(xué)行為.計(jì)算橡膠軸承結(jié)構(gòu)等效質(zhì)量、等效徑向剛度、等效扭轉(zhuǎn)剛度以及等效轉(zhuǎn)動(dòng)剛度等，并討論橡膠壓縮性對(duì)軸承剛度的影響.結(jié)果表明：隨著橡膠可壓縮性的增強(qiáng)，軸承的等效徑向剛度增強(qiáng)，扭轉(zhuǎn)剛度減弱.

關(guān)鍵詞：橡膠軸承； 接觸； 超彈性； 等效剛度； 有限元

中圖分類號(hào)： U663.9； TB115.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0 引 言

橡膠軸承剛度小，有良好的隔振作用，在泥沙環(huán)境下有較好的耐磨性，被廣泛應(yīng)用于船舶尾軸承上.[1-2]在研究軸系與船體相互作用的動(dòng)力學(xué)問題時(shí)，為簡化問題，可采用有限元模擬軸承裝置與軸頸的相互作用.因此，需要建立軸承動(dòng)力學(xué)縮聚模型，以集中形式的剛度和質(zhì)量特性模擬整個(gè)軸承裝置與軸頸間的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性.

1 橡膠軸承結(jié)構(gòu)

目前，船用橡膠軸承一般采用板條式[3-4]，典型的水潤滑橡膠軸承結(jié)構(gòu)形式[5]見圖1.整個(gè)橡膠軸承裝置由軸套和軸瓦條組成，軸套為筒形整體結(jié)構(gòu)，圓周分布的軸瓦條通過螺釘安裝到軸套上.

7 結(jié)束語

為進(jìn)行軸系與船體耦合結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析，需要提取軸承結(jié)構(gòu)的等效質(zhì)量和等效剛度.在有限元軟件中進(jìn)行接觸非線性分析，準(zhǔn)確描述含有超彈性橡膠材料的軸承結(jié)構(gòu)在承受一定軸承壓力的力學(xué)行為，給出軸承結(jié)構(gòu)等效質(zhì)量和等效剛度的計(jì)算方法和計(jì)算結(jié)果，并討論橡膠可壓縮性對(duì)軸承剛度的影響，發(fā)現(xiàn)隨著橡膠可壓縮性的增強(qiáng)，軸承的等效徑向剛度增強(qiáng)，扭轉(zhuǎn)剛度變?nèi)?

參考文獻(xiàn)：

[1] 姚世衛(wèi)， 楊俊， 張雪冰， 等. 水潤滑橡膠軸承振動(dòng)噪聲機(jī)理分析與試驗(yàn)研究[J]. 振動(dòng)與沖擊， 2011， 30（2）： 214-216.

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[2] 周建輝， 劉正林， 朱漢華， 等. 船舶水潤滑橡膠尾軸承摩擦性能試驗(yàn)研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)： 交通科學(xué)與工程版， 2008， 32（5）： 842-844.

ZHOU Jianhui， LIU Zhenglin， ZHU Hanhua， et al. Experimental study on frictional characteristics of rubber water-lubricated stern tube bearings[J]. J Wuhan Univ Technol： Transportation Sci Eng， 2008， 32（5）： 842-844.

[3] 楊俊， 王雋， 周旭輝， 等. 水潤滑橡膠軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 艦船科學(xué)技術(shù)， 2011， 33（8）： 103-107.

YANG Jun， WANG Jun， ZHOU Xuhui， et al. Structure research of water-lubricated rubber bearings[J]. Ship Sci & Technol， 2011， 33（8）： 103-107.

[4] 姚世衛(wèi)， 胡宗成， 馬斌， 等. 橡膠軸承研究進(jìn)展及在艦艇上的應(yīng)用分析[J]. 艦船科學(xué)技術(shù)， 2005， 27（S1）： 27-30.

YAO Shiwei， HU Zongcheng， MA Bin， et al. The new development of rubber bearing and its application in warships[J]. Ship Sci & Technol， 2005， 27（S1）： 27-30.

