水潤(rùn)滑橡膠軸承多場(chǎng)多因素耦合分析與潤(rùn)滑界面改性研究.pdf

1、論文研究?jī)?nèi)容來(lái)源于國(guó)家國(guó)防基礎(chǔ)科研項(xiàng)目“多場(chǎng)耦合條件下XXX系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論和方法”、中船重工集團(tuán)公司第XXX研究所合作項(xiàng)目“XXX混合潤(rùn)滑狀態(tài)XXX特性規(guī)律研究技術(shù)開(kāi)發(fā)”和中國(guó)人民解放軍XXX大學(xué)合作項(xiàng)目“XXX樣機(jī)設(shè)計(jì)與研制”，主要針對(duì)我國(guó)海軍XX裝備B艇推進(jìn)系統(tǒng)存在著摩擦自激振動(dòng)中、高頻噪聲，和新型艦船泵噴推進(jìn)系統(tǒng)對(duì)水潤(rùn)滑橡膠軸承潤(rùn)滑性能提出的苛刻要求，綜合應(yīng)用流體力學(xué)、界面力學(xué)、摩擦學(xué)、熱力學(xué)、材料科學(xué)和物理化學(xué)等多學(xué)科交叉耦合

2、分析方法，通過(guò)全面深入分析材料、結(jié)構(gòu)、工況、負(fù)載、溫度等多場(chǎng)多介質(zhì)耦合條件下的水潤(rùn)滑橡膠合金軸承混合潤(rùn)滑特性，研究橡膠襯層界面親水性與混合潤(rùn)滑性能的演變規(guī)律，揭示水潤(rùn)滑橡膠合金軸承混合潤(rùn)滑機(jī)理和成膜機(jī)制，提出多場(chǎng)多介質(zhì)耦合條件下超潤(rùn)滑低磨損水潤(rùn)滑橡膠合金軸承創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論、方法和技術(shù)，為解決艦船推進(jìn)系統(tǒng)所存在的減振降噪、潤(rùn)滑不足等共性關(guān)鍵科技難題奠定理論與試驗(yàn)基礎(chǔ)。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）由于水的粘度很低，約為潤(rùn)滑油的1/10

3、0，使得水潤(rùn)滑橡膠軸承往往處于混合潤(rùn)狀態(tài)，且作為潤(rùn)滑襯層的橡膠為粘彈性材料，在加上鋼軸在螺旋槳等外力的影響下容易產(chǎn)生軸向傾斜。因此，水潤(rùn)滑橡膠軸承多場(chǎng)多因素耦合數(shù)值求解一直是一個(gè)難點(diǎn)，目前沒(méi)有任何一款商業(yè)軟件（ANSYS-CFD、FLUENT、ADINA等）可以對(duì)水潤(rùn)滑橡膠軸承進(jìn)行流固熱耦合混合潤(rùn)滑分析?；诖耍疚慕鉀Q了流體動(dòng)壓潤(rùn)滑、粗糙界面接觸、彈性變形、熱膨脹變形、溫度場(chǎng)、軸向流、不對(duì)準(zhǔn)等多場(chǎng)多因素耦合求解中的多種難題，建立了多場(chǎng)

4、多因素耦合的水潤(rùn)滑橡膠合金軸承混合潤(rùn)滑統(tǒng)一數(shù)值計(jì)算模型。此外，由于多場(chǎng)多因素耦合計(jì)算會(huì)使得計(jì)算量非常艱巨、非常耗時(shí)，本文引入了基于影響系數(shù)法的熱/熱變形影響系數(shù)快速算法，還提出一種基于OpenMP的多線(xiàn)程奇偶并行計(jì)算混合潤(rùn)滑數(shù)值方法，顯著的縮短了混合潤(rùn)滑數(shù)值分析時(shí)間。
　?。?）基于水潤(rùn)滑橡膠合金軸承多場(chǎng)多因素耦合數(shù)值計(jì)算模型，分析了水潤(rùn)滑橡膠合金軸承流體動(dòng)壓力分布、水膜厚度分布、彈性變形分布、熱膨脹形變分布、軸承結(jié)構(gòu)熱場(chǎng)分布，研

5、究了載荷、轉(zhuǎn)速、軸向傾斜等工況對(duì)水潤(rùn)滑橡膠軸承潤(rùn)滑性能、溫度場(chǎng)分布的影響，并深入分析了水潤(rùn)滑橡膠軸承Stribeck曲線(xiàn)變化規(guī)律，揭示了水潤(rùn)滑橡膠軸承混合潤(rùn)滑機(jī)理。
　?。?）深入分析了溝槽結(jié)構(gòu)和軸向分布、橡膠襯層力學(xué)參數(shù)對(duì)水潤(rùn)滑橡膠軸承多場(chǎng)耦合混合潤(rùn)滑性能的影響，提出并闡述了基于微型楔形水囊效應(yīng)的混合潤(rùn)滑機(jī)理，為水潤(rùn)滑橡膠軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了一定的理論基礎(chǔ)。并針對(duì)溝槽軸向分布形式，在斜坐標(biāo)系下建立了基于虛擬節(jié)點(diǎn)Reynol

6、ds方程數(shù)值求解模型，有效的解決了稀疏網(wǎng)格在表征人字槽、螺旋槽時(shí)會(huì)失真的關(guān)鍵難題，從而間接性的提高了水潤(rùn)滑橡膠軸承多場(chǎng)多因素耦合混合潤(rùn)滑模型的求解速度。
　　（4）基于水潤(rùn)滑橡膠軸承一般處于混合潤(rùn)滑狀態(tài)，無(wú)法形成完整的潤(rùn)滑水膜，本文對(duì)橡膠襯層進(jìn)行了超潤(rùn)滑改性研究。通過(guò)將橡膠襯層改性為超親水潤(rùn)滑界面，使橡膠襯層表明能夠粘附一層水膜，并將其帶回混合潤(rùn)滑區(qū)形成薄膜潤(rùn)滑效應(yīng)，從而有效的改善水潤(rùn)滑軸承的潤(rùn)滑性能。研究表明，丁腈橡膠在一定濃度