船舶尾轴后橡胶轴承压力分布特性分析

水下舰船 ，为解决 水下密封和漏油带来 的暴露 问题 ，水 润滑 轴承 是各 国水 下舰船 的必然选择 ｌ １ ｌ 。但橡胶轴承 也存在 自身 的不 足 ，尤其在低速重 载条件下不易形 成润滑水膜 ，容易 产 生较 强烈 的高 频摩擦 噪声 ＿ ２ 】 ，这种高频 摩擦噪声 一方面与轴
承 的材 料 、结 构 密 切 相 关 ，另 一 方 面与 轴 承 承 受 的 负 荷 相 关 。 试 验 研 究 表 明 ，随 着 轴 承 载 荷 的 增 加 ，轴 承 出 现 高 频 摩 擦 噪
建立 了桨一 轴一 橡胶轴瓦 的力学模型 ，对橡 胶轴瓦的压力分布和变形特点进行 了分析 。将尾轴后轴承前后端压缩量 的 计算结果与 实测值 进行对比 ，证 明计算结果较 为准确。计算结果表明轴瓦上的压力分布变化较为剧烈 ，在靠近尾端 约 １ ／ １ ０处产生最 大压力 ，对轴承 的性能产 生很大 影响。针对这一 问题 ，本文提 出了一 些具体措施 以改善尾轴 后橡
尾 轴 后 轴 承 基 本 结 构 分 为 两 个 部 分 ，一 是外 层 的 轴 承 衬 套 ， 用于 固定 橡 胶 轴 瓦 ，一 般 采 用 铜 材 和 钢 材 ；另一 部 分 是 橡 胶 轴 瓦 ，如 果 轴 径 较 大 ，一 般 采 用 多 条 轴 瓦 条 通 过 螺钉 或 张紧方式安装在轴承衬套上 （ 图 １ ） ，如 果 轴 径 较 小 ，可 以 采
胶轴承压力分布特性 。 关 键 词 ：螺 旋 桨 橡 胶 轴 承 ；压 力 分 布 ；有 限 元 分 析
中 图分 类 号 ：Ｕ ６ ６ １ ． ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章编号：１ ０ ０ ６ － ７ ９ ７ ３（ ２ ０ １ ３ ）０ ６ － ０ ０ ７ ５ － ０ ３
一
、
用整体硫化方式将轴瓦条直 接硫化在轴承衬套上 （ 图２ ） ，我
国船 舶 标 准 船 用 整 体 式 橡 胶 轴 承 （ Ｃ Ｂ／ Ｔ ７ ６ ９ — ２ ０ ０ ８ ） 中 规 定 轴径 在 ２ ０ ０ ｍｍ 以 下 就 是 采 用 这 种 整 体 硫 化 结 构 ，而轴 径 较 大 时 由于 橡 胶 硫 化 质 量 难 以 保 证 ，一 般 不 采 用整 体 硫 化
方式。
声 的转速 范围逐渐扩大 ，这 是 由于轴承载荷 增加 ，轴承与轴 之 间的润滑膜 更难 以有 效建 立 ， 造成轴承摩 擦润滑条件不 良。
由于 船 舶 轴 系 的 固 有特 点 ， 尾 轴 后轴 承 （ 也称 “ 螺旋桨轴承” ） 承 受 螺 旋 桨 集 中载 荷 作 用 ，造 成 尾 轴 后 轴 承 承 受 的 载 荷 在 整 个 轴 瓦 表 面 并 不 均 匀 。研 究 掌握 轴 承 压 力 分 布 状 态 ，对 瓦 材 料 和 轴 段 的接 触 非 线 性 问 题 是 橡 胶
轴承压力分布 状态 有限元分析 的关键 。橡 胶是一种超弹性非
第１ ３卷 第 ６ 期
２０１ ３笠
中 国
水
运
Ｖ ｏ１ ． １ ３ Ｊｕ ｎ ｅ
Ｎｏ ．６
６月
Ｏｈ ｉ ｎ ａ Ｗａ ｔｅｒ Ｔｒ ａｎｓ ｐ ｏｒ ｔ
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船舶尾轴后橡胶轴承压 力分布特性分析
俞 强 ， 李 全超 ，周 明帅 。 ，李 天 匀
轴承摩擦 噪声 ，改进轴承设 计具有重要 的意义 。本文采用有
限元 计 算 方 法 ，分 析 轴 承 压 力 分 布 和 变 形 特 点 ，并 提 出改 善 轴 承 压 力 分 布 的方 法 。 二 、计 算 方 法 和 计 算模 型
１ ．尾 轴 后 轴 承 比 压 计 算 方 法
我 国在 船 舶设 计 规 范 中 ，对 规 定 了 尾 轴 后 轴 承 的 比压 应 控 制 在 一 定 范 围 内 ，不 同轴 承 材 料 要 求 的轴 承 比压 值 不 同 ， 橡 胶 材 料 一 般 要 求 轴 承 的平 均 比 压 不 超 过 ０ ． ３ ＭＰ ａ（ 也 有 规 定不超过 ０ ． ４ ９ ＭＰ ａ ） ， 同时 尾 轴 后 轴 承 的长 径 比控 制 在 ４左 右【 ３ 】 。 国外 对 尾 轴 后 轴 承 也 控 制 其 承 受 载 荷 的 平 均 比压 不 超 过 规 定 值 ，如 美 国 船 级 社 规 定 尾 轴 后 轴 承 的 长 径 比一 般 应 大 于 ４ ，橡 胶轴 承 长 颈 比 可 小 于 ４但 是 应 大 于 ２，橡 胶 材 料 的 轴承比压不超过 ０ ． ６ ＭＰ ａ ｌ ４ 】 ， 与 中国要求类似。 这 种 比 压 计 算 图１ 轴 瓦 条 结 构 橡 胶 轴 承 图 ２ 整 体 硫 化 结 构 橡 胶 轴 承
（ １ 中国 舰 船 研 究 设 计 中心 ，湖 北 武 汉 ４ ３ ０ ０ ６ ４ ；２华 中科 技 大 学 船 舶 与海 洋 工 程 学 院 ，湖 北 武 汉 ４ ３ ０ ０ ７ ４） 摘 要 ：由于 船 舶轴 系 的 结 构 特 点 ，尾 轴 后 轴 承 承 受 的载 荷 在 整 个 轴 瓦 表 面 的分 布 并 不 均 匀 。文 中利 用 有 限元 软 件 ，
引言
的摩擦 噪声特 性提出 了特殊要求 。因此 ，迫切需要降低轴承 摩擦 噪声 ，通 过改进轴承材料和掌握轴承压 力分布状态 ，指
导轴承设计 。
２ ．尾 轴后 轴承 结构 分析
我 国从 上 世 纪 七 八 十 年 代 开 始 逐 步 在 船 舶 中采 用 水 润 滑 橡 胶 轴 承 ，取 代 原 有 的 油 润 滑 轴 承 和铁 梨 木 轴 承 。与 油 润 滑 轴 承 相 比 ，橡 胶 轴 承 具 有 适 应 能 力 强 、 减 振 能 力 好 、污 染 小 等特 点 ， 因此 ，在 船 舶 中 越 来 越 得 到广 泛 的 应 用 。尤 其对 于