何 琳,帥長(zhǎng)庚,楊 雪

(海軍工程大學(xué)振動(dòng)與噪聲研究所,湖北 武漢 430033)

0 引 言

潛艇螺旋槳、尾軸一般通過(guò)水潤(rùn)滑軸承來(lái)支撐,螺旋槳軸運(yùn)行時(shí),軸承浸于海水中,通過(guò)軸頸與軸承材料之間形成的水膜來(lái)潤(rùn)滑[1-3]。當(dāng)螺旋槳軸低速或高負(fù)載運(yùn)行時(shí),軸與軸承之間潤(rùn)滑水膜可能會(huì)被破壞,不能完全形成流體動(dòng)力膜,部分軸承區(qū)域處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài),滑行極不穩(wěn)定,造成軸頸和軸承之間出現(xiàn)粘滑摩擦,且滑動(dòng)摩擦力隨著速度的降低而增加,這就形成了1個(gè)自激振動(dòng)過(guò)程。振動(dòng)涉及尾軸的扭轉(zhuǎn)和彎曲運(yùn)動(dòng),其反過(guò)來(lái)通過(guò)不同的動(dòng)態(tài)耦合過(guò)程可以引起螺旋槳葉片和整個(gè)船體的振動(dòng),自激振動(dòng)的形成會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲,嚴(yán)重影響潛艇的聲隱身性能,必須加以有效控制[3-12]。

引起軸與軸承間摩擦噪聲的因素很多,如軸承材料性能、軸承結(jié)構(gòu)、軸與軸承表面狀況、軸與軸承間的對(duì)準(zhǔn)情況、水溫、水質(zhì)特性等。本文主要對(duì)國(guó)內(nèi)外潛艇螺旋槳軸承所用材料、軸承結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)裝置等進(jìn)行綜述,并對(duì)潛艇螺旋槳軸承降噪技術(shù)進(jìn)一步的研究方向提出建議,對(duì)于深入研究潛艇螺旋槳軸承降噪技術(shù)具有重要的指導(dǎo)意義。

1 國(guó)外潛艇螺旋槳軸承降噪技術(shù)研究現(xiàn)狀

螺旋槳軸承噪聲是潛艇重要的機(jī)械噪聲源之一,嚴(yán)重時(shí)其影響超過(guò)潛艇的總噪聲級(jí)。美國(guó)海軍在二戰(zhàn)期間就發(fā)現(xiàn),潛艇尾部軸承異常噪聲嚴(yán)重威脅潛艇生存,二戰(zhàn)結(jié)束后,美國(guó)海軍[13]集中力量對(duì)德國(guó)潛艇尾部軸承設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行搜集整理,并委托麻省理工學(xué)院、海軍泰勒艦船研究發(fā)展中心、海軍安納波利斯實(shí)驗(yàn)室等研究機(jī)構(gòu)對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)研究。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的研究和大量試驗(yàn),突破了橡膠軸承材料、結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑理論等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題,并于1963年形成了艦用尾部水潤(rùn)滑軸承軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-B-17901A(SH),緩解了當(dāng)時(shí)核潛艇“鱘魚(yú)”級(jí)尾部軸承噪聲的危害。后來(lái)隨著新型核潛艇噪聲水平的降低,潛艇尾部軸承噪聲問(wèn)題又顯現(xiàn)出來(lái)。為更進(jìn)一步降低新型核潛艇的噪聲水平,美國(guó)海軍一直在不斷研究、改進(jìn)和完善潛艇螺旋槳軸承降噪技術(shù),根據(jù)研究結(jié)果,分別于1983年和2005年2次對(duì)尾部水潤(rùn)滑軸承軍用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂,有效解決了新型核潛艇“洛杉磯”級(jí)及其改進(jìn)型尾部軸承噪聲控制難題。目前已開(kāi)發(fā)出了四類(lèi)螺旋槳軸承,以適應(yīng)不同艦船的需求。除美國(guó)外,俄羅斯(前蘇聯(lián))、英國(guó)、德國(guó)、日本、加拿大等國(guó)家也一直對(duì)潛艇螺旋槳軸承降噪技術(shù)進(jìn)行深入研究。潛艇尾部軸承噪聲問(wèn)題影響因素很多,且非常復(fù)雜,這里主要論述國(guó)外螺旋槳軸承所用材料、軸承結(jié)構(gòu)、水潤(rùn)滑軸承潤(rùn)滑機(jī)理、試驗(yàn)裝置等主要關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展情況。

