水润滑尾轴承振鸣音研究进展

    舰船螺旋桨轴和尾轴承摩擦副在低速、重载、启动、停机等工况下，会出现异常噪声（Bearing noise），影响舰船的隐蔽性与生存能力以及乘员的舒适性。许多著名企业、高校和研究机构投入大量人力、物力、财力开展研发；但是，目前还不能在设计阶段对尾轴承振鸣音进行有效、准确的预估，在问题发生后也不能很快给予解决。因此，研究尾轴承振鸣音的产生机理，在尾轴承设计开发阶段进行振鸣音预估，并提出抑制措施，对于降低噪音污染、满足顾客要求、提高产品竞争力乃至国防军备能力都具有十分重要的意义。

    对舰船尾轴承振鸣音的研究可以追溯到20世纪60年代[1]，目前已经形成了大量的研究成果，但是由于问题的复杂性，大部分问题目前仍处于研究阶段，是我们舰船行业迫切需要解决的问题。本文侧重从尾轴承振鸣音产生机理、影响因素、抑制技术等方面综述尾轴承振鸣音的研究进展。

    1 舰船尾轴承振鸣音产生机理

    关于振鸣音产生机理的研究主要集中在汽车制动器方面，提出了摩擦特性理论、自锁—滑动机理、模态耦合机理和统一理论[2]。而舰船尾轴承振鸣音产生机理的研究主要集中对目前使用较多的橡胶轴承方面。橡胶轴承的摩擦因数随相对滑动速度变化，引起系统粘—滑（Stick-slip）自激振动，被认为是橡胶轴承产生振鸣音的根本原因。近年来，一些研究人员基于不同的摩擦特性，分析了多自由度系统的不稳定性，以解释橡胶尾轴承振鸣音的产生机理。

    Bharat Bhushan[3]试验研究了水润滑橡胶轴承中粘―滑现象产生振鸣音的机理，认为尖叫是橡胶轴承表面粘―滑运动导致的一种振动噪声现象。明确表明，粘―滑运动是橡胶等弹性体的本质属性。颤振是一种和橡胶板条及背衬材料有关的低频率的振动。颤振的频率与支持系统的共振频率相关。

    Simpson[4]建立了一种二自由度非线性的水润滑尾轴承动力学模型，借助A. I. Krauter[5]的试验测量结果，对耦合系统的摩擦力随时间变化的非线性响应进行数值模拟计算。认为摩擦因数随速度和时间的非线性变化导致了系统的不稳定。

    张嗣伟等[6]对丁腈橡胶在摩擦磨损过程中出现的振动进行了测量，发现其振幅随着转速的提高而逐渐增大，但达到某一临界转速后，振幅随转速增大而减小。理论分析结果表明该振动现象的实质是橡胶对销子的作用力的周期性变化引起销子的受迫振动。该现象与摩擦力密切相关，同时还造成橡胶磨损不均匀。

    姚世卫等[7]认为橡胶轴承当负荷过高或水温度过高时，水槽边缘与旋转轴之间的相互作用相当于汽车上刮水器与玻璃之间的刮水作用，会产生摩擦振动，从而发出尖叫。当橡胶轴承与轴的相对滑动速度很低时，静摩擦因数大于动摩擦因数，粘着与滑动交替出现，成为间歇的不平稳运动，引起自激振动，即所谓粘—滑运动。