CN100389271C - 水润滑机械传动系统 - Google Patents

Abstract

一种水润滑机械传动系统，即基于新型工程复合材料的高效传动系统，包括高弹性联轴器、密封装置、前置水润滑轴承和后置水润滑轴承和供水系统，以自然水作为润滑介质，并能通过后置水润滑轴承安装动密封和不安装动密封装置，可以分别实现闭式水润滑传动和开式水润滑传动。该水润滑机械传动系统极大的降低了传统机械传动系统不可避免的摩擦、磨损、振动、噪声、无功能耗、可靠性差等问题，同时能够节省大量矿物油和贵重金属材料等战略资源，从而实现机械传动系统的高效节能与环境友好，可广泛应用于机械、船舶、车辆、石油、化工、农业、水利、矿山等工程装备。

Description

水润滑机械传动系统

技术领域

本发明属机械工程中的机械传动领域，特别是涉及一种基于新型工程复合材料的水润滑机械传动系统。

背景技术

很长时期以来，机械传动系统中的轴承、密封装置等关键零部件，普遍以金属构件组成并用矿物油作润滑介质，一方面不可避免的存在比较大的摩擦、磨损、振动、噪声、无功能耗、密封泄漏、环境污染等问题，浪费了大量矿物油和贵重金属材料等战略资源，尤其是船舶艉轴推进系统的轴系结构复杂且轴对中调试困难及其润滑油泄漏污染水资源环境日趋严重的现状，以及有关武器装备所存在的减振降噪的重大难题；另一方面也造成了机械传动系统的综合性能与可靠性差，装备的使用寿命缩短等问题。

发明内容

本发明的目的就是设计一种以自然水作为润滑介质、用新型工程复合材料替代金属摩擦副的高效节能与环境友好基于新型工程复合材料的水润滑机械传动系统。

本发明所涉及的一种基于新型工程复合材料的水润滑机械传动系统，包括高弹性联轴器、密封装置、前置水润滑轴承、前置轴承座1、后置水润滑轴承、后置轴承座2和供水系统。高弹性联轴器分别联接主动轴3和从动轴12，在从动轴12上依次安装了密封装置、前置水润滑轴承与前置轴承座1、后置水润滑轴承与后置轴承座2。高弹性联轴器包括主动联接法兰5、轮毂7、高弹性橡胶弹性环8和从动联接法兰10。密封装置包括端盖13、密封座甲16、动密封18和气囊密封20，动密封18采用了弹簧和由一聚氯丁晴橡胶为密封主体组成的复合体，动密封18通过端盖13端面轴向压紧定位，在密封座甲16上开设有进水孔17和进气孔19，气囊密封20内置于密封座甲16的内腔中与进气孔19相通。前置水润滑轴承和后置水润滑轴承都包括黄铜外壳23和工程复合材料内衬24，在工程复合材料内衬24上，开设有沿周向成均匀分布与沿轴向成直线分布的由第一段圆弧曲面26组成的直线圆弧凹槽25，相邻直线圆弧凹槽25的工作面由第二段圆弧曲面27、第三段圆弧曲面28和第四段圆弧曲面29相切组成。供水系统包括泵49、流量计51。

当该水润滑机械传动系统用封闭的水循环进行润滑工作，来实现其闭式水润滑传动装置时，后置水润滑轴承采用是由动密封体和水润滑轴承组成为一体的水润滑动密封轴承，其中动密封体包括内动密封35、外动密封36和密封座乙33，在动密封体中外动密封36左端通过前挡块37来限制，外动密封36右端抵压在中挡块38和内动密封35上，动密封体通过在圆周均匀分布的八个螺钉39联接在水润滑轴承的外壳23上，密封座乙33与外壳23之间压有静密封34，在水润滑动密封轴承上开有出水孔41、该出水孔41与后置轴承座2上开设的出水孔43相通，水润滑动密封轴承端面通过在圆周均匀分布的八个螺钉42与后置轴承座2相联。高弹性联轴器中的主动联接法兰5通过键4和主动轴3联接，轮毂7和从动联接法兰10通过在圆周均匀分布的八个螺钉9联接，从动联接法兰10通过键11和从动轴12联接。密封装置中的端盖13和密封座甲16通过在圆周均匀分布八个螺钉14联接，密封座甲16通过在圆周均匀分布的八个螺钉21与前置轴承座1相联接，密封座甲16和前置轴承座1之间压有密封件22。前置水润滑轴承的右端由密封座甲16端面压紧，左端抵压在后挡块30上。供水系统包括出水螺管头44、水箱45、开关甲46、供水通道47、低水位开关48、开关乙50、水流开关52、压力表31和进水螺管头32。

