船用橡膠軸承剛度分析

熊晨熙　謝基榕　孫凌寒

摘要：為進行軸系與船體的耦合結構動力學分析，將船用橡膠軸承與軸頸的相互作用簡化為以集中質量和剛度形式表述的動力學縮聚模型，并通過接觸非線性有限元分析提取軸承結構的等效質量和等效剛度，準確描述含有超彈性橡膠材料的軸承結構在承受一定軸承壓力下的力學行為.計算橡膠軸承結構等效質量、等效徑向剛度、等效扭轉剛度以及等效轉動剛度等，并討論橡膠壓縮性對軸承剛度的影響.結果表明：隨著橡膠可壓縮性的增強，軸承的等效徑向剛度增強，扭轉剛度減弱.

關鍵詞：橡膠軸承； 接觸； 超彈性； 等效剛度； 有限元

中圖分類號： U663.9； TB115.1

文獻標志碼：B

0 引 言

橡膠軸承剛度小，有良好的隔振作用，在泥沙環境下有較好的耐磨性，被廣泛應用于船舶尾軸承上.[1-2]在研究軸系與船體相互作用的動力學問題時，為簡化問題，可采用有限元模擬軸承裝置與軸頸的相互作用.因此，需要建立軸承動力學縮聚模型，以集中形式的剛度和質量特性模擬整個軸承裝置與軸頸間的結構動力學特性.

1 橡膠軸承結構

目前，船用橡膠軸承一般采用板條式[3-4]，典型的水潤滑橡膠軸承結構形式[5]見圖1.整個橡膠軸承裝置由軸套和軸瓦條組成，軸套為筒形整體結構，圓周分布的軸瓦條通過螺釘安裝到軸套上.

7 結束語

為進行軸系與船體耦合結構動力學分析，需要提取軸承結構的等效質量和等效剛度.在有限元軟件中進行接觸非線性分析，準確描述含有超彈性橡膠材料的軸承結構在承受一定軸承壓力的力學行為，給出軸承結構等效質量和等效剛度的計算方法和計算結果，并討論橡膠可壓縮性對軸承剛度的影響，發現隨著橡膠可壓縮性的增強，軸承的等效徑向剛度增強，扭轉剛度變弱.

參考文獻：

[1] 姚世衛， 楊俊， 張雪冰， 等. 水潤滑橡膠軸承振動噪聲機理分析與試驗研究[J]. 振動與沖擊， 2011， 30（2）： 214-216.

YAO Shiwei， YANG Jun， ZHANG Xuebing， et al. Vibration and noise mechanism analysis and tests for water-lubrication rubber bearings[J]. J Vibration & Shock， 2011， 30（2）： 214-216.

[2] 周建輝， 劉正林， 朱漢華， 等. 船舶水潤滑橡膠尾軸承摩擦性能試驗研究[J]. 武漢理工大學學報： 交通科學與工程版， 2008， 32（5）： 842-844.

ZHOU Jianhui， LIU Zhenglin， ZHU Hanhua， et al. Experimental study on frictional characteristics of rubber water-lubricated stern tube bearings[J]. J Wuhan Univ Technol： Transportation Sci Eng， 2008， 32（5）： 842-844.

[3] 楊俊， 王雋， 周旭輝， 等. 水潤滑橡膠軸承結構設計[J]. 艦船科學技術， 2011， 33（8）： 103-107.

YANG Jun， WANG Jun， ZHOU Xuhui， et al. Structure research of water-lubricated rubber bearings[J]. Ship Sci & Technol， 2011， 33（8）： 103-107.

[4] 姚世衛， 胡宗成， 馬斌， 等. 橡膠軸承研究進展及在艦艇上的應用分析[J]. 艦船科學技術， 2005， 27（S1）： 27-30.

YAO Shiwei， HU Zongcheng， MA Bin， et al. The new development of rubber bearing and its application in warships[J]. Ship Sci & Technol， 2005， 27（S1）： 27-30.

[5] 田宇忠， 劉正林， 金勇， 等. 水潤滑橡膠尾軸承鳴音試驗研究[J]. 武漢理工大學學報， 2011， 33（1）： 130-133.

TIAN Yuzhong， LIU Zhenlin， JIN Yong， et al. Mechanism analysis of squeal of water lubrication stern tube rubber bearing based on experimental study[J]. J Wuhan Univ Technol， 2011， 33（1）： 130-133.

[6] SIMPSON T A， IBRAHIM R A. Nonlinear friction-induced vibration in water-lubricated bearings[J]. J Vibration & Contr， 1996， 2（1）： 87-113.

[7] AWREJCEWICZ J， PYRYEV Yu. Thermoelastic contact of a rotating shaft with a rigid bush in conditions of bush wear and stick-slip movements[J]. Int J Eng Sci， 2002， 40（10）： 1113-1130.

[8] 劉宇， 周建輝， 戴明城. 水潤滑軸承彈流動壓潤滑和摩擦特性數值計算分析[J]. 船海工程， 2011， 40（5）： 69-72.

