船用橡胶轴承刚度分析

熊晨熙　谢基榕　孙凌寒

摘要：为进行轴系与船体的耦合结构动力学分析，将船用橡胶轴承与轴颈的相互作用简化为以集中质量和刚度形式表述的动力学缩聚模型，并通过接触非线性有限元分析提取轴承结构的等效质量和等效刚度，准确描述含有超弹性橡胶材料的轴承结构在承受一定轴承压力下的力学行为.计算橡胶轴承结构等效质量、等效径向刚度、等效扭转刚度以及等效转动刚度等，并讨论橡胶压缩性对轴承刚度的影响.结果表明：随着橡胶可压缩性的增强，轴承的等效径向刚度增强，扭转刚度减弱.

关键词：橡胶轴承； 接触； 超弹性； 等效刚度； 有限元

中图分类号： U663.9； TB115.1

文献标志码：B

0 引 言

橡胶轴承刚度小，有良好的隔振作用，在泥沙环境下有较好的耐磨性，被广泛应用于船舶尾轴承上.[1-2]在研究轴系与船体相互作用的动力学问题时，为简化问题，可采用有限元模拟轴承装置与轴颈的相互作用.因此，需要建立轴承动力学缩聚模型，以集中形式的刚度和质量特性模拟整个轴承装置与轴颈间的结构动力学特性.

1 橡胶轴承结构

目前，船用橡胶轴承一般采用板条式[3-4]，典型的水润滑橡胶轴承结构形式[5]见图1.整个橡胶轴承装置由轴套和轴瓦条组成，轴套为筒形整体结构，圆周分布的轴瓦条通过螺钉安装到轴套上.

7 结束语

为进行轴系与船体耦合结构动力学分析，需要提取轴承结构的等效质量和等效刚度.在有限元软件中进行接触非线性分析，准确描述含有超弹性橡胶材料的轴承结构在承受一定轴承压力的力学行为，给出轴承结构等效质量和等效刚度的计算方法和计算结果，并讨论橡胶可压缩性对轴承刚度的影响，发现随着橡胶可压缩性的增强，轴承的等效径向刚度增强，扭转刚度变弱.

参考文献：

[1] 姚世卫， 杨俊， 张雪冰， 等. 水润滑橡胶轴承振动噪声机理分析与试验研究[J]. 振动与冲击， 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] 周建辉， 刘正林， 朱汉华， 等. 船舶水润滑橡胶尾轴承摩擦性能试验研究[J]. 武汉理工大学学报： 交通科学与工程版， 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] 杨俊， 王隽， 周旭辉， 等. 水润滑橡胶轴承结构设计[J]. 舰船科学技术， 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] 姚世卫， 胡宗成， 马斌， 等. 橡胶轴承研究进展及在舰艇上的应用分析[J]. 舰船科学技术， 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， 刘正林， 金勇， 等. 水润滑橡胶尾轴承鸣音试验研究[J]. 武汉理工大学学报， 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] 刘宇， 周建辉， 戴明城. 水润滑轴承弹流动压润滑和摩擦特性数值计算分析[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] 庄茁， 张帆， 岺松， 等. Abaqus非线性有限元分析与实例[M]. 北京： 科学出版社， 2005： 277-292.

（编辑 陈锋杰）

摘要：为进行轴系与船体的耦合结构动力学分析，将船用橡胶轴承与轴颈的相互作用简化为以集中质量和刚度形式表述的动力学缩聚模型，并通过接触非线性有限元分析提取轴承结构的等效质量和等效刚度，准确描述含有超弹性橡胶材料的轴承结构在承受一定轴承压力下的力学行为.计算橡胶轴承结构等效质量、等效径向刚度、等效扭转刚度以及等效转动刚度等，并讨论橡胶压缩性对轴承刚度的影响.结果表明：随着橡胶可压缩性的增强，轴承的等效径向刚度增强，扭转刚度减弱.

关键词：橡胶轴承； 接触； 超弹性； 等效刚度； 有限元

中图分类号： U663.9； TB115.1

文献标志码：B

0 引 言

橡胶轴承刚度小，有良好的隔振作用，在泥沙环境下有较好的耐磨性，被广泛应用于船舶尾轴承上.[1-2]在研究轴系与船体相互作用的动力学问题时，为简化问题，可采用有限元模拟轴承装置与轴颈的相互作用.因此，需要建立轴承动力学缩聚模型，以集中形式的刚度和质量特性模拟整个轴承装置与轴颈间的结构动力学特性.

1 橡胶轴承结构

目前，船用橡胶轴承一般采用板条式[3-4]，典型的水润滑橡胶轴承结构形式[5]见图1.整个橡胶轴承装置由轴套和轴瓦条组成，轴套为筒形整体结构，圆周分布的轴瓦条通过螺钉安装到轴套上.

