２０１４年３月　第３９卷第３期　润滑与密封　ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　Ｍａｒ．２０１４　Ｖ０１．３９　Ｎｏ．３　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５４—０１５０．２０１４．０３．０１３　基于Ａｎｓｙｓ的不同螺旋槽艉轴承的结构静力分析　律辉王优强卢宪玖刘骨丽　（青岛理工大学机械工程学院山东青岛２６６０３３）　摘要：海水润滑橡胶艉轴承沟槽结构有轴向水槽和周向水槽之分，周向水槽亦有许多形式的螺旋槽，而不同形式　的螺旋槽结构对艉轴承力学性能有着重要的影响。针对不同螺旋槽数目和不同螺旋槽半径大小的艉轴承模型，应用Ａｎ—　ｓｙｓ软件对其进行结构静力分析对比。结果表明，随着槽数的增加，艉轴承的最大位移量逐渐减小，其最大应力值却逐　渐增大；而螺旋槽半径和螺旋角若太小或太大，都会使得艉轴承的最大应变值增大，且更容易造成应变相对集中。　关键词：艉轴承；螺旋槽；力学性能；橡胶轴承　中图分类号：ＴＨ１３３．３文献标识码：Ａ文章编号：０２５４—０１５０（２０１４）３—０５７—６　Ｔｈｅ　Ｓｔａｔｉｃ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｖａｒｉｏｕｓ　Ｓｐｉｒａｌ　Ｇｒｏｏｖｅ　Ｓｔｅｒｎ　Ｂｅａｒｉｎｇ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ａｎｓｙｓ　Ｌｖ　Ｈｕｉ　Ｗａｎｇ　Ｙｏｕｑｉａｎｇ　Ｌｕ　Ｘｉａｎｊｉｕ　Ｌｉｕ　Ｂｉｎｇｌｉ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２６６０３３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｇｒｏｏｖｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｌｕｂｒｉｃａｔｅｄ　ｒｕｂｂｅｒ　ｓｔｅｒｎ　ｔｕｂｅ　ｂｅａｒｉｎｇｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｄｉｖｉｄｅｄ　ｉｎｔｏ　ａｘｉａｌ　ａｎｄ　ｃｉｒｃｕｍｆｅｒ－　ｅｎｔｉａｌ　ｗａｔｅｒ　ｃｈａｎｎｅｌｓ，ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｗａｔｅｒ　ｃｈａｎｎｅｌｓ　ａｌｓｏ　ｈａｖｅ　ｍａｎｙ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｆｏｒｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｉｒａｌ　ｇｒｏｏｖｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｆｏｒｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｉｒａｌ　ｇｒｏｏｖｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｈａｖｅ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｅｍ　ｂｅａｒ－　ｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｓｔａｔｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｗａｓ　ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　Ａｎｓｙｓ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｕｂｂｅｒ　ｓｔｅｍ　ｔｕｂｅ　ｂｅａｒｉｎｇｓ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｎｕｍｂｅｒ　ａｎｄ　ｒａｄｉｕｓ　ｏｆ　ｓｐｉｒａｌ　ｇｒｏｏｖｅｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｅｍ　ｂｅａｒｉｎｇｓ　ｉｓ　ｇｒａｄｕａｌｌｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｓｔｒｅｓｓ　ｉｓ　ｇｒａｄｕａｌｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｏｆ　ｇｒｏｏｖｅ　ｎｕｍｂｅｒ．Ｔｏｏ　ｂｉｇ　ｏｒ　ｔｏｏ　ｓｍａｌｌ　ｇｒｏｏｖｅ　ｒａｄｉｕｓ　ｏｒ　ｓｐｉｒａｌ　ａｎｇｌｅ　ｗｉｌｌ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｓｔｒａｉｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｅｍ　ｂｅａｒｉｎｇｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｍ　ｂｅａｒｉｎｇ；ｓｐｉｒａｌ　ｇｒｏｏｖｅ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｒｕｂｂｅｒ　ｂｅａｒｉｎｇ　船舶艉轴承大多采用水润滑或海水润滑，相比油　润滑，艉轴承用海水润滑具有无污染、成本低、资源　丰富、轴承结构简单等优点。由于船舶艉轴承的工作　环境比较恶劣，在海水中泥沙、杂质较多，所以艉轴　承一般都开有水槽，只要在水量充足的条件下，水槽　不仅有排沙、冷却的作用，还能够起到更好的润滑作　用。　艉轴承的水槽分为两大类：轴向水槽和周向水　槽，本文作者所研究的螺旋槽艉轴承即属于周向水　槽。