1.1 軸承用材料研究

螺旋槳軸承的潤(rùn)滑主要采用水潤(rùn)滑,而螺旋槳軸承降噪設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一是水潤(rùn)滑軸承材料的選取。由于橡膠具有優(yōu)異的減振降噪性能,常被作為水潤(rùn)滑軸承使用。材料的種類(lèi)、材料的表面化學(xué)性質(zhì)、摩擦磨損特性、硬度、抗浸潤(rùn)膨脹能力及抗高溫老化能力等是影響水潤(rùn)滑軸承工作性能和使用壽命的重要因素。美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-B-17901C(SH)對(duì)水潤(rùn)滑軸承材料的性能參數(shù)及其試驗(yàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定[14-16]。

美國(guó)海軍安納波利斯實(shí)驗(yàn)室[4]對(duì)天然橡膠和丁腈橡膠水潤(rùn)滑軸承進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,天然橡膠水潤(rùn)滑軸承在各種工況下均會(huì)不同程度的出現(xiàn)摩擦尖叫聲,磨損相對(duì)來(lái)說(shuō)更嚴(yán)重,而丁腈橡膠水潤(rùn)滑軸承在各種工況下基本未出現(xiàn)尖叫噪聲,磨損也相對(duì)較小。橡膠材料不同的表面化學(xué)性質(zhì)對(duì)水具有不同的濕潤(rùn)性,而濕潤(rùn)性取決于材料本身是親水性還是憎水性。橡膠材料如果是親水性較強(qiáng)的材料,將有利于水膜的形成,從而具有較好的水潤(rùn)滑特性,因此,采用這種橡膠制作的軸承具有較小的噪聲。但是對(duì)于水潤(rùn)滑軸承而言,軸承在水中抗浸潤(rùn)膨脹能力也會(huì)影響到系統(tǒng)的工作性能。比如,軸承在水中浸潤(rùn)膨脹,軸承和轉(zhuǎn)軸的空隙減小,甚至兩者發(fā)生擠壓從而增大軸承的額外荷載,導(dǎo)致摩擦增大,噪聲增大。

Schncider[17]報(bào)告了美國(guó)海軍使用水潤(rùn)滑橡膠軸承的經(jīng)歷,并提供了大量測(cè)試數(shù)據(jù),研究了影響尾軸軸承壽命的因素,包括載荷、滑動(dòng)速率、表面粗糙度、腐蝕的影響等因素,并提出載荷、軸和軸承材料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。其研究表明,目前美國(guó)軍方已經(jīng)運(yùn)用了超高分子量聚乙烯/丁腈水潤(rùn)滑軸承材料,同時(shí)加拿大賽龍公司也在部分產(chǎn)品中將其作為水潤(rùn)滑軸承瓦背材料,用以取代銅合金。賽龍(Thordon)[18]軸承由加拿大Thordon Bearing Inc研制,于1966年投放市場(chǎng)。該材料具有高耐磨性、低摩擦系數(shù)、長(zhǎng)壽命(25年),同時(shí)兼?zhèn)淞己米曰謴?fù)性和彈性,目前已經(jīng)應(yīng)用于多國(guó)海軍艦艇和潛艇螺旋槳軸承上。英國(guó)Railko公司[19]研制的NF材料具有優(yōu)良的抗沖擊性能、較好的耐磨性、較低噪聲以及較長(zhǎng)的使用壽命(英國(guó)海軍試驗(yàn)結(jié)果表明壽命長(zhǎng)達(dá)97年),目前已經(jīng)應(yīng)用于多國(guó)海軍艦艇和潛艇螺旋槳軸承上。

由于國(guó)外在潛艇螺旋槳軸承降噪技術(shù)方面對(duì)我國(guó)進(jìn)行技術(shù)封鎖,所以對(duì)國(guó)外螺旋槳軸承材料配方設(shè)計(jì)還不十分清楚,但從有限文獻(xiàn)資料可以發(fā)現(xiàn),國(guó)外潛艇螺旋槳軸承材料的發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段。

第一階段是水潤(rùn)滑軸承用塑料的研究,如酚醛樹(shù)脂、聚四氟乙烯等。但該類(lèi)材料存在沒(méi)有彈性,脆性較大,容易發(fā)生裂紋損壞,容易出現(xiàn)空泡腐蝕等缺點(diǎn)。