[5] 田宇忠， 劉正林， 金勇， 等. 水潤滑橡膠尾軸承鳴音試驗(yàn)研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2011， 33（1）： 130-133.

TIAN Yuzhong， LIU Zhenlin， JIN Yong， et al. Mechanism analysis of squeal of water lubrication stern tube rubber bearing based on experimental study[J]. J Wuhan Univ Technol， 2011， 33（1）： 130-133.

[6] SIMPSON T A， IBRAHIM R A. Nonlinear friction-induced vibration in water-lubricated bearings[J]. J Vibration & Contr， 1996， 2（1）： 87-113.

[7] AWREJCEWICZ J， PYRYEV Yu. Thermoelastic contact of a rotating shaft with a rigid bush in conditions of bush wear and stick-slip movements[J]. Int J Eng Sci， 2002， 40（10）： 1113-1130.

[8] 劉宇， 周建輝， 戴明城. 水潤滑軸承彈流動(dòng)壓潤滑和摩擦特性數(shù)值計(jì)算分析[J]. 船海工程， 2011， 40（5）： 69-72.

LIU Yu， ZHOU Jianhui， DAI Mingcheng. Numerical analysis of elastic flow lubrication and friction characteristics of water lubricated bearings[J]. Ship & Ocean Eng， 2011， 40（5）： 69-72.

[9] KHULIEF Y A， AL-SULAIMAN F A， BASHMAL S. Vibration analysis of drillstrings with self-excited stick-slip oscillations[J]. J Sound & Vibration， 2007， 299（3）： 540-558.

[10] 莊茁， 張帆， 岺松， 等. Abaqus非線性有限元分析與實(shí)例[M]. 北京： 科學(xué)出版社， 2005： 277-292.

（編輯 陳鋒杰）

摘要：為進(jìn)行軸系與船體的耦合結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析，將船用橡膠軸承與軸頸的相互作用簡化為以集中質(zhì)量和剛度形式表述的動(dòng)力學(xué)縮聚模型，并通過接觸非線性有限元分析提取軸承結(jié)構(gòu)的等效質(zhì)量和等效剛度，準(zhǔn)確描述含有超彈性橡膠材料的軸承結(jié)構(gòu)在承受一定軸承壓力下的力學(xué)行為.計(jì)算橡膠軸承結(jié)構(gòu)等效質(zhì)量、等效徑向剛度、等效扭轉(zhuǎn)剛度以及等效轉(zhuǎn)動(dòng)剛度等，并討論橡膠壓縮性對(duì)軸承剛度的影響.結(jié)果表明：隨著橡膠可壓縮性的增強(qiáng)，軸承的等效徑向剛度增強(qiáng)，扭轉(zhuǎn)剛度減弱.

關(guān)鍵詞：橡膠軸承； 接觸； 超彈性； 等效剛度； 有限元

中圖分類號(hào)： U663.9； TB115.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0 引 言

橡膠軸承剛度小，有良好的隔振作用，在泥沙環(huán)境下有較好的耐磨性，被廣泛應(yīng)用于船舶尾軸承上.[1-2]在研究軸系與船體相互作用的動(dòng)力學(xué)問題時(shí)，為簡化問題，可采用有限元模擬軸承裝置與軸頸的相互作用.因此，需要建立軸承動(dòng)力學(xué)縮聚模型，以集中形式的剛度和質(zhì)量特性模擬整個(gè)軸承裝置與軸頸間的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性.

1 橡膠軸承結(jié)構(gòu)

目前，船用橡膠軸承一般采用板條式[3-4]，典型的水潤滑橡膠軸承結(jié)構(gòu)形式[5]見圖1.整個(gè)橡膠軸承裝置由軸套和軸瓦條組成，軸套為筒形整體結(jié)構(gòu)，圓周分布的軸瓦條通過螺釘安裝到軸套上.

