CN105129060A - 用于有毂轮缘推进器的集成式水润滑轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于有毂轮缘推进器的集成式水润滑轴承，其主要由推力盘(2)、支撑环(3)、轴套(7)、橡胶板条(8)、桨毂铜套(9)和推力瓦(21)组成。其中：桨毂铜套装在桨毂(1)内，在桨毂两端各安装一个推力盘，推力盘上加工有螺旋流道(22)，两个支撑环分别装在与桨轴(6)相连的前导叶毂(4)和后导叶毂(19)上，支撑环上的扇形凹槽(33)装配有推力瓦。推力瓦(21)、推力盘(2)和支撑环(3)形成推力轴承。橡胶板条硫化在轴套外圆柱面上。轴套(7)、橡胶板条(8)和桨毂铜套(9)形成组合式径向轴承。本发明具有结构简单、紧凑，提高了径向轴承和推力轴承的冷却效果，以及径向轴承的承载能力和使用寿命等优点。

Description

用于有毂轮缘推进器的集成式水润滑轴承

技术领域

本发明属于船舶推进器领域，具体涉及一种将有毂轮缘推进器的组合式径向轴承和推力轴承集成一体化设计及安装工艺。

背景技术

轮缘推进器以其振动小、噪音低、节省船舱内部空间等众多优点而受到越来越多的重视，目前轮缘推进器有无毂和有毂两种形式。美国专利《IntegralMotorPropulsorUnitForWaterVehicles》(US005220231A)是有毂轮缘推进器，径向轴承安装在桨毂内，推力轴承安装在桨毂端面。流入径向轴承的润滑冷却水流量非常有限，难以起到润滑冷却效果；虽然在推力盘后面的桨毂上开有流道，但是水流完全靠自然流动；为了将推力盘安装在桨毂上，且不破坏其推力面，在推力面相对的表面上加工了盲孔，但这样也增大了桨毂直径。

中国专利《无轴驱动式集成电机推进器》(CN102632982A)也是有毂轮缘推进器，其结构简单，径向轴承和美国专利相似，但没有单独的润滑水通道，润滑冷却性能较差，且其为了将推力盘安装在桨毂上，在推力盘推力面上开有盲孔，破坏了其工作表面，会减小推力盘承载力，增大推力瓦的磨损，减小其寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了解决上述现有技术中存在的技术问题，提供一种有毂轮缘推进器集成式水润滑轴承，其结构简单，加工容易，维护方便，而且能大幅提高有毂轮缘推进器径向轴承和推力轴承的润滑冷却性能。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的用于有毂轮缘推进器的集成式水润滑轴承，其主要由推力盘、支撑环、轴套、橡胶板条、桨毂铜套和推力瓦组成，其中：桨毂铜套安装在桨毂内，在桨毂两端各安装一个推力盘，两个支撑环分别安装在与桨轴相连的前导叶毂和后导叶毂上，支撑环上的每个扇形凹槽装配一个推力瓦。轴套、橡胶板条和桨毂铜套形成组合式径向轴承；推力盘、支撑环和推力瓦组成推力轴承。组合式径向轴承和推力轴承组成集成式水润滑轴承。

