摘 要

通过利用ANSYS Workbench建立水润滑橡胶轴承的有限元模型，并对其进行模态分析，得出其低阶模态的分析结果。同时，改变设计参数，研究水润滑橡胶轴承动态特性的影响因素及影响规律。研究表明，水润滑橡胶轴承模态的频率分布密集，其低阶模态主要受内衬的结构与材料属性影响。另外还可以得到影响轴承模态振型和频率的因素。

关键词：有限元模态分析；水润滑橡胶轴承；动态特征

Abstract

By using ANASYS Workbench, establish a finite element model of water lubricated rubber bearings, and analyze it, obtained results of the analysis of low order modes. At the same time, changing the design parameters studied influencing factors and the influence of water lubricated rubber bearings dynamic properties. Studies have shown that frequency of water-lubricated rubber bearing modal is distribution dense, its low order modes is influenced by Structure and material properties of lining. It also can get the factors influencing bearing mode shapes and frequencies.

Key Words：Finite Element Modal Analysis; Water lubricated rubber bearings; Dynamic Characteristics

目 录

第1章 绪 论 - 1 -

1.1水润滑橡胶轴承的介绍 - 1 -

1.1.1水润滑橡胶轴承的结构 - 1 -

1.1.2水润滑橡胶轴承的优缺点 - 1 -

1.2水润滑橡胶轴承的研究情况 - 2 -

1.3研究的目的和意义 - 3 -

1.4研究的主要内容、关键技术及方法 - 4 -

1.4.1设计的主要内容 - 4 -

1.4.2关键技术 - 4 -

1.4.3研究的方法 - 4 -

第2章 有限元模态分析法 - 5 -

2.1有限元法的基本原理 - 5 -

2.2模态分析法的简介 - 5 -

2.3利用ANSYS进行的有限元模态分析 - 6 -

2.2.1 ANSYS软件简介 - 6 -

2.2.2分析过程 - 7 -

第3章 水润滑橡胶轴承有限元模态分析 - 8 -

3.1引言 - 8 -

3.2水润滑橡胶轴承有限元模型的建立 - 8 -

3.2.1建立几何模型 - 8 -

3.2.2材料定义及单元选择 - 9 -

3.2.3网络划分 - 9 -

3.2.4确定边界条件 - 10 -

3.3水润滑橡胶轴承模态分析 - 10 -

3.3.1计算结果 - 10 -

3.3.2结果分析 - 13 -

3.4设计参数对模态的影响 - 14 -

3.5小结 - 17 -

第4章 结论及展望 - 18 -

4.1结论 - 18 -

4.2展望 - 18 -

参考文献 - 19 -

致 谢 - 21 -

1. 绪 论

1.1水润滑橡胶轴承的介绍

1.1.1水润滑橡胶轴承的结构

橡胶轴承在结构上分为：整体式和板条式两种，如图1.1所示。整体式是由衬套和橡胶层（内衬）组成，橡胶层上开有轴向的沟槽。为了使内衬和衬套的相对位置保持不变，衬套内表面常车成正反螺纹，和内衬通过硫化粘结成一个整体的。板条式橡胶轴承是将多个橡胶板条固定在衬套内构成的。固定方式一般是板条相互挤压或者直接装入衬套上预先开的槽中，并用螺钉锁紧。

图1.1 水润滑橡胶轴承结构示意

1-内衬；2-衬套

水润滑橡胶轴承主要的设计参数有：橡胶内衬硬度、衬套的材料、内径、外径、橡胶内衬厚度、水槽形状及深度、长径比、板条数目（水槽数目）、工作表面的形式等。

1.1.2水润滑橡胶轴承的优缺点

水润滑橡胶轴承具有这样几个优点：

（1）具有较强的缓冲性和抗振性。由于橡胶材料具有应力、应变迟滞作用与突出的贮能能力，因此它能够有效的吸收振动、减小噪声。另外，橡胶是高弹性材料，相对金属材料容易产生弹性变形，故其顺应轴变形的能力较强，可以在轴弯曲或者倾斜时有效增大接触面积，降低比压，并在轴恢复正常状态时，恢复原形，保证轴承使用寿命。

（2）耐泥沙的性能较好。当水中的泥沙等杂质进入金属轴和橡胶轴承之间，泥沙会顺着轴的旋转方向滚到最近的水槽内，并被水冲走。泥沙和橡胶轴承以及金属轴之间不会产生滑动摩擦，而是产生滚动摩擦，从而起到保护轴承以及轴或轴套的作用，很大程度上降低轴承的磨损率。

（3）水的比热大比油，可以比油更好的吸收摩擦产生的热量，具有良好的冷却效果。

（4）橡胶的亲水性好，在水中的摩擦系数低，耐磨性能好，相比传统油润滑方式磨损的相对较慢，寿命更长。

（5）由于结构相对传统油润滑简单，所以可靠性更好。

当然橡胶轴承也具有缺点：

1. 干摩擦性能差。所以一定不能让轴承和轴之间发生干摩擦，为此必须在使用时充分给水进行润滑。
2. 轴偏转精度不高。这是由于橡胶轴承内衬硬度相对较小，在工作中产生的变形较大。

1.2水润滑橡胶轴承的研究情况

2010年武汉理工大学田宇忠^[1]深入研究水润滑橡胶尾轴承在特殊工况下的振动问题，通过采用ANSYS和锤击法对水润滑橡胶轴承进行了模态分析，并对水润滑橡胶尾轴承动态特性的影响因素、规律及其影响水平进行了深入研究，得到一定结果。

2013年全崇仁^[2]等分别利用有限元计算模态法和试验模态，得出水润滑橡胶轴承的模态振型和频率，并进行模态置信度的计算和对比。得出的试验模态中，与计算模态相对应的模态具有相似振型，振动频率数值接近。这证明计算模态和试验模态有良好的相关性，有限元模型可以用来反映水润滑橡胶轴承的实际结构。

2009年吴晓金^[3]等利用有限元方法研究了水润滑轴承的三维模态及其应力分布规律和谐响应结果，分析衬套材料对特征频率的影响，并着重探讨了内外层材料结合对谐响应的影响规律，对降低试验成本以及材料设计和结构改进提供依据。

2011年重庆大学刘静^[4]认真研究有关水润滑橡胶轴承的国内外资料后，通过利用有限元分析软件ABAQUS对水润滑橡胶轴承做出模态分析，研究其振动和噪声，并总结得出减小水润滑橡胶轴承振动和噪声的方法。