当该水润滑机械传动系统用工作环境中的自然水进行润滑工作，来实现其开式水润滑传动装置时，后置水润滑轴承采用法兰式水润滑轴承，并通过在法兰式端面圆周上均匀分布的八个螺钉42与后置轴承座2相联。供水系统包括过滤装置53、开关乙50、水流开关52、压力表31和进水螺管头32。

本发明所涉及的基于新型工程复合材料的水润滑机械传动系统，通过用新型工程复合材料做内衬及其内衬润滑结构采用直线圆弧凹槽和多曲面相结合的水润滑轴承、动密封和水润滑轴承相组合为一体的水润滑动密封轴承、弹性元件采用新型工程复合材料的高弹性联轴器和能适应轴轴向窜动和周向跳动的密封装置的共同作用，并以自然水作为润滑介质，从而极大的解决了传统机械动力传动装置所产生的摩擦、磨损、振动、噪声、无功能耗、可靠性差等问题，同时能够从根本上解决润滑油污染问题，节省大量矿物油和70％左右的贵重金属材料等战略资源，在高速重载与极端环境下比传统的金属摩擦副及其传动系统的使用寿命提高5倍以上，实现动力传动系统的高效节能与环境友好。

附图说明

图1是闭式水润滑传动装置的结构示意图。

图2是开式水润滑传动装置的结构示意图。

图3是高弹性联轴器的结构示意图。

图4是密封装置的结构示意图。

图5是前置水润滑轴承的结构示意图。

图6是前置水润滑轴承B-B截面图。

图7是法兰式水润滑轴承的结构示意图。

图8是水润滑动密封轴承的结构示意图。

图9是闭式水润滑传动装置A-A截面图。

图中1.前置轴承座，2.后置轴承座，3.主动轴，4.键，5.法兰，6.螺钉，7.轮毂，8.高弹性橡胶弹性环，9.螺钉，10.从动联接法兰，11.键，12.从动轴，13.端盖，14.螺钉，15.密封圈，16.密封座甲，17.进水孔，18.动密封，19.进气孔，20.气囊密封，21.螺钉，22.密封件，23.黄铜外壳，24.工程复合材料内衬，25.直线圆弧凹槽，26.第一段圆弧曲面，27.第二段圆弧曲面，28.第三段圆弧曲面，29.第四段圆弧曲面，30.后挡块，31.压力表，32.进水螺管头，33.密封座乙，34.静密封，35.内动密封，36.外动密封，37.前挡块，38.中挡块，39.螺钉，40.密封件，41.出水孔，42.螺钉，43.出水孔，44.出水螺管头，45.水箱，46.开关甲，47.供水通道，48.低水位开关，49.泵，50.开关乙，51.流量计，52.水流开关。53.过滤装置

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明：

本发明所涉及的基于新型工程复合材料的水润滑机械传动系统，包括高弹性联轴器、密封装置、前置水润滑轴承、前置轴承座1、后置水润滑轴承、后置轴承座2和供水系统。高弹性联轴器分别联接主动轴3和从动轴12，在从动轴12上依次安装了密封装置、前置水润滑轴承与前置轴承座1、后置水润滑轴承与后置轴承座2。如图1所示该水润滑机械传动系统的后置水润滑轴承采用如图8所示的水润滑动密封轴承时，可以用封闭的水循环进行润滑工作，实现其闭式水润滑传动装置。如图2所示该水润滑机械传动系统的后置水润滑轴承采用如图7所示的法兰式水润滑轴承，可以直接用工作环境中的自然水进行润滑工作，实现其开式水润滑传动装置。

如图3所示高弹性联轴器包括主动联接法兰5、轮毂7、高弹性橡胶弹性环8和从动联接法兰10。主动联接法兰5通过键4和主动轴3联接。轮毂7和从动联接法兰10通过在圆周均匀分布的八个螺钉9联接。从动联接法兰10通过键11和从动轴12联接。高弹性橡胶弹性环8可以减小轴的振动、减少噪声且传递更高的扭矩。

