水潤(rùn)滑橡膠合金軸承混合潤(rùn)滑分析與動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)化.pdf

1、本課題來(lái)源于國(guó)家國(guó)防基礎(chǔ)科研項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“大尺寸水潤(rùn)滑橡膠合金軸承振動(dòng)噪聲機(jī)理與可靠性研究”（51175521），主要針對(duì)國(guó)內(nèi)外大中型船舶推進(jìn)系統(tǒng)潤(rùn)滑油泄漏污染江河湖海水資源環(huán)境日趨嚴(yán)重現(xiàn)狀，以及我國(guó)水中航行器及水中兵器等推進(jìn)系統(tǒng)迫切需要解決的減振降噪、安全可靠等共性關(guān)鍵科技問(wèn)題，在集成重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基于新型工程復(fù)合材料的高效傳動(dòng)系統(tǒng)等10多項(xiàng)相關(guān)技術(shù)發(fā)明專利成果和國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究基礎(chǔ)上，以多場(chǎng)耦合條件下高可

2、靠低噪聲水潤(rùn)滑橡膠合金軸承為研究對(duì)象，開(kāi)展了水潤(rùn)滑橡膠軸承混合潤(rùn)滑行為及其承載與失效機(jī)理，水膜動(dòng)態(tài)特性，水潤(rùn)滑橡膠合金軸承系統(tǒng)摩擦噪聲機(jī)理以及實(shí)驗(yàn)研究，揭示了水潤(rùn)滑橡膠合金軸承多曲面多縱向溝槽潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)（溝槽數(shù)量、溝槽半徑和溝槽過(guò)度圓弧半徑）、橡膠厚度、橡膠硬度、彈性模量、長(zhǎng)徑比等對(duì)潤(rùn)滑特性和摩擦噪聲的影響規(guī)律，為提出高可靠、長(zhǎng)壽命、低噪聲、無(wú)污染等高性能水潤(rùn)滑橡膠合金軸承及系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論、方法和技術(shù)，培育新的環(huán)保產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)奠定

3、關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）針對(duì)水潤(rùn)滑橡膠合金軸承多曲面多縱向溝槽的幾何結(jié)構(gòu)以及橡膠低彈性模量等特點(diǎn)，建立了考慮多曲面多縱向溝槽潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)、橡膠彈性變形、表面粗糙度以及溫度等多因素的水潤(rùn)滑橡膠合金軸承混合潤(rùn)滑模型。根據(jù)水潤(rùn)滑橡膠合金軸承實(shí)際工況，建立與之相適應(yīng)的邊界條件，并提出該模型的數(shù)值求解方法。
　　（2）在建立的混合潤(rùn)滑模型基礎(chǔ)上，分析了水潤(rùn)滑橡膠合金軸承水膜壓力、水膜厚度以及溫度分布，并研究轉(zhuǎn)速、載

4、荷、溝槽幾何結(jié)構(gòu)（數(shù)量、溝槽圓弧半徑和溝槽過(guò)度圓弧半徑）、軸承間隙、橡膠彈性模量、表面粗糙度等多場(chǎng)耦合條件下多因素對(duì)水潤(rùn)滑橡膠合金軸承混合潤(rùn)滑性能的影響，掌握了水潤(rùn)滑橡膠合金軸承混合潤(rùn)滑行為，揭示其承載、潤(rùn)滑與失效機(jī)理。
　　（3）基于不定常雷諾方程，考慮了多曲面多圓弧溝槽的潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)和橡膠變形，推導(dǎo)了水潤(rùn)滑橡膠合金軸承動(dòng)態(tài)雷諾方程，并給出了水膜動(dòng)態(tài)剛度和動(dòng)態(tài)阻尼的計(jì)算表達(dá)式。在此基礎(chǔ)上，研究了載荷、轉(zhuǎn)速、供水壓力、水槽結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)徑比

5、、軸承間隙等對(duì)水膜動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律，為水潤(rùn)滑橡膠合金軸承穩(wěn)定性分析提供了理論基礎(chǔ)。
　?。?）闡述了機(jī)械摩擦系統(tǒng)的摩擦噪聲機(jī)理，建立了水潤(rùn)滑橡膠合金軸承動(dòng)力學(xué)模型，并運(yùn)用有限元法進(jìn)行了水潤(rùn)滑橡膠合金軸承復(fù)模態(tài)分析，通過(guò)阻尼比來(lái)判斷水潤(rùn)滑橡膠合金軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進(jìn)而揭示了水潤(rùn)滑橡膠合金軸承摩擦噪聲機(jī)理。研究了不同摩擦系數(shù)、速度、載荷、橡膠硬度、水槽數(shù)量以及橡膠厚度對(duì)摩擦噪聲的影響規(guī)律，進(jìn)而提出了低噪聲水潤(rùn)滑橡膠合金軸承優(yōu)化設(shè)計(jì)方

6、法。
　?。?）針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外水潤(rùn)滑橡膠軸承實(shí)驗(yàn)手段落后以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)臺(tái)存在的不足，本文發(fā)明并研制出多場(chǎng)耦合條件下的水潤(rùn)滑橡膠合金軸承及傳動(dòng)系統(tǒng)綜合性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有不同頻率激振力、速度、水介質(zhì)環(huán)境等多場(chǎng)耦合條件下，水潤(rùn)滑橡膠合金軸承摩擦系數(shù)、水膜壓力、水膜厚度、軸心軌跡、動(dòng)態(tài)剛度和阻尼、振動(dòng)噪聲等實(shí)驗(yàn)功能。并且，利用該實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性，為提出多場(chǎng)耦合條件下的低噪聲高可靠水潤(rùn)滑橡膠合金軸