水润滑轴承的动态特性研究_产品中心

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２００８年２月第３３卷第２期润滑与密封ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＦｅｂ．２００８Ｖ０１．３３Ｎｏ．２水润滑轴承的动态特性研究Ｉ吴晓金王家序肖科朱娟娟（重庆大学机械传动国家重点实验室重庆４０００３０）摘要：利用有限元软件研究了水润滑轴承的三维模态及其应力分布和谐响应规律。通过施加简单位移边界条件分析了模态响应，进而以时间历程载荷分析了水润滑轴承整体结构的谐响应特性，并讨论了影响特征频率的几个重要参数。模拟根据结果得出：对运用于高速或超高速运行工况下的水润滑轴承，其自由模态的频率较低，并处于结构发生共振的范围内；而约束模态的频率相比来说较高，转动载荷的振动频率将不可能达到结构的特征频率之内，因此产生共振的可能性比较小。仿真结果与实验结论吻合较好，验证了该研究方法的正确性和可行性。关键词：水润滑；数值模拟；模态；谐响应中图分类号：ＴＨｌ３３．３文献标识码：Ａ文章编号：０２５４０１５０（２００８）２－０２１５ＤｙｎａｍｉｃｓＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＷａｔｅｒＬｕｂｒｉｃａｔｅｄＢｅａｒｉｎｇＷＵＸｉａｏｊｉｎＷａｎｇＪｉａｘｕＸｉａｏＫｅＺｈｕＪｕａｎｊｕａｎ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄａｌ，ｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｈａｒｍｏｎｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｌａｗｓｏｆｗａｔｅｒｌｕｂｒｉｃａｔｅｄｂｅａｒｉｎｇｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｍｏｄａｌｒｅｓｐｏｎｓｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｅｘｅｒｔｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｓｉｍｐｌｅｄｉｓｐｌａｃｅ・ｍｅｎｔ，ｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｅｎｔｉｒｅｗａｔｅｒｌｕｂｒｉｃａｔｅｄｂｅａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙｌｏａｄｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄａｃｏｕｐｌｅｏｆｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｈｉｃｈｉｎｆｌｕｅｎｃｅｔｈｅｅｉｇｅｎｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆｒｅｅｍｏｄａｌｅｉｇｅｎ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｗａｔｅｒ－ｌｕｂｒｉｃａｔｅｄｂｅａｒｉｎｇｗｈｅｎｗｏｒｋｉｎｇａｔｈｉｇｈｏｒｓｕｐｅｒｈｉｓｈｓｐｅｅｄａｒｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｌｙｌｏｗａｎｄｗｉｔｈｉｎｒｅｓｏｎａｎｃｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ．Ｔｈｅｅｉｇｅｎｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｃｏｎｓｔｒａｉｎｍｏｄａｌａｒｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｈｉｓｈａｎｄｔｈｅｙｓｈｏｕｌｄｇｏｂｅｙｏｎｄｔｈｅｅｘｔｅｎｓｉ６ｎｏｆｒｏｔａｔｉｏｎｌｏａｄｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ，ａｎｄｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｏｃｃｕｒｒｉｎｇｒｅｓｏｎａｎｃｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｒｅｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｇｒｅｅｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｉｌｙ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｓｔｈｅｒｉｇｈｔａｎｄｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒｌｕｂｒｉｃａｔｅｄ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｍｏｄａｌ；ｈａｒｍｏｎｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ长期以来，水润滑轴承都是研究的热点，然而大多数研究都集中在弹流润滑机制上ｕ。３１，并将其作为稳态问题来分析，而很少关注动态载荷对结构响应的影响，尤其相关材料设计和结构改进及其耦合效应方面的研究更少见于报道。王家序等Ｈ１提出了对水润滑轴承进行数值模拟的研究方法，吴晓金等” １在此基础上建立了一种数值分析模型，并获得了一些有意义的结论以用于后续研究。结构模态和谐响应分析是动力学仿真研究的重要环节，其结果对合理设计机械并保证装备安全可靠运行有重要的指导意义。本文作者主要研究水润滑轴承的结构和材料对其动态响应特性的影响，如自由模态和约束模态特征频率及其谐响应特性的影响，并为此・基金项目：国家自然科学基金项目（５０７７５２３０）；中韩合作项目ＮＳＦＣ．ＫＯＳＥＦ（５０６１１１４０５４７）；重庆大学研究生科学技术创新基金项目（２００６０９Ｙ１Ａ００４０１６３）．收稿日期：２００７０９２０作者简介：吴晓金，博士研究生，主要是做结构系统动态仿真研究．Ｅｍａｉｌ：ｗｕｘｊｃｃｑｕ＠ｔｏｍ．ＣＯｌｌ：Ｌ而建立了一系列有限元计算模型以在模态和谐响应分析中研究不同参数的对其动态效应的影响规律；通过施加简单位移边界条件来分析模态响应，进而以时间历程载荷来分析水润滑轴承整体结构的谐响应特性，并着重讨论了影响特征频率的几个重要参数，如材料特性和长径比等，得到了对指导材料设计和结构改进有重要参考价值的结论。实验测试和有限元分析都说明施加在外壳上的激励振动载荷对结构有强烈的影响，当激励频率接近结构的特征频率时可能会产生谐振，并在内外层材料的结合面上也出现了耦合现象。上述分析结果与实验结果怕１是一致的。１建立模型在运用ＡＮＳＹＳ软件进行有限元分析的过程中，最重要的工作就是选择单元类型。本文作者在分析三维实体模型时，为得到较为精确的模拟结果并考虑到后续工作的需要，内层橡胶选择八节点六面体单元ＳＯＬＩＤｌ８５，它的每个节点上有ｘ、ｙ、ｚ３个方向上的平移自由度，可拿来作塑性、超弹性、应力硬化、蠕变、大变形及大应变等类型的分析，也可用来万方数据