如图4所示密封装置包括端盖13、密封座甲16、动密封18和气囊密封20。端盖13和密封座甲16通过在圆周均匀分布的八个螺钉14联接。在密封座甲16上开设有进水孔17和进气孔19。当动密封18损坏后从进气孔19向气囊密封20充气，气囊密封20膨胀抱紧轴阻止水进入船体，从而可以方便的更换动密封18，勿需把船拉上船坞，可大大节约维修成本。该密封系统不同于传统的填料密封和径向唇密封，动密封18采用了带弹簧由一聚氯丁晴橡胶密封主体组成的复合体。其动密封18通过端盖13端面轴向进行压紧密封和定位，可以更好的适应船舶推进轴的轴向窜动，环状弹簧使密封元件紧紧缠绕在推进轴上，并能跟随推进轴在旋转过程中产生周向跳动偏差，防止水进入船体，提供了一种更加可靠的密封系统，并具有各种密封的主要优点。密封座甲16通过在圆周均匀分布的八个螺钉21固定到前置轴承座1上，密封座甲16和前置轴承座1之间压有密封件22。

如图5和图6所示前置水润滑轴承包括黄铜外壳23和工程复合材料内衬24。在工程复合材料内衬24上，开设有沿周向成均匀分布与沿轴向成直线分布的由第一段圆弧曲面26组成的直线圆弧凹槽25。相邻直线圆弧凹槽25的工作面由第二段圆弧曲面27、第三段圆弧曲面28和第四段圆弧曲面29相切组成，这样的工作面有利用轴承形成弹性流体动压润滑，直线圆弧凹槽25能加快液体流动，减少摩擦发热，且更容易把泥沙和杂质排泄出去。该前置水润滑轴承右端由密封座甲16端面压紧，左端抵压在后挡块30上。

如图7所示法兰式水润滑轴承包括黄铜外壳23和工程复合材料内衬24，内衬24结构与水润滑工程复合材料内衬24相同，法兰式的轴承端面可以方便的通过在圆周均匀分布的八个螺钉42固定到轴承座2上。

如图8所示水润滑动密封轴承由动密封体和水润滑轴承组成。密封座乙33与外壳23之间压有静密封34。在水润滑动密封轴承上开有出水孔41。该出水孔41与轴承座2上开设的出水孔43相通。轴承内的润滑介质水可以通过出水孔41和出水孔43循环流出去。动密封体包括内动密封35、外动密封36和密封座乙33。在动密封体中，外动密封36防止外部的水进入轴承内，内动密封35用来防止轴承内的润滑介质泄漏出去。

动密封体通过在圆周均匀分布的八个螺钉39联接在水润滑轴承的外壳23上，从而使动密封与轴承组合在一起。这样的水润滑动密封轴承大大的优化了船舶艉轴推进系统的轴系结构，减少了轴的复杂对中调整过程，从而减少了轴在工作运转情况下所产生的振动，大大的降低了噪音。同时使动密封增强了自动对中能力和适应横向和轴向振动的能力，一方面旋转式动密封自身具有对应传动轴的跟随性，另一方面，工程复合材料轴承具有吸收传动轴振动的作用，当动密封与轴承结合为一体时，传动轴可以减小对于动密封整体的振动，从而可以更好使动密封体自动跟随传动轴机械面实现密封。水润滑动密封轴承具有多曲面和圆弧凹槽内表面润滑结构，从而在输出轴旋转过程中，容易形成弹性流体动压润滑，极大的减少其摩擦磨损。水润滑动密封轴承端面通过在圆周均匀分布的八个螺钉42固定到后置轴承座2上。从而水润滑动密封轴承具有了高效节能、动密封性能好、优化了轴系结构、延长设备寿命、装拆维修简便等功效。

如图1所示水润滑机械传动系统采用闭式水润滑传动装置时，采用的供水系统包括出水螺管头44、水箱45、开关甲46、供水通道47、低水位开关48、泵49、开关乙50、流量计51、水流开关52、压力表31和进水螺管头32。