所述推力盘加工有多个螺旋流道，工作时前、后推力盘分别有向(离)心泵和离(向)心泵功能，可提高桨毂内前后压力差。

所述推力盘加工有一个凸缘，凸缘外圆柱面上加工有多个沉孔，凸缘和桨毂的凸肩配合，螺钉通过凸缘上的沉孔将推力盘锁紧在凸肩上。

所述两个支撑环，分别用螺钉通过其沉孔与前导叶毂和后导叶毂相连。

所述橡胶板条硫化在轴套外圆柱面上。

本发明集成式水润滑轴承工作时，桨毂铜套随桨毂一起转动，轴套与桨轴保持静止，桨毂铜套和橡胶板条形成摩擦副。

所述推力瓦为扇形斜平面瓦，瓦背上加工有用于锁紧推力瓦的盲孔。

所述轴套通过液压套合安装在桨轴上，与桨轴过盈配合。

所述轴套，其内圆柱面为锥度圆柱面，该圆柱面上开有多个周向油槽和1个轴向油槽，中间的周向油槽与轴向油槽相交处有一个油孔。

所述的推力盘、支撑环的外径与浆毂外径相等。

本发明与现有技术相比具有以下主要的有益效果：

1.提高了径向轴承和推力轴承冷却效果：

在推力盘上加工了螺旋流道，船舶正车航行时，推力盘随桨毂一起旋转，后端推力盘的螺旋流道起到向心泵的作用，可以提高桨毂尾端内部水压，而前端推力盘的螺旋流道则起离心泵的作用，降低桨毂前端内部水压，这样增大了桨毂内前后水流压差，强制水流流过组合式径向轴承和推力轴承，将轴承的自由冷却模式改变为强制冷却模式，提高其冷却润滑性能。倒车航行时，向心泵变成离心泵、而离心泵则变为向心泵，同样提高桨毂前后水流压差，促进轴承冷却润滑。仿真分析表明：额定工况下，在推力盘上设计螺旋流道后，组合式径向轴承两端滑冷却水压力差压力提高了30％，轴承润滑冷却性能明显改善。

2.提高了径向轴承的承载能力和使用寿命：

传统的水润滑橡胶轴承将橡胶板条硫化在铜套内表面，本发明将橡胶硫化在轴套的外表面，在桨毂、桨毂铜套和轴套尺寸不变的情况下，相当于增大了轴颈直径，更有利于轴承工作中形成流体动压润滑水膜，提高轴承承载能力，减少橡胶与铜套之间的干摩擦，提高轴承寿命。仿真分析表明：在额定工况下，对于本有毂轮缘推进器，将橡胶硫化在轴套外表面比硫化在桨毂铜套内表面，其水膜承载力提高了12.5％。

3.结构简单、紧凑：

把推力盘设计成带凸缘的形式，同时在桨毂端面加工凸肩，推力盘通过凸缘与桨毂锁紧，使得推力轴承与组合式径向轴承很好地集成在桨毂上，且结构简单、紧凑。避免了像中国专利《无轴驱动式集成电机推进器》(CN102632982A)那样因加工轴向盲孔而破坏推力盘的推力面，同时也避免了像美国专利《IntegralMotorPropulsorUnitForWaterVehicles》(US005220231A)那样为了给推力盘锁紧螺栓孔提供足够的空间而增大桨毂直径。

附图说明

图1是有毂轮缘推进器的结构示意图；

图2是推力盘三维示意图；

图3是推力瓦三维示意图；

图4是推力瓦支撑环示意图；

图5是桨毂铜套三维示意图；

图6是外圆面硫化有橡胶板条的轴套三维示意图；

图7是桨毂三维示意图。

图中：1.桨毂；2.推力盘；3.支撑环；4.前导叶毂；5.锁紧螺母；6.桨轴；7.轴套；8.橡胶板条；9.桨毂铜套；10.螺旋桨叶；11.前导叶；12.后导流罩；13.吊环；14.绕组铁心；15.定子绕组；16.永磁铁；17.前导流罩；18.推力瓦锁紧螺钉；19.后导叶毂；20.支撑环锁紧螺钉；21.推力瓦；22.螺旋流道；23.后导叶；24.联接法兰；25.盲孔；26.推力盘锁紧螺钉；27.凸肩；28.沉孔；29.凸缘；30.油槽；31.油孔；32.沉孔；33.扇形凹槽。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明提供的用于有毂轮缘推进器的集成式水润滑轴承，其结构如图1所示，主要由推力盘2、支撑环3、轴套7、橡胶板条8、桨毂铜套9和推力瓦21组成。其中：桨毂铜套9从桨毂1前端安装在桨毂内，桨毂前端面上有盲孔25，桨毂铜套9端面法兰上开有沉孔28，该沉孔用于避免桨毂铜套锁紧螺栓高出法兰表面，保证其法兰端面的平整，以利于推力盘2安装在桨毂1前端后能与该法兰完全贴合在一起。两个推力盘2分别安装在桨毂1两端，两个支撑环3分别安装在前导叶毂4和后导叶毂19上。在桨轴6的两端分别安装前导叶毂4、后导叶毂19，并由锁紧螺母5锁紧。

