基于多體動力學(xué)船舶柴油機(jī)推進(jìn)軸系軸承潤滑研究.pdf

1、船舶柴油機(jī)是船舶的主要推進(jìn)動力裝置,其曲軸飛輪輸出端連接中間軸、艉軸和螺旋槳,構(gòu)成船舶的推進(jìn)軸系,將主機(jī)所產(chǎn)生的機(jī)械功傳遞給螺旋槳,推動船舶前進(jìn)。船舶柴油機(jī)推進(jìn)軸系由若干滑動軸承共同支承,包括曲軸主軸承、支承中間軸的中間軸承和內(nèi)置在艉軸管內(nèi)支承艉軸的前、后艉軸承。推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和受力復(fù)雜,深入分析船舶推進(jìn)軸系各摩擦副的潤滑性能及其影響因素,對于提高船舶動力裝置經(jīng)濟(jì)性及可靠性、優(yōu)化軸系設(shè)計有重要的現(xiàn)實意義。目前大型低速二沖程船舶柴油機(jī)推進(jìn)軸

2、系各軸承潤滑特性的分析和預(yù)測還難于開展有效的實驗研究。本文建立了船舶柴油機(jī)推進(jìn)軸系的多體動力學(xué)分析模型,依據(jù)彈性流體動壓潤滑理論,開展了各軸承潤滑特性的計算分析,對各滑動軸承的潤滑特性及其影響因素進(jìn)行了深入研究。
　　 以MANB&W6S50MC-C二沖程船舶柴油機(jī)作推進(jìn)動力的39000載重噸油輪推進(jìn)軸系為研究對象,建立了彈性曲軸、中間軸、艉軸以及柴油機(jī)各主軸承座、中間軸承座和艉軸承座的三維實體有限元模型。考慮各彈性體間的動力學(xué)

3、耦合作用以及彈性體和潤滑油膜間的流固耦合作用,采用模態(tài)縮減子結(jié)構(gòu)法將有限元模型進(jìn)行動態(tài)縮減,繼而用縮減得到的模型信息文件構(gòu)建推進(jìn)軸系軸承潤滑的多體動力學(xué)分析模型。
　　 在單純考慮柴油機(jī)本身曲軸、活塞連桿機(jī)構(gòu),未考慮中間軸系、螺旋槳等部件的影響下,對額定工況下的MANB&W6S50MC-C柴油機(jī)主軸承潤滑特性進(jìn)行仿真研究。計算結(jié)果表明:各主軸承載荷數(shù)值各不相同,潤滑狀況存在較大差異,其中MB2軸承的工作狀態(tài)相對較差。軸承各種參數(shù)

4、和運(yùn)行工況等對主軸承潤滑特性的影響程度各不相同。單缸熄火時,柴油機(jī)需要降速降負(fù)荷運(yùn)行,由于慣性力的影響,各軸承載荷變化并不相同;由于裝配等因素導(dǎo)致軸承座上下偏移,載荷會發(fā)生變化,潤滑狀態(tài)也相應(yīng)改變;在軸承座傾斜情況下,載荷變化不大,但潤滑狀況急劇惡化,高油壓區(qū)偏布于軸承邊緣。
　　 在上述柴油機(jī)多體動力學(xué)分析模型的基礎(chǔ)上,計入傳動軸系和螺旋槳等的影響,將曲軸、中間軸、艉軸和螺旋槳等包含進(jìn)來,通過完整的全軸系軸承潤滑計算模型來分析

5、中間軸承和艉軸承的潤滑狀況及其主軸承潤滑狀態(tài)的變化情況。邊界條件更趨于實際情況,可以得出更趨合理和更準(zhǔn)確的主軸承、中間軸承和艉軸承的潤滑特性參數(shù)。計算結(jié)果表明:遠(yuǎn)離柴油機(jī)功率輸出端的主軸承工作狀態(tài)變化不大,距離輸出端越近,主軸承工作狀態(tài)變化越明顯,最后一道主軸承變化情況甚為顯著。對用作船舶主推進(jìn)動力裝置的柴油機(jī)曲軸主軸承進(jìn)行準(zhǔn)確的潤滑分析,必須考慮后端軸系的影響作用。中間軸承沿軸向受力均勻,潤滑狀況良好,工作較為平穩(wěn);由于螺旋槳重力的影

6、響,后艉軸承載荷的邊緣效應(yīng)十分明顯,高油壓區(qū)分布在靠近螺旋槳側(cè)的艉軸承邊緣:隨著螺旋槳運(yùn)行轉(zhuǎn)速的增大,軸系的橫向振動也增大,軸系滑動軸承的載荷幅值也隨之變化;由于陀螺效應(yīng)的影響,艉軸的傾斜角度逐漸減小,艉軸承潤滑狀況也隨之趨于好轉(zhuǎn)。
　　 綜上所述,本文建立船舶柴油機(jī)推進(jìn)軸系多體動力學(xué)計算模型,對滑動軸承潤滑特性參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值分析。該多體動力學(xué)分析模型和耦合仿真分析方法為船舶推進(jìn)軸系軸承潤滑特性的分析和預(yù)測提供了一種有效的研究方