如图2所示水润滑机械传动系统采用开式水润滑传动装置时，采用的供水系统包括过滤装置53、泵49、开关乙50、流量计51、水流开关52、压力表31和进水螺管头32。

实施例1

水润滑机械传动系统采用闭式水润滑传动装置应用于船舶艉轴推进系统的工作过程：

如图1所示，高弹性联轴器分别联接主动轴3和从动轴12，在从动轴12上依次安装了密封装置、前置水润滑轴承与前置轴承座1、水润滑动密封轴承与后置轴承座2。先将水通过供水通道注入到水箱45中，低水位开关48可以控制水箱中的水位的高低。打开水流开关52，泵49把水箱中的水通过进水螺管头32进入到密封装置中，气囊密封20不充气，水可以进入到前置水润滑轴承和水润滑动密封轴承中进行润滑作用，水再通过出水螺管头44回来到水箱中。

当推进轴因为流体动力、波浪冲击和轴系不平衡等因素而产生振动时，因为水润滑动密封轴承、前置水润滑轴承的内衬材料和高弹性联轴器的高弹性橡胶弹性环8采用改性后的新型工程复合材料，一方面，可以通过水润滑动密封轴承、水润滑复合材料轴承弹性吸收轴的振动，另一方面，可以通过高弹性联轴器吸收推进轴轴向和周向的振动，从而从这两个方面来共同吸收推进轴整体所产生的振动，大大的降低了工作噪音。

推进轴在前置水润滑轴承和水润滑动密封轴承中旋转运动时，因为在两轴承的内衬上开设有沿周向成均匀分布与沿轴向成直线分布由第一段圆弧曲面26组成的直线圆弧凹槽25润滑结构，相邻直线圆弧凹槽25的工作面由第二段圆弧曲面27、第三段圆弧曲面28和第四段圆弧曲面29相切组成，所以这样的工作曲面容易形成弹性流体动压润滑，在传动轴与轴承间形成水膜支承，大大的减少了轴承的摩擦磨损，同时推进轴在旋转工作时，由闭式循环供水系统提供的水可以快速的通过两者的圆弧凹槽带走摩擦发出的热量。

当动密封18损坏，将气通过密封座甲16上的进气孔把气囊密封20充满，气囊密封20膨胀后抱紧轴密封水进入，从而可以方便的更换动密封18。当推进轴轴向窜动时，因为动密封18通过端盖13轴向进行压紧定位，则动密封18所产生的偏差小不会产生密封泄漏，同时环状弹簧使密封元件紧紧缠绕在推进轴上，则减少了推进轴在旋转过程中因周向跳动偏差产生的密封泄漏，防止水的进入船体。水润滑动密封轴承中外动密封36和内动密封35与轴承组合一体的形式，这样的水润滑动密封轴承使动密封更加具有了自动对中能力和适应横向和轴向振动的能力，提高了密封能力。水润滑动密封轴承中的内动密封35可以防止水流出，外动密封36可以防止船外部的水进入。

从而，推进轴在前置水润滑轴承和水润滑动密封轴承中旋转运动，由供水系统提供的水进行润滑和密封装置防止水的泄漏，通过高弹性联轴器与电机设备相联接，实现了船舶艉轴推进系统的水润滑机械传动系统的闭式水润滑传动装置。

实施例2

水润滑机械传动系统采用开式水润滑传动装置应用于船舶艉轴推进系统的工作过程：

如图2所示，高弹性联轴器分别联接主动轴3和从动轴12，在从动轴12上依次安装了密封装置、前置水润滑轴承与前置轴承座1、法兰式水润滑轴承与后置轴承座2。打开水流开关，泵49将船体外的海水直接通过过滤装置53、流量计51和进水螺管头32进入到密封装置中，气囊密封20不充气，水可以进入到前置水润滑轴承和法兰式水润滑轴承中进行润滑。

推进轴在前置水润滑轴承和法兰式水润滑轴承中旋转运动时，一方面，也具有实施例1闭式水润滑传动装置中容易形成流体弹性动压润滑，减少摩擦磨损，吸收推进轴的振动。另一方面，当泥沙和杂质进入到轴和轴承之间的接触面第三段圆弧曲面28时，因联接这段工作曲面和凹槽之间的曲面分别是第二段圆弧曲面27和第四段圆弧曲面29，则泥沙和杂质更容易通过这样的曲面滚滑到直线圆弧凹槽25里，由开式供水系统提供的水将前置水润滑轴承和法兰式水润滑轴承的圆弧凹槽的泥沙和杂质冲出去，同时水通过圆弧凹槽带走了推进轴工作运转时与前置水润滑轴承和法兰式水润滑轴承之间的发热，延长了轴承的使用寿命。

