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一種深海高壓環(huán)境下滑動軸承時域混合潤滑特性計算方法與流程

文檔序號:42028846發(fā)布日期:2025-05-30 17:14閱讀:2來源:國知局

本發(fā)明涉及船舶推進軸系滑動軸承潤滑與摩擦特性仿真計算,尤其是一種深海高壓環(huán)境下滑動軸承時域混合潤滑特性計算方法。


背景技術(shù):

1、深海中不但蘊藏著儲量十分巨大的石油、天然氣、錳結(jié)核以及可燃冰等資源,而且深海也具有極為突出的軍事戰(zhàn)略地位,因此,深海是21世紀世界各國資源開發(fā)與軍事競爭的重點領(lǐng)域。深海航行器在國防安全、海洋資源勘探、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。水潤滑尾軸承作為深海航行器推進系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一,在深海高壓環(huán)境綜合影響下,軸與軸承之間的摩擦可能會增大,極易產(chǎn)生異常摩擦振動噪聲,嚴重影響深海航行器的舒適性、可靠性和隱蔽性。

2、深海航行器在低速重載條件下,軸與軸承摩擦副通常處于流體潤滑、彈流潤滑和干摩擦同時存在的混合潤滑狀態(tài),混合潤滑特性是各種潤滑膜組成特性的綜合表現(xiàn)。各種潤滑膜在接觸表面所占比例與摩擦界面形態(tài)和工況相關(guān)。深海航行器推進軸系在實際運轉(zhuǎn)中受到各種沖擊和周期激振力的作用,在摩擦過程中,各種潤滑膜的比例及分布在不斷的變化,因此,混合潤滑特性具有很強的時變性。因此,建立一種深海高壓環(huán)境下軸與軸承時域混合潤滑特性計算方法,便于掌握軸與軸承之間的潤滑接觸特性,對軸承的高效潤滑和低噪聲優(yōu)化設(shè)計具有重要的意義。

3、在水潤滑軸承混合潤滑方面,已經(jīng)開展了廣泛的理論和試驗研究,然而針對深海高壓環(huán)境下軸與軸承的時域混合潤滑特性的研究的尚不充分。


技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請人針對上述現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)中的缺點,提供一種深海高壓環(huán)境下滑動軸承時域混合潤滑特性計算方法,從而可以有效的解決深海高壓環(huán)境下船舶軸與軸承潤滑接觸狀態(tài)處于很強的時變性這一問題,能夠?qū)崟r掌握軸與軸承之間的潤滑接觸特性,對軸承潤滑特性優(yōu)化設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:

3、一種深海高壓環(huán)境下滑動軸承時域混合潤滑特性計算方法,包括如下操作流程:

4、s1:確定輸入軸與軸承幾何、潤滑介質(zhì)、轉(zhuǎn)速、靜水壓力、表面形貌的參數(shù);

5、s2:輸入初始時刻的軸頸外載荷;

6、s3:根據(jù)水膜厚度方程h(θ)=c+ecos(θ-ψ)+δb(θ,z,p)+hj(θ,z),假設(shè)初始的水膜厚度,方程中c為初始間隙,e為軸頸偏心率,θ為周向坐標,ψ為偏位角,δb為軸瓦的彈性變形,hj為溝槽深度;

7、s4:基于有限差分法迭代求解穩(wěn)態(tài)的雷諾平均方程

8、

9、求得水膜壓力,方程中rb為軸承半徑,φθ和φz為壓力流因子,φs為剪切流因子,u為軸的旋轉(zhuǎn)線速度,η為水的粘度,ht為兩表面的間隙,兩粗糙表面的間隙ht與名義間隙h之間的關(guān)系φc為接觸因子;

10、s5:基于微凸體接觸模型計算軸與軸承表面的接觸壓力;

11、s6:引用winkler軸瓦的彈性變形方程計算軸瓦的彈性變形,方程中psum為深海靜水壓力、水膜壓力和微凸體接觸壓力的總和,t為橡膠襯層厚度,e為軸瓦彈性模量,ν為泊松比;

12、s7:判斷載荷平衡方程是否收斂;

13、s8:收斂后輸出計算結(jié)果,進入下一時刻外載荷作用下軸與軸承的混合潤滑計算。

14、其進一步技術(shù)方案在于:

15、通過保證每一時刻軸承穩(wěn)態(tài)混合潤滑接觸力與該時刻的外載荷平衡,實現(xiàn)軸與軸承時域混合潤滑特性的計算。

16、能夠計算深海高壓環(huán)境下,不同軸承比壓、轉(zhuǎn)速、溝槽形式、潤滑介質(zhì)的粘度參數(shù)對軸承混合潤滑特性的影響。

17、能夠識別軸與軸承時間的時域摩擦激勵力,并通過傅里葉變換,能夠識別摩擦激勵力的頻譜特性。

18、s2中,定義求解計算的時間間隔dt,將軸頸受到的時域外載荷進行離散。

19、s7中,若載荷平衡方程不收斂,調(diào)整偏心率進而調(diào)整膜厚,進入下一個迭代計算,直至收斂。

20、本發(fā)明的有益效果如下:

21、(1)基于耦合界面粗糙度的穩(wěn)態(tài)雷諾平均方程,計及軸與軸承微凸體接觸作用,引入了winkler彈性變形模型來計算深海高壓環(huán)境下軸瓦的彈性變形,能夠有效兼顧計算的精度和求解時間;

22、(2)通過保證每一時刻軸承穩(wěn)態(tài)混合潤滑接觸力與該時刻的外載荷平衡,實現(xiàn)軸與軸承時域混合潤滑特性的計算;

23、(3)本發(fā)明能夠計算深海高壓環(huán)境下,不同軸承比壓、轉(zhuǎn)速、溝槽形式、潤滑介質(zhì)的粘度等參數(shù)對軸承混合潤滑特性的影響,適用于軸承潤滑特性的優(yōu)化設(shè)計;

24、(4)本發(fā)明能夠識別軸與軸承時間的時域摩擦激勵力,并通過傅里葉變換,能夠識別摩擦激勵力的頻譜特性,可用于軸承摩擦噪聲的優(yōu)化設(shè)計。

25、(5)本發(fā)明針對深海航行器在低速重載條件下,軸與軸承摩擦副通常處于混合潤滑狀態(tài),且具有很強的時變性這一工程實際問題,提出了一種深海高壓環(huán)境下軸與軸承時域混合潤滑特性計算方法。



技術(shù)特征:

1.一種深海高壓環(huán)境下滑動軸承時域混合潤滑特性計算方法,其特征在于:包括如下操作流程:

2.如權(quán)利要求1所述的一種深海高壓環(huán)境下滑動軸承時域混合潤滑特性計算方法,其特征在于:基于耦合界面粗糙度的穩(wěn)態(tài)雷諾平均方程,計及軸與軸承微凸體接觸作用,引入了winkler彈性變形模型來計算深海高壓環(huán)境下軸瓦的彈性變形,能夠有效兼顧計算的精度和求解時間。

3.如權(quán)利要求1所述的一種深海高壓環(huán)境下滑動軸承時域混合潤滑特性計算方法,其特征在于:通過保證每一時刻軸承穩(wěn)態(tài)混合潤滑接觸力與該時刻的外載荷平衡,實現(xiàn)軸與軸承時域混合潤滑特性的計算。

4.如權(quán)利要求1所述的一種深海高壓環(huán)境下滑動軸承時域混合潤滑特性計算方法,其特征在于:能夠計算深海高壓環(huán)境下,不同軸承比壓、轉(zhuǎn)速、溝槽形式、潤滑介質(zhì)的粘度參數(shù)對軸承混合潤滑特性的影響。

5.如權(quán)利要求1所述的一種深海高壓環(huán)境下滑動軸承時域混合潤滑特性計算方法,其特征在于:能夠識別軸與軸承時間的時域摩擦激勵力,并通過傅里葉變換,能夠識別摩擦激勵力的頻譜特性。

6.如權(quán)利要求1所述的一種深海高壓環(huán)境下滑動軸承時域混合潤滑特性計算方法,其特征在于:s2中,定義求解計算的時間間隔dt,將軸頸受到的時域外載荷進行離散。

7.如權(quán)利要求1所述的一種深海高壓環(huán)境下滑動軸承時域混合潤滑特性計算方法,其特征在于:s7中,若載荷平衡方程不收斂,調(diào)整偏心率進而調(diào)整膜厚,進入下一個迭代計算,直至收斂。


技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種深海高壓環(huán)境下滑動軸承時域混合潤滑特性計算方法,針對深海航行器在低速重載條件下,軸與軸承摩擦副通常處于混合潤滑狀態(tài),且具有很強的時變性這一工程實際問題,提出了新的計算方法,可以有效的解決深海高壓環(huán)境下船舶軸與軸承潤滑接觸狀態(tài)處于很強的時變性這一問題,能夠?qū)崟r掌握軸與軸承之間的潤滑接觸特性,對軸承潤滑特性優(yōu)化設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。

技術(shù)研發(fā)人員:林長剛,鄒明松,祁立波,孫建剛
受保護的技術(shù)使用者:中國船舶科學(xué)研究中心
技術(shù)研發(fā)日:
技術(shù)公布日:2025/5/29
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