LIU Yu， ZHOU Jianhui， DAI Mingcheng. Numerical analysis of elastic flow lubrication and friction characteristics of water lubricated bearings[J]. Ship & Ocean Eng， 2011， 40（5）： 69-72.

[9] KHULIEF Y A， AL-SULAIMAN F A， BASHMAL S. Vibration analysis of drillstrings with self-excited stick-slip oscillations[J]. J Sound & Vibration， 2007， 299（3）： 540-558.

[10] 莊茁， 張帆， 岺松， 等. Abaqus非線性有限元分析與實例[M]. 北京： 科學出版社， 2005： 277-292.

（編輯 陳鋒杰）

摘要：為進行軸系與船體的耦合結構動力學分析，將船用橡膠軸承與軸頸的相互作用簡化為以集中質量和剛度形式表述的動力學縮聚模型，并通過接觸非線性有限元分析提取軸承結構的等效質量和等效剛度，準確描述含有超彈性橡膠材料的軸承結構在承受一定軸承壓力下的力學行為.計算橡膠軸承結構等效質量、等效徑向剛度、等效扭轉剛度以及等效轉動剛度等，并討論橡膠壓縮性對軸承剛度的影響.結果表明：隨著橡膠可壓縮性的增強，軸承的等效徑向剛度增強，扭轉剛度減弱.

關鍵詞：橡膠軸承； 接觸； 超彈性； 等效剛度； 有限元

中圖分類號： U663.9； TB115.1

文獻標志碼：B

0 引 言

橡膠軸承剛度小，有良好的隔振作用，在泥沙環境下有較好的耐磨性，被廣泛應用于船舶尾軸承上.[1-2]在研究軸系與船體相互作用的動力學問題時，為簡化問題，可采用有限元模擬軸承裝置與軸頸的相互作用.因此，需要建立軸承動力學縮聚模型，以集中形式的剛度和質量特性模擬整個軸承裝置與軸頸間的結構動力學特性.

1 橡膠軸承結構

目前，船用橡膠軸承一般采用板條式[3-4]，典型的水潤滑橡膠軸承結構形式[5]見圖1.整個橡膠軸承裝置由軸套和軸瓦條組成，軸套為筒形整體結構，圓周分布的軸瓦條通過螺釘安裝到軸套上.

7 結束語

為進行軸系與船體耦合結構動力學分析，需要提取軸承結構的等效質量和等效剛度.在有限元軟件中進行接觸非線性分析，準確描述含有超彈性橡膠材料的軸承結構在承受一定軸承壓力的力學行為，給出軸承結構等效質量和等效剛度的計算方法和計算結果，并討論橡膠可壓縮性對軸承剛度的影響，發現隨著橡膠可壓縮性的增強，軸承的等效徑向剛度增強，扭轉剛度變弱.

參考文獻：

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[2] 周建輝， 劉正林， 朱漢華， 等. 船舶水潤滑橡膠尾軸承摩擦性能試驗研究[J]. 武漢理工大學學報： 交通科學與工程版， 2008， 32（5）： 842-844.

ZHOU Jianhui， LIU Zhenglin， ZHU Hanhua， et al. Experimental study on frictional characteristics of rubber water-lubricated stern tube bearings[J]. J Wuhan Univ Technol： Transportation Sci Eng， 2008， 32（5）： 842-844.

[3] 楊俊， 王雋， 周旭輝， 等. 水潤滑橡膠軸承結構設計[J]. 艦船科學技術， 2011， 33（8）： 103-107.

YANG Jun， WANG Jun， ZHOU Xuhui， et al. Structure research of water-lubricated rubber bearings[J]. Ship Sci & Technol， 2011， 33（8）： 103-107.

[4] 姚世衛， 胡宗成， 馬斌， 等. 橡膠軸承研究進展及在艦艇上的應用分析[J]. 艦船科學技術， 2005， 27（S1）： 27-30.

YAO Shiwei， HU Zongcheng， MA Bin， et al. The new development of rubber bearing and its application in warships[J]. Ship Sci & Technol， 2005， 27（S1）： 27-30.

[5] 田宇忠， 劉正林， 金勇， 等. 水潤滑橡膠尾軸承鳴音試驗研究[J]. 武漢理工大學學報， 2011， 33（1）： 130-133.

TIAN Yuzhong， LIU Zhenlin， JIN Yong， et al. Mechanism analysis of squeal of water lubrication stern tube rubber bearing based on experimental study[J]. J Wuhan Univ Technol， 2011， 33（1）： 130-133.

[6] SIMPSON T A， IBRAHIM R A. Nonlinear friction-induced vibration in water-lubricated bearings[J]. J Vibration & Contr， 1996， 2（1）： 87-113.

[7] AWREJCEWICZ J， PYRYEV Yu. Thermoelastic contact of a rotating shaft with a rigid bush in conditions of bush wear and stick-slip movements[J]. Int J Eng Sci， 2002， 40（10）： 1113-1130.

[8] 劉宇， 周建輝， 戴明城. 水潤滑軸承彈流動壓潤滑和摩擦特性數值計算分析[J]. 船海工程， 2011， 40（5）： 69-72.