推进轴在前置水润滑轴承和法兰式水润滑轴承中旋转运动通过高弹性联轴器与电机相联接，这样的开式水润滑传动装置具有的对推进轴整体的减振降噪的功能同实施例1中闭式水润滑传动装置相同。密封装置实现的功能与实施例1中闭式水润滑传动装置密封装置的功能相同。

从而，推进轴在前置水润滑轴承和法兰式水润滑轴承中旋转运动，由供水系统提供的水进行润滑和密封装置防止水的泄漏，通过高弹性联轴器与电机设备相联接，实现了船舶艉轴推进系统的水润滑机械传动系统的开式水润滑传动装置。

Claims (3)

1.一种水润滑机械传动系统，包括高弹性联轴器、密封装置、前置水润滑轴承、前置轴承座(1)、后置水润滑轴承、后置轴承座(2)和供水系统；其特征为：高弹性联轴器分别联接主动轴(3)和从动轴(12)，在从动轴(12)上依次安装了密封装置、前置水润滑轴承与前置轴承座(1)、后置水润滑轴承与后置轴承座(2)；高弹性联轴器包括主动联接法兰(5)、轮毂(7)、高弹性橡胶弹性环(8)和从动联接法兰(10)；密封装置包括端盖(13)、密封座甲(16)、动密封(18)和气囊密封(20)，动密封(18)采用了弹簧和由一聚氯丁晴橡胶为密封主体组成的复合体，动密封(18)通过端盖(13)端面轴向压紧定位，在密封座甲(16)上开设有进水孔(17)和进气孔(19)，气囊密封(20)内置于密封座甲(16)的内腔中与进气孔(19)相通；前置水润滑轴承和后置水润滑轴承都包括黄铜外壳(23)和工程复合材料内衬(24)，在工程复合材料内衬(24)上，开设有沿周向成均匀分布与沿轴向成直线分布的由第一段圆弧曲面(26)组成的直线圆弧凹槽(25)，相邻直线圆弧凹槽(25)的工作面由第二段圆弧曲面(27)、第三段圆弧曲面(28)和第四段圆弧曲面(29)相切组成；供水系统包括泵(49)、流量计(51)。

2.根据权利要求1所述的水润滑机械传动系统，其特征是：后置水润滑轴承是由动密封体和水润滑轴承组成为一体的水润滑动密封轴承，其中动密封体包括内动密封(35)、外动密封(36)和密封座乙(33)，在动密封体中外动密封(36)左端通过前挡块(37)来限制，外动密封(36)右端抵压在中挡块(38)和内动密封(35)上，动密封体通过在圆周均匀分布的八个螺钉(39)联接在水润滑轴承的外壳(23)上，密封座乙(33)与外壳(23)之间压有静密封(34)，在水润滑动密封轴承上开有出水孔(41)、该出水孔(41)与后置轴承座(2)上开设的出水孔(43)相通，水润滑动密封轴承端面通过在圆周均匀分布的八个螺钉(42)与后置轴承座(2)相联；高弹性联轴器中的主动联接法兰(5)通过键(4)和主动轴(3)联接，轮毂(7)和从动联接法兰(10)通过在圆周均匀分布的八个螺钉(9)联接，从动联接法兰(10)通过键(11)和从动轴(12)联接；密封装置中的端盖(13)和密封座甲(16)通过在圆周均匀分布八个螺钉(14)联接，密封座甲(16)通过在圆周均匀分布的八个螺钉(21)与前置轴承座(1)相联接，密封座甲(16)和前置轴承座(1)之间压有密封件(22)；前置水润滑轴承的右端由密封座甲(16)端面压紧，左端抵压在后挡块(30)上；供水系统包括出水螺管头(44)、水箱(45)、开关甲(46)、供水通道(47)、低水位开关(48)、开关乙(50)、水流开关(52)、压力表(31)和进水螺管头(32)。

3.根据权利要求1所述的水润滑机械传动系统，其特征是：后置水润滑轴承采用法兰式水润滑轴承，通过在该轴承的法兰式端面圆周上均匀分布的八个螺钉(42)与后置轴承座(2)相联；供水系统包括过滤装置(53)、开关乙(50)、水流开关(52)、压力表(31)和进水螺管头(32)。

Images