7 結(jié)束語

為進(jìn)行軸系與船體耦合結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析，需要提取軸承結(jié)構(gòu)的等效質(zhì)量和等效剛度.在有限元軟件中進(jìn)行接觸非線性分析，準(zhǔn)確描述含有超彈性橡膠材料的軸承結(jié)構(gòu)在承受一定軸承壓力的力學(xué)行為，給出軸承結(jié)構(gòu)等效質(zhì)量和等效剛度的計(jì)算方法和計(jì)算結(jié)果，并討論橡膠可壓縮性對(duì)軸承剛度的影響，發(fā)現(xiàn)隨著橡膠可壓縮性的增強(qiáng)，軸承的等效徑向剛度增強(qiáng)，扭轉(zhuǎn)剛度變?nèi)?

參考文獻(xiàn)：

[1] 姚世衛(wèi)， 楊俊， 張雪冰， 等. 水潤滑橡膠軸承振動(dòng)噪聲機(jī)理分析與試驗(yàn)研究[J]. 振動(dòng)與沖擊， 2011， 30（2）： 214-216.

YAO Shiwei， YANG Jun， ZHANG Xuebing， et al. Vibration and noise mechanism analysis and tests for water-lubrication rubber bearings[J]. J Vibration & Shock， 2011， 30（2）： 214-216.

[2] 周建輝， 劉正林， 朱漢華， 等. 船舶水潤滑橡膠尾軸承摩擦性能試驗(yàn)研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)： 交通科學(xué)與工程版， 2008， 32（5）： 842-844.

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[3] 楊俊， 王雋， 周旭輝， 等. 水潤滑橡膠軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 艦船科學(xué)技術(shù)， 2011， 33（8）： 103-107.

YANG Jun， WANG Jun， ZHOU Xuhui， et al. Structure research of water-lubricated rubber bearings[J]. Ship Sci & Technol， 2011， 33（8）： 103-107.

[4] 姚世衛(wèi)， 胡宗成， 馬斌， 等. 橡膠軸承研究進(jìn)展及在艦艇上的應(yīng)用分析[J]. 艦船科學(xué)技術(shù)， 2005， 27（S1）： 27-30.

YAO Shiwei， HU Zongcheng， MA Bin， et al. The new development of rubber bearing and its application in warships[J]. Ship Sci & Technol， 2005， 27（S1）： 27-30.

[5] 田宇忠， 劉正林， 金勇， 等. 水潤滑橡膠尾軸承鳴音試驗(yàn)研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2011， 33（1）： 130-133.

TIAN Yuzhong， LIU Zhenlin， JIN Yong， et al. Mechanism analysis of squeal of water lubrication stern tube rubber bearing based on experimental study[J]. J Wuhan Univ Technol， 2011， 33（1）： 130-133.

[6] SIMPSON T A， IBRAHIM R A. Nonlinear friction-induced vibration in water-lubricated bearings[J]. J Vibration & Contr， 1996， 2（1）： 87-113.

[7] AWREJCEWICZ J， PYRYEV Yu. Thermoelastic contact of a rotating shaft with a rigid bush in conditions of bush wear and stick-slip movements[J]. Int J Eng Sci， 2002， 40（10）： 1113-1130.

[8] 劉宇， 周建輝， 戴明城. 水潤滑軸承彈流動(dòng)壓潤滑和摩擦特性數(shù)值計(jì)算分析[J]. 船海工程， 2011， 40（5）： 69-72.

LIU Yu， ZHOU Jianhui， DAI Mingcheng. Numerical analysis of elastic flow lubrication and friction characteristics of water lubricated bearings[J]. Ship & Ocean Eng， 2011， 40（5）： 69-72.

[9] KHULIEF Y A， AL-SULAIMAN F A， BASHMAL S. Vibration analysis of drillstrings with self-excited stick-slip oscillations[J]. J Sound & Vibration， 2007， 299（3）： 540-558.

[10] 莊茁， 張帆， 岺松， 等. Abaqus非線性有限元分析與實(shí)例[M]. 北京： 科學(xué)出版社， 2005： 277-292.

（編輯 陳鋒杰）