不同形式的螺旋槽，虽然可使艉轴承的承载面积　减少，比压增加，承载能力减弱，但同时也改善了艉　基金项目：国家自然科学基金项目（５１１７５２７５）；青岛科技计　划项目（１２—１４　４＿．（２）－ＪＣＨ）．　收稿日期：２０１３—０８—０３　作者简介：律辉（１９８９一），男，硕士研究生，研究方向为机械　设计及理论．Ｅ－ｍａｉｌ：ｑｄｌｖｈｕｉ２０１　１＠１６３．ｔｏｍ．　轴承的润滑环境和力学性能　。目前，已有不少专家　和学者对不同螺旋槽艉轴承开展了诸多研究工　作　，取得了重要的研究成果。本文作者在借鉴前　人研究的基础上，基于有限元法　一　，应用Ａｎｓｙｓ软　件对比分析了不同形式的螺旋槽对艉轴承力学性能的　影响，可为优化艉轴承结构设计，提高其润滑性能等　方面提供理论指导。　１艉轴承模型　１．１　建立三维实体模型　利用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ绘图软件　绘制不同螺旋槽结构　艉轴承的三维实体模型，将其导人Ａｎｓｙｓ中，以槽数　为６、半径为１５　ｍｍ、螺旋角为９０。的圆弧形螺旋槽　为例，如图１所示。　艉轴承由两部分组成：内部橡胶艉轴承和外部钢　套。本文作者建立槽数分别为４、６、８，螺旋角分别　为４５。、９０。、１３５。以及半径分别为ｌ０、ｌ５、２０　ｍｍ的　圆弧形螺旋槽艉轴承模型进行对比研究。

　润滑与密封　第３９卷　铸铁缸套基体　图５　ＺＤＤＰ润滑膜结构　Ｆｉｇ　５　ＺＤＤＰ　ｆｉｌｍ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｆｅ．Ｆｅ０　ＦｅＳ　增加　铁和，　化铁　３结论　（１）在１０　ＭＰａ的载荷下，当滑动速度小于０．４　ｍｍ／ｓ时，极压添加剂会降低摩擦表面润滑膜的摩擦　力，使不同速度范围内润滑膜剪切特性变化更平缓，　而在滑动速度大于０．４　ｍｍ／ｓ后，极压添加剂对润滑　膜剪切特性的影响减弱，基础油的影响逐渐增强。　（２）在２０　ＭＰａ的载荷下，润滑油中极压添加剂　是影响摩擦表面润滑膜低速剪切特性的关键因素，但　润滑膜结构中碳氢化合物层对于降低摩擦力，减少摩　擦功耗不可忽视。　参考文献　【１】严立，余宪海．内燃机磨损及可靠性技术［Ｍ］．北京：人民交　通出版社．１９９２．　’　【２】Ｌｅｓｌｉｅ　Ｒ．Ｌｕｂｒｉｃａｎｔ　ａｄｄｉｔｉｖｅｓ：ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｍ］．　Ｂｏｃａ　Ｒａｔｏｎ：ＣＲＣ　Ｐｒｅｓｓ，２０１０．　【３】温诗铸，黄平．摩擦学原理［Ｍ］．北京：清华大学出版社，　２００８．　【４】金梅，沈岩，朱亚琼，等．基于贫油试验方法的镀铬缸套一喷　钼活塞环抗黏着性能研究［Ｊ］．车用发动机，２０１２（６）：４３—　４５．　Ｊｉｎ　Ｍｅｉ，Ｓｈｅｎ　Ｙａｎ，Ｚｈｕ　Ｙａｑｉｏｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ａｎｔｉ—ａｄｈｅｓｉｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍ—　ａｎｅｅ　ｏｆ　ｃｈｒｏｍｅ—ｐｌａｔｅｄ　ｃｙｌｉｎｄｅｒ　ｌｉｎｅｒ　ａｎｄ　ｓｐｒａｙｅｄ　ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ　ｐｉｓｔｏｎ　ｒｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｔａｒｖａｔｉｏｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｅｎｇｉｎｅ，　２０１２（６）：４３—４５．　【５】张有忱，孟惠荣，范迅，等．用接触电阻法判断蜗杆传动润滑　状态的研究［Ｊ］．煤炭科学技术，１９９９，２７（９）：２６—２７．　Ｚｈａｎｇ　Ｙｏｕｃｈｅｎ，Ｍｅｎｇ　Ｈｕｉｒｏｎｇ，Ｆａｎ　Ｘｕｎ，ｅｔ　ａ１．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｅ　ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｏＦｎｌ　ｄｒｉｖｅ『Ｊ］．　Ｃｏａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９９，２７（９）：２６—２７．　【６】程礼椿．电接触理论及应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社，　１９８５．　【７】Ｂｅｌｌ　Ｊ　Ｃ，Ｄｅｌａｒｇｙ　Ｋ　Ｍ，Ｓｅｅｎｅｙ　Ａ　Ｍ．Ｔｈｅ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｉｃｋ　ｚｉｎｃ　ｄｉｔｈｉｏｐｈｏｓｐｈａｔｅ　ａｎｔｉｗｅａｒ　ｆｉｌｍｓ　［Ｍ］／／Ｄｏｗｓｏｎ　Ｄ．Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ　ｓｅｒｉｅｓ，２１，ｗｅａｒ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ：ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｃｒａｄｌｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｇｒａｖｅ．Ａｍｓｔｅｒｄａｍ：Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，１９９２．　【８】Ｎｅｖｉｌｌｅ　Ａ，Ｍｏｒｉｎａ　Ａ，Ｈａｑｕｅ　Ｔ，ｅｔ　ａ１．Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｒｉ—　ｂｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｕｒｆａｃｅｓ　ａｎｄ　ｌｕｂｒｉｃａｎｔ　ａｄｄｉｔｉｖｅｓ：Ｈｏｗ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗｅａｒ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｃａｎ　ｂｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｂｙ　ｓｕｒｆａｃｅ／ｌｕｂｅ　ｓｙｎｅｒｇｉｅｓ［Ｊ］．Ｔ　一　ｂｏｌｏｇｙ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００７，４０（１０／１１／１２）：１６８０—１６９５．　（上接第６２页）　大应变则随着螺旋角的增大逐渐增大；９０。螺旋角艉　轴承的最大应力值最小，当螺旋角无论增大还是减小　时，其最大应力值均相应地增大，易形成应力集中。　（４）不同形式的螺旋槽结构对艉轴承的力学性　能有着重要的影响，针对不同的力学性能要求，合理　地选取螺旋槽数目、半径大小以及螺旋角度，有助于　优化艉轴承结构，改善其工作性能。　参考文献　【１】刘宇，刘正林，吴铸新，等．基于ＭＡＴＬＡＢ的轴向开槽水润滑　径向轴承性能分析［Ｊ］．润滑与密封，２００９，３４（４）：７１—７３．　Ｌｉｕ　Ｙｕ，Ｌｉｕ　Ｚｈｅｎｇｌｉｎ，Ｗｕ　Ｚｈｕｘｉｎ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｅｒ—　ｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ—ｌｕｂｒｉｃａｔｅｄ　ｊｏｕｍａｌ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｗａｔｅｒ　ｇｒｏｏｖｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｘｉａｌ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＡＴＬＡＢ［Ｊ］．Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉ—　ｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，３４（４）：７１—７３．　【２】苟振宇，徐鹏，张少凯，等．水槽结构对水润滑尾轴承润滑性　能的影响研究［Ｊ］．江苏船舶，２０１２，２７（３）：２３—２５．　Ｘｕｎ　Ｚｈｅｎｙｕ，Ｘｕ　Ｐｅｎｇ，Ｚｈａｎｇ　Ｓｈａｏｋａｉ，ｅｔ　ａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｌｕｂｒｉ—　ｃａｔｉｏｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ—ｌｕｂｒｉｃａｔｅｄ　ｓｔｅｍ　ｂｅａｒｉｎｇｓ　ｗｉｔｈ　ｗａｔｅｒ　ｃｈａｎｎｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｓｈｉｐ，２０１２，２７（３）：２３—２５．　【３】涂林，李多民，段滋华．基于Ｆｌｕｅｎｔ的动压径向轴承油膜力　场模拟研究［Ｊ］．润滑与密封，２０１１，３６（４）：８２—８６．　Ｔｕ　Ｌｉｎ，Ｌｉ　Ｄｕｏｍｉｎｇ，Ｄｕａｎ　Ｚｉｈｕａ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｏｉｌ　ｆｉｌｍ　ｆｏｒｃｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒａｄｉａｌ　ｂｅａｒｉｎｇｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｆｌｕｅｎｔ　［Ｊ］．Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１１，３６（４）：８２—８６．　【４】Ｙｏｎｇ　Ｊｉｎ．Ｍｏｄａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ－ｌｕｂｒｉｃａｔｅｄ　ｒｕｂｂｅｒ　ｓｔｅｒｎ　ｂｅａｒ－　ｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＮＳＹＳ［Ｊ］．Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２０１１，　ＡＭＲ．２９１—２９４．２１１１．　【５】李振字，蒋丹，尹忠慰．导水槽结构对水润滑滑动轴承水膜　压强影响分析［Ｊ］．东华大学学报，２０１２，３８（５）：５０９—５１３．　Ｌｉ　Ｚｈｅｎｙｕ，Ｊｉａｎｇ　Ｄａｎ，Ｙｉｎ　Ｚｈｏｎｇｗｅｉ．Ｅｆｆｅｃｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｇｒｏｏｖｅｓ　ｏｎ　ｗａｔｅｒ　ｆｉｌｍ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ－ｌｕｂｒｉｃａｔｅｄ　ｂｅａｒｉｎｇｓ　［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｄｏｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１２，３８（５）：５０９—５１３．　【６】张洪才，何波．有限元分析：Ａｎｓｙｓｌ３．０从人门到实战［Ｍ］．　北京：机械工业出版社，２０１１．　【７】张洪信，赵清海．Ａｎｓｙｓ有限元分析完全自学手册［Ｍ］．北　京：机械工业出版社，２００８．　【８】董荣荣，王宏．Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ２０１１中文版工业设计案例实战　［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０１１．