第二階段是水潤(rùn)滑軸承用橡膠的研究。橡膠材料主要是天然膠、丁腈膠、氟彈性體、丁基橡膠、乙丙二烯等。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期應(yīng)用發(fā)現(xiàn)橡膠軸承耐熱性較差,在缺乏水潤(rùn)滑情況下,容易摩擦生熱,從而導(dǎo)致軸承損壞;橡膠軸承承載能力有限;由于橡膠軸承易產(chǎn)生粘連現(xiàn)象,所以,當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速較低時(shí)易產(chǎn)生噪聲。

第三階段是水潤(rùn)滑軸承用橡膠復(fù)合材料的研究,如超高分子量聚乙烯/丁腈復(fù)合材料,并添加小尺度石墨潤(rùn)滑劑。該類(lèi)材料具有在干、濕條件下,優(yōu)良的低摩擦系數(shù)和高抗摩耗性能,較低噪聲;承載能力大;耐水性?xún)?yōu)良;聚合物合金中各組分性能具有協(xié)同效應(yīng),能充分發(fā)揮各組分本身的優(yōu)良性能等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 軸承結(jié)構(gòu)研究

美國(guó)海軍對(duì)不同結(jié)構(gòu)橡膠軸承的摩擦特性進(jìn)行試驗(yàn)研究,結(jié)果表明橡膠輻條表面形狀對(duì)軸承噪聲有很大影響,與軸曲率一致的表面形狀比平面形狀軸承更容易產(chǎn)生粘滑尖叫噪聲。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)橡膠輻條結(jié)構(gòu),可大大改善水潤(rùn)滑橡膠軸承的潤(rùn)滑,降低軸承噪聲[5]。

T.L.Daugherty[20]試驗(yàn)研究了7種平面型板條式完全軸承(包角為360°)的靜摩擦和動(dòng)摩擦特性,試驗(yàn)用軸承和美國(guó)海軍用螺旋槳軸承具有相同的結(jié)構(gòu)。7種板條設(shè)計(jì)包括2種橡膠成分、2種橡膠硬度(肖氏 A 級(jí)硬度 75 ±5、85 ±5)、2 種支撐材料 (黃銅 、塑料)以及不同厚度和形狀的橡膠襯層。文章比較了它們?cè)诓煌o加載時(shí)間下的靜摩擦系數(shù),給出了7種板條設(shè)計(jì)的動(dòng)摩擦系數(shù)的速度特性。在比較的諸多因素中,橡膠襯層的厚度和形狀對(duì)動(dòng)摩擦系數(shù)的影響最大。文章認(rèn)為靜態(tài)摩擦性能與動(dòng)態(tài)摩擦性能之間沒(méi)有相互關(guān)聯(lián)。

Roy L.Orndorff.JR[21]提供了一份內(nèi)容豐富的關(guān)于螺旋槳軸承的歷史和新進(jìn)展的報(bào)道。它的摩擦性能和磨損性能實(shí)驗(yàn)是以單個(gè)板條為研究對(duì)象。摩擦實(shí)驗(yàn)包括靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)的測(cè)量,文中闡述兩點(diǎn):一是橡膠層厚度對(duì)摩擦、磨損具有顯著的影響。薄型板條設(shè)計(jì)能達(dá)到更為優(yōu)良的摩擦、磨損性能;二是比較了平面型和凹面型板條的摩擦性能,在試驗(yàn)速度范圍內(nèi),平面型板條的動(dòng)摩擦系數(shù)顯著地小于凹面型。作者認(rèn)為,凹面型板條的方形邊緣角刮掉了旋轉(zhuǎn)的軸卷帶的潤(rùn)滑劑,提出平面型應(yīng)采用方形的邊緣角,而凹面型采用圓形的邊緣角。

美國(guó)核潛艇螺旋槳軸承結(jié)構(gòu)的發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段。

第一階段(1963-1983年),采用軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-B-17901A中的第一類(lèi)軸承,金屬背襯板條式軸承,金屬背襯通過(guò)燕尾槽緊配合,裝配于軸套上,軸套采用剖分式結(jié)構(gòu),如圖1所示。這種軸承由于金屬背襯長(zhǎng)期浸泡在海水中,不斷腐蝕,使得金屬背襯與軸套燕尾槽配合出現(xiàn)間隙,這個(gè)間隙的存在很容易使尾部橡膠軸承產(chǎn)生異常噪聲[3-4,13-14,22]。