所述推力盘2加工有6个螺旋流道22和一个凸缘29，凸缘29外圆柱面上加工有6个沉孔28，两个推力盘2分别安装在桨毂1前、后两端，凸缘29和桨毂凸肩27配合，推力盘锁紧螺钉26通过凸缘29上的沉孔28将推力盘锁紧在桨毂的凸肩上。在推力盘上加工凸缘，桨毂两端加工凸肩，推力盘通过凸缘锁紧在桨毂的凸肩上，该连接方式与现有结构的螺栓连接方式不同。本发明即保证了推力盘承载面面的完整性又不额外增加桨毂直径，结构简单、紧凑。在推力盘上加工了螺旋流道，螺旋流道有向心泵或离心泵的功能，当推力盘随桨毂一起转动旋转时，有效地增大桨毂内前后水流压差。本发明给出的径向轴承强制冷却模式与现有结构中的自由冷却模式不同，将明显提高轴承的冷却性能。

所述支撑环3上加工有扇形凹槽33，用于放置推力瓦21，并防止推力瓦产生位移，扇形凹槽33底面加工有沉孔28，用于安装推力瓦锁紧螺钉18；支撑环的各扇形凹槽33之间加工有大尺寸的沉孔32，支撑环锁紧螺钉20通过这些沉孔32将支撑环3固定在前导叶毂4和后导叶毂19上。

所述橡胶板条8硫化在轴套7的外圆柱面上，硫化时，橡胶大分子在加热下与交联剂硫磺发生化学反应，交联成为立体网状结构，硫化后橡胶板条会紧密粘接在轴套7外圆柱面上；该硫化工艺为成熟工艺，具体可参考文献(《水润滑轴承橡胶硫化工艺系统优化方法研究》，崔洪斌)。轴套7、橡胶板条8和桨毂铜套9共同形成组合式径向轴承。工作时，桨毂铜套9随桨毂1一起转动，轴套7与桨轴6保持静止，桨毂铜套9和橡胶板条8形成摩擦副。橡胶板条8硫化在桨轴衬套的外表面，与板条设置在轴承铜套上的传统结构相比，本发明在保证不增大轮毂直径的前提下，增大了轴颈直径，提高了轴颈线速度，降低了橡胶比压，增强了径向轴承流体动压润滑效果，可以提高径向轴承承载力和使用寿命。

所述推力瓦21为扇形斜平面瓦，瓦背上加工有用于锁紧推力瓦的盲孔。

本发明提供的用于有毂轮缘推进器的集成式水润滑轴承共有两套推力轴承。每套推力轴承由推力盘2、推力瓦21和支撑环3组成。

组合式径向轴承和推力轴承组成集成式水润滑轴承。

所述的有毂轮缘推进器为现有技术，但在水润滑轴承结构设计上与现有的有毂轮缘推进器不同。

本发明提供的用于有毂轮缘推进器的集成式水润滑轴承及其在该有毂轮缘推进器中的安装位置如图1中阴影部分所示，具体如下：

整个有毂轮缘推进器通过联接法兰24安装在船尾，吊环13与联接法兰24焊接在一起，吊环13、前导流罩17和后导流罩12共同组成导管，绕组铁心14安装在吊环13内，定子绕组15安装在绕组铁心14上。桨毂安装在桨轴6上，桨毂外圆柱面上焊接有螺旋桨叶10，该桨叶叶梢处安装有永磁铁16；桨轴安装在前导叶毂4和后导叶毂19之间，并通过锁紧螺母5锁紧；前导叶毂4上焊接有前导叶11，前导流罩17安装在前导叶11的叶梢上，后导叶毂19上焊接有后导叶23，后导流罩12安装在后导叶19的叶梢上。橡胶板条8硫化在轴套7外圆面上。在轴套7的内圆柱面上开有3个周向和1个轴向油槽30，中间的周向油槽与轴向油槽相交处有一个油孔31，轴套7的内圆柱面有一定的锥度，而桨轴也有同样的锥度。轴套7安装在桨轴6上，与桨轴6过盈配合；安装时，先将轴套7套紧在桨轴6的后端，然后从油孔31向轴套7内部注入高压液压油，将轴套7胀大，同时施加轴向向前的推力，将其推到桨轴6的正确位置上，卸掉液压油，轴套7会收缩从而紧箍在桨轴6上。

