水润滑橡胶合金轴承动态特性分析

论文摘要

水润滑橡胶合金轴承,是一种能减振、降噪耐磨的特种轴承,由于采用水作润滑剂和橡胶合金材料特殊的物理化学性质,具有了良好的润滑特性和独特的资源节约与环境友好优势,在水下工作环境得到了广泛的使用。随着石油、贵重金属材料价格的上涨及环境的日益恶化,基于资源节约和环境友好的创新设计理论、方法和技术,越来越受到人们的重视。通过轴承动态特性的振动研究,对其进行分析、控制和优化,掌握其结构、材料参数对其运行品质的影响,具有很重要的理论意义和实际价值;为此,本文在参考国内外关于水润滑橡胶轴承研究的重要文献的基础上,应用有限元分析软件对水润滑橡胶合金轴承进行了振动和噪声分析,并给出了水润滑橡胶合金轴承减振降噪的方法。具体研究内容概括如下:①介绍了水润滑橡胶合金轴承研究现状和发展趋势,从Reddy理论出发,对其振动方程进行了理论推导,为轴承振动分析提供了理论基础。②建立了水润滑橡胶合金轴承三维实体模型并对各部件划分网格,得到其有限元模型后对其进行模态分析,讨论了橡胶和铜管对模态的影响。③对轴承进行了谐响应分析和瞬态响应分析,对水润滑橡胶合金轴承铜套、结合面和橡胶层分别进行了分析研究,得到轴承的响应特性和规律。④改变轴承的材料参数和结构参数对轴承进行固有频率和应力分析,通过对比得到轴承的降振措施,从而为优化轴承结构,改善轴承运行性能和提高轴承的寿命提供工程参考。⑤利用复特征值理论,对水润滑橡胶合金轴承系统进行了噪声分析,讨论了水润滑橡胶合金轴承不同结构参数对噪声的影响,提出了通过改变其结构参数降低噪声的方法。本文内容得到国家自然科学基金面上项目“大尺寸高比压水润滑橡胶合金轴承的创新设计理论与方法”(项目编号:50775230)的资助,拟通过上述研究对水润滑橡胶合金轴承的振动特性和噪声研究方法提供新的借鉴。

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1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 水润滑轴承的振动的及其特点

1.2.1 水润滑轴承振动的因素

1.2.2 水润滑橡胶合金轴承振动的特点

1.3 国内外研究现状综述

1.3.1 水润滑轴承研究现状

1.3.2 水润滑轴承橡胶材料性能研究

1.4 课题主要研究内容

2 水润滑橡胶合金轴承动力学研究理论

2.1 多自由度系统的振动

2.2 轴承动力学模型

2.3 多自由度系统固有频率与振型计算方法

2.3.1 Lanczos 法

2.3.2 复模态求解方法

2.4 本章小结

3 水润滑橡胶合金轴承模态分析研究

3.1 ABAQUS/Standard 简介

3.2 模态分析概念及求解思路

3.3 水润滑橡胶合金轴承几何结构

3.4 水润滑橡胶合金轴承限元模型

3.4.1 单元选择

3.4.2 轴承橡胶内圈有限元模型

3.4.3 轴承法兰铜套外圈有限元模型

3.4.4 轴承有限元模型

3.4.5 边界条件的确定

3.5 模态分析结果

3.5.1 固有频率分析

3.5.2 振型图

3.5.3 轴承外圈和内圈振型

3.6 本章小结

4 稳态响应与瞬态响应分析

4.1 谐响应概念及求解思路

4.2 轴承的约束及载荷

4.3 谐响应分析结果

4.3.1 位移振型图

4.3.2 橡胶内圈响应

4.3.3 粘结层的剪应力

4.3.4 铜套外圈应力

4.4 瞬态分析

4.4.1 瞬态求解基本概念

4.4.2 基础位移

4.4.3 瞬态分析结果

4.5 本章小结

5 振动的控制

5.1 振动控制的方法概述

5.2 固有频率的控制

5.2.1 固有频率控制原理

5.2.2 通过增加约束改变固有频率

5.2.3 通过改变材料控制固有频率

5.3 改变系统阻尼

5.4 本章小结

6 结构对噪声的影响

6.1 振动与噪声的关系

6.2 振动噪声及其控制

6.3 水润滑橡胶合金轴承摩擦噪声有限元模型

6.3.1 水润滑橡胶合金轴承摩擦噪声的有限元分析原理

6.3.2 水润滑橡胶合金轴承摩擦噪声分析模型

6.4 分析及结果

6.4.1 过渡圆弧半径大小对摩擦噪声的影响

6.4.2 水道槽半径大小对摩擦噪声的影响

6.4.3 水道槽数量对摩擦噪声的影响

6.4.4 橡胶厚度对摩擦噪声的影响

6.5 本章小结

7 水润滑橡胶合金轴承瞬态响应实验

7.1 实验方案的确定

7.1.1 实验装置

7.1.2 传感器的连接及采样参数设置

7.2 实验结果处理

7.2.1 时域波形分析

7.2.2 频域分析波形

7.2.3 传递函数分析

7.3 本章小结

8 结论与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

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