圖1 金屬背襯板條式軸承Fig.1 Metallic backed stave bearing

第二階段(1983-2003年),采用軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-B-17901B中的第三類(lèi)軸承,非金屬背襯板條式軸承,非金屬背襯通過(guò)燕尾槽緊配合,裝配于軸套上,軸套也采用剖分式結(jié)構(gòu),如圖2所示。采用非金屬背襯雖然可以解決金屬背襯存在的抗腐蝕問(wèn)題,但是背襯非金屬材料存在應(yīng)力松弛和老化問(wèn)題,緊配合安裝的板條長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中,在交變應(yīng)力作用下,也容易出現(xiàn)松動(dòng),進(jìn)而產(chǎn)生異常噪聲[5-12,15,21-23]。

圖2 非金屬背襯板條式軸承Fig.2 Nonmetallic backed stave bearing

第三階段(2003-至今),潛艇尾部噪聲控制是“海狼”級(jí)潛艇研制要突破的關(guān)鍵技術(shù)。與“海狼”級(jí)潛艇研制同步,美國(guó)海軍海上系統(tǒng)司令部開(kāi)展了1項(xiàng)大型試驗(yàn)研究項(xiàng)目。該項(xiàng)目旨在通過(guò)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)艇測(cè)試不同軸承材料、不同結(jié)構(gòu)軸承的性能,最終篩選出滿(mǎn)足美國(guó)海軍新型潛艇尾部噪聲控制更高要求的軸承。實(shí)驗(yàn)室對(duì)比試驗(yàn)研究結(jié)果表明,有2種軸承最接近美國(guó)海軍提出的技術(shù)要求而入選,這2種軸承分別為COMPAC賽龍軸承(圖3)和剖分式非金屬背襯半弧軸承(圖4)[16,18]。

美國(guó)海軍在保證接口一致的前提下,將這2種結(jié)構(gòu)軸承安裝于實(shí)艇上進(jìn)行試用,短期服役后,發(fā)現(xiàn)COMPAC賽龍軸承存在問(wèn)題,促使美國(guó)海軍最后決定采用剖分式非金屬背襯半弧軸承,并從2003年開(kāi)始,將其作為標(biāo)準(zhǔn)配件用于新建造的潛艇和更換現(xiàn)役潛艇的尾部板條式橡膠軸承,并于2005年將其納入軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-B-17901C中,作為第五類(lèi)軸承,這種軸承復(fù)合材料外殼可有效吸收振動(dòng)與噪聲,內(nèi)橡膠層的摩擦系數(shù)很小,特別是低轉(zhuǎn)速時(shí)的摩擦性能和噪聲特性?xún)?yōu)良,耐磨性?xún)?yōu)越,使用壽命長(zhǎng)。

1.3 美國(guó)螺旋槳軸承振動(dòng)噪聲性能試驗(yàn)裝置

美國(guó)海軍用于研究水潤(rùn)滑軸承的振動(dòng)、噪聲及磨損試驗(yàn)的裝置主要有3種:

1)軸頸為10″的軸承試驗(yàn)裝置,安裝在1個(gè)大的鑄鐵板上,旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)減速齒輪和聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng),軸頸置于開(kāi)放的水箱中,試驗(yàn)軸承橡膠板條在頂部中心線處與軸頸接觸,通過(guò)砝碼和杠桿給橡膠板條施加載荷,加載桿和橡膠板條支架之間通過(guò)硬鋼球接觸。該裝置加載的最大能力為4500 N,轉(zhuǎn)速范圍為10～38 r/min,軸承的潤(rùn)滑水由正對(duì)著旋轉(zhuǎn)軸的1個(gè)噴霧器供給[4]。

2)14″的軸承試驗(yàn)裝置最大加載能力為157500 N,轉(zhuǎn)速范圍為8～400 r/min,軸承橡膠板條安裝于軸承箱內(nèi),可控制供給軸承的潤(rùn)滑水流速度和入口水溫,可通過(guò)扭矩臂測(cè)出軸承摩擦力扭矩,還可通過(guò)安裝于軸承箱頂端的振動(dòng)傳感器測(cè)量系統(tǒng)的加速度級(jí)[4,16]。

3)橡膠板條試驗(yàn)裝置,其轉(zhuǎn)速范圍可控制在0～1.2 m/s,板條切線方向安裝有壓電傳感器和位移傳感器,可分別測(cè)量高速和低速時(shí)橡膠板條的摩擦力,采用帶有萬(wàn)向節(jié)的脫氧鋼驅(qū)動(dòng)軸,萬(wàn)向節(jié)和驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)鎖鍵耦合,避免了由于軸心差而出現(xiàn)橫向負(fù)載[10]。

