船舶新型水润滑磁液双浮尾轴承承载能力仿真研究

为提高船舶水润滑尾轴承的承载能力，提出新型水润滑磁液双浮尾轴承方案。设计水润滑磁液双浮尾轴承结构，建立双浮轴承磁-流-固多场耦合动力学模型。提出六种磁路布置方案，采用有限元法进行计算。对比各方案磁力，优选磁斥力最大方案。在此基础上，采用有限差分法计算液膜力，与磁斥力叠加得到轴承总承载力，并分析其随轴承间隙的变化规律。研究结果表明：与传统的轴向、径向单一充磁对比，Halbach充磁的磁路方案磁力更大；新型的非完整式磁布置方式比传统的对称布置方案在竖直间隙为0.05 mm时提高磁力17倍，在竖直间隙为0.3 mm时提高磁力40倍；当轴颈与轴承孔间隙大于2.025 mm时，磁力占主导，可用于低速时脱开摩擦副，减少接触摩擦磨损；当轴颈与轴承孔间隙小于2.0216 mm时，水膜力逐渐增大，磁力起到减载作用；在工作间隙下，水膜力刚度系数比磁力刚度系数大2～3个数量级。磁液双浮轴承为提高纯磁轴承的稳定性提供了新的解决思路。