LIU Yu， ZHOU Jianhui， DAI Mingcheng. Numerical analysis of elastic flow lubrication and friction characteristics of water lubricated bearings[J]. Ship & Ocean Eng， 2011， 40（5）： 69-72.

[9] KHULIEF Y A， AL-SULAIMAN F A， BASHMAL S. Vibration analysis of drillstrings with self-excited stick-slip oscillations[J]. J Sound & Vibration， 2007， 299（3）： 540-558.

[10] 莊茁， 張帆， 岺松， 等. Abaqus非線性有限元分析與實例[M]. 北京： 科學出版社， 2005： 277-292.

（編輯 陳鋒杰）

摘要：為進行軸系與船體的耦合結構動力學分析，將船用橡膠軸承與軸頸的相互作用簡化為以集中質量和剛度形式表述的動力學縮聚模型，并通過接觸非線性有限元分析提取軸承結構的等效質量和等效剛度，準確描述含有超彈性橡膠材料的軸承結構在承受一定軸承壓力下的力學行為.計算橡膠軸承結構等效質量、等效徑向剛度、等效扭轉剛度以及等效轉動剛度等，并討論橡膠壓縮性對軸承剛度的影響.結果表明：隨著橡膠可壓縮性的增強，軸承的等效徑向剛度增強，扭轉剛度減弱.

關鍵詞：橡膠軸承； 接觸； 超彈性； 等效剛度； 有限元

中圖分類號： U663.9； TB115.1

文獻標志碼：B

0 引 言

橡膠軸承剛度小，有良好的隔振作用，在泥沙環境下有較好的耐磨性，被廣泛應用于船舶尾軸承上.[1-2]在研究軸系與船體相互作用的動力學問題時，為簡化問題，可采用有限元模擬軸承裝置與軸頸的相互作用.因此，需要建立軸承動力學縮聚模型，以集中形式的剛度和質量特性模擬整個軸承裝置與軸頸間的結構動力學特性.

1 橡膠軸承結構

目前，船用橡膠軸承一般采用板條式[3-4]，典型的水潤滑橡膠軸承結構形式[5]見圖1.整個橡膠軸承裝置由軸套和軸瓦條組成，軸套為筒形整體結構，圓周分布的軸瓦條通過螺釘安裝到軸套上.

7 結束語

為進行軸系與船體耦合結構動力學分析，需要提取軸承結構的等效質量和等效剛度.在有限元軟件中進行接觸非線性分析，準確描述含有超彈性橡膠材料的軸承結構在承受一定軸承壓力的力學行為，給出軸承結構等效質量和等效剛度的計算方法和計算結果，并討論橡膠可壓縮性對軸承剛度的影響，發現隨著橡膠可壓縮性的增強，軸承的等效徑向剛度增強，扭轉剛度變弱.

參考文獻：

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[2] 周建輝， 劉正林， 朱漢華， 等. 船舶水潤滑橡膠尾軸承摩擦性能試驗研究[J]. 武漢理工大學學報： 交通科學與工程版， 2008， 32（5）： 842-844.

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[3] 楊俊， 王雋， 周旭輝， 等. 水潤滑橡膠軸承結構設計[J]. 艦船科學技術， 2011， 33（8）： 103-107.

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YAO Shiwei， HU Zongcheng， MA Bin， et al. The new development of rubber bearing and its application in warships[J]. Ship Sci & Technol， 2005， 27（S1）： 27-30.

[5] 田宇忠， 劉正林， 金勇， 等. 水潤滑橡膠尾軸承鳴音試驗研究[J]. 武漢理工大學學報， 2011， 33（1）： 130-133.

TIAN Yuzhong， LIU Zhenlin， JIN Yong， et al. Mechanism analysis of squeal of water lubrication stern tube rubber bearing based on experimental study[J]. J Wuhan Univ Technol， 2011， 33（1）： 130-133.

[6] SIMPSON T A， IBRAHIM R A. Nonlinear friction-induced vibration in water-lubricated bearings[J]. J Vibration & Contr， 1996， 2（1）： 87-113.

[7] AWREJCEWICZ J， PYRYEV Yu. Thermoelastic contact of a rotating shaft with a rigid bush in conditions of bush wear and stick-slip movements[J]. Int J Eng Sci， 2002， 40（10）： 1113-1130.

[8] 劉宇， 周建輝， 戴明城. 水潤滑軸承彈流動壓潤滑和摩擦特性數值計算分析[J]. 船海工程， 2011， 40（5）： 69-72.

LIU Yu， ZHOU Jianhui， DAI Mingcheng. Numerical analysis of elastic flow lubrication and friction characteristics of water lubricated bearings[J]. Ship & Ocean Eng， 2011， 40（5）： 69-72.

[9] KHULIEF Y A， AL-SULAIMAN F A， BASHMAL S. Vibration analysis of drillstrings with self-excited stick-slip oscillations[J]. J Sound & Vibration， 2007， 299（3）： 540-558.

[10] 莊茁， 張帆， 岺松， 等. Abaqus非線性有限元分析與實例[M]. 北京： 科學出版社， 2005： 277-292.

（編輯 陳鋒杰）