1.4 潤(rùn)滑機(jī)理研究

理論上深入研究潤(rùn)滑機(jī)理能為螺旋槳軸承降噪技術(shù)的深入研究提供理論指導(dǎo)。從1886年英國(guó)水力學(xué)家雷諾(Reynolds)推導(dǎo)出著名的流體動(dòng)力潤(rùn)滑方程[24-25](即雷諾方程),提出流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論至今,人們對(duì)摩擦、磨損與潤(rùn)滑的研究與發(fā)展日益豐富,潤(rùn)滑理論也日趨完善。與傳統(tǒng)的金屬軸承相比,螺旋槳軸承不僅其工作介質(zhì)發(fā)生了較大的改變,而且軸承材料性能和結(jié)構(gòu)也變得很復(fù)雜,這為其流體力學(xué)動(dòng)壓方程的建立帶來(lái)了困難。螺旋槳軸承即使在輕載時(shí),軸承接觸表面也會(huì)產(chǎn)生彈性變形,水楔的形狀已經(jīng)不再由零件的原始形狀決定。由于摩擦表面彈性變形,導(dǎo)致了楔形水膜的產(chǎn)生,而且因軸承自身的特點(diǎn),即多曲面圓弧凹槽的結(jié)構(gòu),不易形成連續(xù)的水膜,所以研究水潤(rùn)滑軸承的潤(rùn)滑機(jī)理就必須從彈流潤(rùn)滑的角度進(jìn)行分析,為了進(jìn)行定性分析還必須對(duì)其模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。

目前對(duì)水潤(rùn)滑軸承潤(rùn)滑機(jī)理的研究,是以Muijderman的低粘度流體動(dòng)壓軸承理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的,一般將水潤(rùn)滑摩擦副看作剛性圓柱和彈性平面接觸問(wèn)題,由于水潤(rùn)滑軸承的長(zhǎng)徑比一般都為4,可以視作無(wú)限長(zhǎng)圓柱與彈性平面的接觸,并且在彈性較大的摩擦副中,實(shí)際潤(rùn)滑區(qū)的寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于軸承的半徑,所以研究表面變形時(shí)可把軸承潤(rùn)滑區(qū)表面當(dāng)作半無(wú)限體的表面。這種變形在彈性力學(xué)當(dāng)中屬于平面應(yīng)變問(wèn)題。在一般情況下,很難得到解析解。因此,在建立了基本方程組后,一般是求其數(shù)值解。在求解的過(guò)程中只要計(jì)算出變形,便能將壓強(qiáng)分布以及其他性能參數(shù)確定。但計(jì)算變形又要知道壓強(qiáng)分布,所以用迭代的辦法,即根據(jù)假定的變形函數(shù)求壓強(qiáng),得到壓強(qiáng)以后計(jì)算變形,然后根據(jù)修正過(guò)的變形函數(shù)再求壓強(qiáng),如此迭代直到獲得滿(mǎn)意的精度為止。在求解數(shù)值解的過(guò)程中的算法是整個(gè)計(jì)算過(guò)程的關(guān)鍵所在。

目前所公開(kāi)的文獻(xiàn)資料顯示,在潤(rùn)滑理論研究方面,美國(guó)做了大量的研究工作,取得了重大突破,并且將其應(yīng)用于螺旋槳軸承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中。但總體來(lái)說(shuō)國(guó)外研究的也很不深入,特別是對(duì)螺旋槳軸承的潤(rùn)滑機(jī)理,能否形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑,如果能形成,那么形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑的軸承、速度及載荷條件等均沒(méi)有明確的研究。

2 國(guó)內(nèi)潛艇螺旋槳軸承降噪技術(shù)現(xiàn)狀分析

2.1 國(guó)內(nèi)螺旋槳軸承材料研究

國(guó)內(nèi)早期采用的軸承材料是天然/順丁橡膠,這種橡膠軸承容易出現(xiàn)爆瓦。如圖5所示,橡膠軸承在加載一側(cè)磨損相當(dāng)嚴(yán)重,表面出現(xiàn)犁坑,局部橡膠表層與對(duì)應(yīng)里層橡膠剝離,里層橡膠存在燒焦現(xiàn)象,成粉末狀。軸承在磨合初期的各種轉(zhuǎn)速工況下,試驗(yàn)橡膠尾軸承處有較大噪聲,且噪聲隨著轉(zhuǎn)速的升高逐漸減弱,磨合后期高轉(zhuǎn)速下橡膠軸承噪聲消失,而低轉(zhuǎn)速下噪聲明顯減弱,這與美國(guó)海軍最初研究成果基本一致。

