轴颈倾斜下船用复合衬层艉轴承混合润滑特性分析及结构优化

作     者：吕芳蕊 饶柱石 王珏 Lü Fangrui;RAO Zhushi;WANG Jue

作者机构：河海大学机电工程学院江苏常州213022 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 

出 版 物：《振动与冲击》 (Journal of Vibration and Shock)

年 卷 期：2022年第41卷第19期

页      面：22-29页

核心收录：

学科分类：08[工学] 082402[工学-轮机工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(12002117,52178474) 常州市科技计划项目(CJ20200072) 中央高校基本科研业务费专项资金(B200201034) 

主　　题：船用艉轴承 轴颈倾斜 混合润滑 结构优化 

摘      要：船用艉轴承支撑着悬伸于船外的螺旋桨轴,由于螺旋桨的重力作用,其轴颈中心线不再平行于轴承孔中心线,而是在竖直平面内发生倾斜。轴颈倾斜使轴承膜厚及压力沿轴向不再均匀分布,显著降低轴承承载能力,使之处于混合润滑状态,且易导致碰磨、严重磨损甚至轴瓦烧焦等问题,严重危害轴系服役安全。为提高轴颈倾斜下水润滑艉轴承的性能,改善压力分布,提出了一种采用复合衬层的轴承设计方法,以高分子材料作为承载表面,在高分子承载层与金属外壳之间加入橡胶层,橡胶层为等厚或非等厚结构。在此基础上建立了复合衬层水润滑轴承的混合润滑模型,分析了单一衬层结构、等厚复合衬层结构及非等厚复合衬层结构下的轴承性能。结果表明,对于处于混合润滑状态的水润滑轴承,复合衬层改善了压力分布、降低了摩擦因数和混合润滑状态过渡到流体动力润滑状态时的转速,而非等厚复合衬层对润滑性能具有更显著的改善作用。总结得到非等厚复合衬层轴承最优橡胶层厚的拟合公式,并给出了公式的适用范围,公式形式简洁,便于应用于轴承设计计算。相关工作为船用轴承优化设计和承载能力提升提供了新思路。