论文题目: 船舶螺旋桨轴振动与润滑耦合理论和试验研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 载运工具运用工程
作者: 朱汉华
导师: 刘正林,温诗铸,严新平
关键词: 船舶螺旋桨轴,轴承润滑,弯扭振动,耦合分析,冲击载荷分析
文献来源: 武汉理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 螺旋桨轴是船舶推进系统中的关键组成部件,由于它所受到的载荷多而不稳定、轴线弯曲变形严重、轴线对中后难以保证合理状态以及惯性质量大的船舶主机和螺旋桨安装在润滑支承轴承的外侧等受力和结构特点,所以在外界干扰力作用下它容易发生振动和润滑油膜的振荡,产生多种故障,因此,关于船舶螺旋桨轴运行的稳定性和可靠性的研究对船舶设计和建造具有重要的理论意义。 本文以船舶螺旋桨轴为研究对象,从螺旋桨轴的受力与变形分析、轴承的动态润滑参数计算、螺旋桨轴在轴承油膜耦合条件下的频率和振型计算、轴承油膜支承条件下螺旋桨轴轴颈的非线性动力分析、油膜耦合条件下冲击载荷引起的螺旋桨轴弯曲与扭转振动耦合分析以及试验验证等六个方面开展研究,通过研究得到如下几点结论: 1.螺旋桨轴受到船舶主机的驱动力矩和回转惯性力、轴承油膜支承力、螺旋桨的推进力和阻力矩以及轴和螺旋桨的自重等多个力和力矩的作用,这些载荷波动而不稳定,引起轴线弯曲变形,使轴线存在质量偏心,在回转运动中易于激起轴的振动,易于产生螺旋桨轴的振动和轴承油膜润滑的失效等故障,因此保持载荷的稳定和减小轴线弯曲可以有效抑制轴的振动。 2.螺旋桨轴承油膜的支承能力、动念刚度阻尼系数和轴颈中线与轴承中线之间的夹角、轴颈中心的偏心率密切相关,从计算结果的曲线变化趋势可以得到以下两点结论:(1)中线之问央角和轴颈中心偏心率与螺旋桨轴承润滑特性参数呈较强的非线性关系,随着夹角和偏心率的增大,它们均能增大轴承的油膜力、单方向上的刚度和阻尼系数,减小交叉阻尼系数,而对交叉刚度的影响有增有减;(2)偏心率对轴承润滑特性的影响比轴颈中线与轴承中线之间央角对轴承润滑性能的影响更强烈。 3.螺旋桨轴的各阶振动频率和振型与轴的回转速度相关,随着转速的提高,轴承润滑油膜刚度降低,轴的各阶振动频率降低,振型也相应变化。但油膜刚度改变对各阶振动频率的影响不同,从计算得到的数据表可以看出,油膜刚度变化对低阶振动频率影响较大,而对高阶振动频率影响较小。
论文目录:
第1章 绪论
1.1 论文选题的背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 轴的安装、支承与对中
1.2.2 轴的润滑研究
1.2.3 轴的振动与耦合研究
1.3 论文研究的目的和意义
1.4 研究的主要内容
第2章 螺旋桨轴受力与变形分析
2.1 概述
2.2 螺旋桨轴的受力分析
2.2.1 船舶柴油机作用在螺旋桨轴上的力和力矩
2.2.2 船舶螺旋桨产生的力和力矩
2.2.3 螺旋桨轴轴承所产生的润滑油膜力
2.3 螺旋桨轴的变形分析
2.4 螺旋桨轴的运动特点
2.5 本章小结
第3章 螺旋桨轴承的润滑特性分析
3.1 概述
3.2 滑动轴承的润滑理论
3.2.1 润滑方程及其无量纲化
3.2.2 轴承润滑计算的边界条件
3.2.3 轴承油膜的动力特征参数
3.2.4 轴承的润滑油膜静平衡条件
3.3 螺旋桨轴承的参数计算方法
3.3.1 螺旋桨轴承的压力分布计算方法
3.3.2 螺旋桨轴颈静平衡中心位置的计算方法
3.3.3 螺旋桨轴承的动力特性参数的计算方法
3.3.4 螺旋桨轴承的油膜厚度计算
3.4 螺旋桨轴轴承的润滑计算与分析
3.4.1 夹角β对油膜特性参数的影响分析
3.4.2 偏心率ε对油膜特性参数的影响分析
3.5 本章小结
第4章 考虑润滑耦合的螺旋桨轴弯曲振动分析
4.1 概述
4.2 螺旋桨轴的离散单元模型
4.2.1 惯性质量圆盘单元
4.2.2 无质量轴段单元
4.2.3 轴承单元
4.3 螺旋桨轴离散单元的状态传递矩阵
4.3.1 带支承的惯性质量圆盘单元的传递矩阵
4.3.2 无质量等截面当量弹性轴单元的传递矩阵
4.3.3 集总圆盘-弹性轴组合单元的传递矩阵
4.4 螺旋桨轴的固有频率和振型的计算
4.4.1 离散单元间状态向量的传递关系
4.4.2 螺旋桨轴系统的边界条件
4.4.3 螺旋桨轴振动系统的固有频率和振型
4.4.4 螺旋桨轴振动系统的固有频率求法
4.5 螺旋桨轴的振动与润滑耦合计算与分析
4.5.1 润滑耦合下螺旋桨轴振动的计算
4.5.2 螺旋桨轴振动与润滑耦合分析
4.6 本章小结
第5章 润滑耦合下螺旋桨轴颈的非线性运动分析
5.1 非线性振动系统的数学方程
5.2 轴承润滑方程及其无量纲化
5.3 轴承动态润滑油膜力的计算
5.4 视为无限宽轴承的螺旋桨轴轴承的油膜力计算
5.5 轴颈-轴承的运动微分方程
5.6 轴颈中心运动状态的计算
5.6.1 粘度改变时轴颈运动状态
5.6.2 轴颈质量偏心距改变时轴颈运动状态
5.6.3 转速改变时轴颈运动状态
5.6.4 参数变化时轴颈运动状态相图
5.7 本章小结
第6章 润滑耦合下冲击载荷引起的轴的弯扭振动特性分析
6.1 单质圆盘弯扭耦合振动模型
6.2 一般振动系统的增量平衡微分方程
6.3 单质圆盘弯扭祸合数值计算方法
6.3.1 轴颈圆盘的非线性振动平衡微分方程
6.3.2 轴颈圆盘的振动微分方程的数值仿真方法
6.4 冲击载荷作用下弯扭耦合振动特性分析
6.4.1 转速对冲击载荷作用下弯扭耦合振动的影响
6.4.2 油膜粘度对冲击载荷作用下弯扭耦合振动的影响
6.4.3 质量偏心对冲击载荷作用下弯扭耦合振动的影响
6.5 本章小结
第7章 试验验证
7.1 轴系试验台的组成和工作原理
7.2 试验研究
7.2.1 螺旋桨尾轴承润滑油膜压力测试试验
7.2.2 冲击载荷作用下螺旋桨轴弯曲振动响应测试试验
7.3 本章小结
第8章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间公开发表的论文及所参加科研的情况
发布时间: 2005-10-11
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