圖5 天然順丁橡膠軸承表面磨損Fig.5 The surface abrasion of natural and 4-polybutadiene rubber

后來(lái)改進(jìn)采用丁腈橡膠為基體,研制了1種水潤(rùn)滑軸承用新型材料,與原材料相比,摩擦系數(shù)大大降低(圖6),在任何模擬使用工況下均沒(méi)有尖叫、燒焦現(xiàn)象,能適應(yīng)軸承處于邊界潤(rùn)滑和干摩擦等極限狀態(tài)。

圖6 新研制材料與原軸承材料摩擦系數(shù)對(duì)比Fig.6 The friction coefficient comparison between newly-studied and former bearing materials

目前,國(guó)內(nèi)潛艇螺旋槳軸承仍然采用背部螺釘緊固的板條式軸承,該軸承存在如下缺點(diǎn):①螺釘緊固力無(wú)法控制,板條變形不均勻;②螺釘緊固后端部可明顯看見(jiàn)板條變形,并且出現(xiàn)間隙;③如果裝配完成后不作加工處理,軸承與軸的同軸度不能有效保證。但是加工處理后影響橡膠表面的光潔度。板條越長(zhǎng),上述問(wèn)題越嚴(yán)重,這些因素都有可能導(dǎo)致軸承異常噪聲的產(chǎn)生。此外,板條表面的光潔度也是產(chǎn)生異常噪聲的1個(gè)重要因素。

2.2 試驗(yàn)裝置分析

國(guó)內(nèi)開(kāi)展水潤(rùn)滑軸承技術(shù)研究試驗(yàn)裝置主要有3種:

1)材料摩擦性能試驗(yàn)裝置,如圖7所示。

圖7 材料摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)Fig.7 The friction and abrasion tester of material

2)軸徑為151 mm的軸承試驗(yàn)裝置,如圖8所示,采用中間徑向加載方式。

圖8 SSB-100型船舶尾軸試驗(yàn)機(jī)Fig.8 The ship propeller shaft tester of SSB-100

3)軸徑為235 mm和365 mm的尾軸承試驗(yàn)裝置,如圖9所示。該裝置將驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速齒輪箱與試驗(yàn)軸承彈性隔離,通過(guò)對(duì)尾軸加載,可以測(cè)試軸承的摩擦磨損及噪聲情況。

圖9 軸徑為235 mm和365 mm的尾軸承試驗(yàn)裝置Fig.9 The propeller shaft bearing tester of 235 and 365 mm shaft diameter

2.3 潤(rùn)滑機(jī)理研究

雖然國(guó)內(nèi)螺旋槳軸承已有產(chǎn)品問(wèn)世,但其基礎(chǔ)性研究尚十分缺乏,與國(guó)外相比,差距還較大。在理論上國(guó)內(nèi)還沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)水潤(rùn)滑橡膠軸承的系統(tǒng)報(bào)道。國(guó)內(nèi)的螺旋槳軸承的設(shè)計(jì)還只是停留在經(jīng)驗(yàn)階段,而且很多經(jīng)驗(yàn)仍沿用國(guó)外五六十年代的水平,已不能適應(yīng)新型潛艇螺旋槳降噪技術(shù)的要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

目前,美國(guó)最新核潛艇上采用的尾部橡膠軸承已經(jīng)是剖分式非金屬背襯半弧軸承。這種軸承復(fù)合材料外殼可有效吸收振動(dòng)與噪聲,內(nèi)橡膠層的摩擦系數(shù)很小,特別是低轉(zhuǎn)速時(shí)的摩擦性能和噪聲特性?xún)?yōu)良,耐磨性?xún)?yōu)越,使用壽命長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)雖然在水潤(rùn)滑橡膠軸承技術(shù)方面已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一些新產(chǎn)品并取得了一定的成果,但與國(guó)外相比,還有一定差距,重點(diǎn)需要解決2個(gè)問(wèn)題:1)深入研究能承受大比壓且具有自潤(rùn)滑功能的水潤(rùn)滑軸承材料;2)通過(guò)材料復(fù)合、結(jié)構(gòu)復(fù)合的方式,進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)水潤(rùn)滑軸承結(jié)構(gòu),剖分式復(fù)合結(jié)構(gòu)形式是下一步重點(diǎn)研究的方向。

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