7 结束语

为进行轴系与船体耦合结构动力学分析，需要提取轴承结构的等效质量和等效刚度.在有限元软件中进行接触非线性分析，准确描述含有超弹性橡胶材料的轴承结构在承受一定轴承压力的力学行为，给出轴承结构等效质量和等效刚度的计算方法和计算结果，并讨论橡胶可压缩性对轴承刚度的影响，发现随着橡胶可压缩性的增强，轴承的等效径向刚度增强，扭转刚度变弱.

参考文献：

[1] 姚世卫， 杨俊， 张雪冰， 等. 水润滑橡胶轴承振动噪声机理分析与试验研究[J]. 振动与冲击， 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] 周建辉， 刘正林， 朱汉华， 等. 船舶水润滑橡胶尾轴承摩擦性能试验研究[J]. 武汉理工大学学报： 交通科学与工程版， 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] 杨俊， 王隽， 周旭辉， 等. 水润滑橡胶轴承结构设计[J]. 舰船科学技术， 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] 姚世卫， 胡宗成， 马斌， 等. 橡胶轴承研究进展及在舰艇上的应用分析[J]. 舰船科学技术， 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， 刘正林， 金勇， 等. 水润滑橡胶尾轴承鸣音试验研究[J]. 武汉理工大学学报， 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] 刘宇， 周建辉， 戴明城. 水润滑轴承弹流动压润滑和摩擦特性数值计算分析[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] 庄茁， 张帆， 岺松， 等. Abaqus非线性有限元分析与实例[M]. 北京： 科学出版社， 2005： 277-292.

（编辑 陈锋杰）

摘要：为进行轴系与船体的耦合结构动力学分析，将船用橡胶轴承与轴颈的相互作用简化为以集中质量和刚度形式表述的动力学缩聚模型，并通过接触非线性有限元分析提取轴承结构的等效质量和等效刚度，准确描述含有超弹性橡胶材料的轴承结构在承受一定轴承压力下的力学行为.计算橡胶轴承结构等效质量、等效径向刚度、等效扭转刚度以及等效转动刚度等，并讨论橡胶压缩性对轴承刚度的影响.结果表明：随着橡胶可压缩性的增强，轴承的等效径向刚度增强，扭转刚度减弱.

关键词：橡胶轴承； 接触； 超弹性； 等效刚度； 有限元

中图分类号： U663.9； TB115.1

文献标志码：B

0 引 言

橡胶轴承刚度小，有良好的隔振作用，在泥沙环境下有较好的耐磨性，被广泛应用于船舶尾轴承上.[1-2]在研究轴系与船体相互作用的动力学问题时，为简化问题，可采用有限元模拟轴承装置与轴颈的相互作用.因此，需要建立轴承动力学缩聚模型，以集中形式的刚度和质量特性模拟整个轴承装置与轴颈间的结构动力学特性.

1 橡胶轴承结构

目前，船用橡胶轴承一般采用板条式[3-4]，典型的水润滑橡胶轴承结构形式[5]见图1.整个橡胶轴承装置由轴套和轴瓦条组成，轴套为筒形整体结构，圆周分布的轴瓦条通过螺钉安装到轴套上.

7 结束语

为进行轴系与船体耦合结构动力学分析，需要提取轴承结构的等效质量和等效刚度.在有限元软件中进行接触非线性分析，准确描述含有超弹性橡胶材料的轴承结构在承受一定轴承压力的力学行为，给出轴承结构等效质量和等效刚度的计算方法和计算结果，并讨论橡胶可压缩性对轴承刚度的影响，发现随着橡胶可压缩性的增强，轴承的等效径向刚度增强，扭转刚度变弱.

参考文献：

[1] 姚世卫， 杨俊， 张雪冰， 等. 水润滑橡胶轴承振动噪声机理分析与试验研究[J]. 振动与冲击， 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] 周建辉， 刘正林， 朱汉华， 等. 船舶水润滑橡胶尾轴承摩擦性能试验研究[J]. 武汉理工大学学报： 交通科学与工程版， 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] 杨俊， 王隽， 周旭辉， 等. 水润滑橡胶轴承结构设计[J]. 舰船科学技术， 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] 姚世卫， 胡宗成， 马斌， 等. 橡胶轴承研究进展及在舰艇上的应用分析[J]. 舰船科学技术， 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， 刘正林， 金勇， 等. 水润滑橡胶尾轴承鸣音试验研究[J]. 武汉理工大学学报， 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] 刘宇， 周建辉， 戴明城. 水润滑轴承弹流动压润滑和摩擦特性数值计算分析[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] 庄茁， 张帆， 岺松， 等. Abaqus非线性有限元分析与实例[M]. 北京： 科学出版社， 2005： 277-292.

（编辑 陈锋杰）