本发明提供的有毂轮缘推进器集成式水润滑轴承，其工作过程如下：

船舶航行时，轮缘推进器桨毂1在定子绕组15和永磁体16的电磁力作用下旋转，桨叶10产生的推力依次通过桨毂1、推力盘2、推力瓦21、支撑环3、导叶毂(前导叶毂或后导叶毂，正车时是前导叶毂4，倒车时是后导叶毂19)、导叶(前导叶11或后导叶23)、导流罩(前导流罩17或后导流罩12)、吊环13、联接法兰24传给船体，推动船舶前进或后退。推力盘2随桨毂1一起转动，推力盘2上的螺旋流道22具有离心泵或向心泵的作用，能增大轴承前后水流压差，提高冷却水流量；桨毂铜套9内圆柱面和橡胶板条形成摩擦副。船舶正车航行时，桨毂1旋转，后端推力盘的螺旋流道22起到向心泵的作用，可以提高桨毂1尾端内部水压，而前端推力盘的螺旋流道则起离心泵的作用，降低桨毂前端内部水压，这样增大了桨毂内前后压差，强制水流流过组合式径向轴承和推力轴承，将轴承的自由冷却模式改变为强制冷却模式，提高其冷却润滑性能。倒车航行时，向心泵变成离心泵、而离心泵则变为向心泵，同样提高桨毂前后水流压差，增强轴承的冷却润滑效果。

Claims (10)

1.用于有毂轮缘推进器的集成式水润滑轴承，其特征在于主要由推力盘(2)、支撑环(3)、轴套(7)、橡胶板条(8)、桨毂铜套(9)和推力瓦(21)组成，其中：桨毂铜套(9)安装在桨毂(1)内，在桨毂(1)两端各安装一个推力盘(2)，两个支撑环(3)分别安装在与桨轴(6)相连的前导叶毂(4)和后导叶毂(19)上，支撑环(3)上的每个扇形凹槽(33)装配一个推力瓦(21)。轴套(7)、橡胶板条(8)和桨毂铜套(9)形成组合式径向轴承；推力盘(2)、支撑环(3)和推力瓦(21)组成推力轴承。组合式径向轴承和推力轴承组成集成式水润滑轴承。

2.根据权利要求1所述的集成式水润滑轴承，其特征在于所述推力盘(2)加工有多个螺旋流道(22)，工作时前、后推力盘分别有向(离)心泵和离(向)心泵功能，可提高桨毂内前后压力差。

3.根据权利要求2所述的集成式水润滑轴承，其特征在于所述推力盘(2)加工有一个凸缘(29)，凸缘(29)外圆柱面上加工有多个沉孔，凸缘(29)和桨毂(1)的凸肩(27)配合，螺钉通过凸缘(29)上的沉孔将推力盘(2)锁紧在凸肩(27)上。

4.根据权利要求1所述的集成式水润滑轴承，其特征在于所述两个支撑环(3)，分别用螺钉通过其沉孔(32)与前导叶毂(4)和后导叶毂(19)相连。

5.根据权利要求1所述的集成式水润滑轴承，其特征在于橡胶板条(8)硫化在轴套(7)外圆柱面上。

6.根据权利要求1所述的集成式水润滑轴承，其特征在于工作时，桨毂铜套(9)随桨毂(1)一起转动，轴套(7)与桨轴(6)保持静止，桨毂铜套(9)和橡胶板条(8)形成摩擦副。

7.根据权利要求1所述的集成式水润滑轴承，其特征在于所述推力瓦(21)为扇形斜平面瓦，瓦背上加工有用于锁紧推力瓦的盲孔。

8.根据权利要求1所述的集成式水润滑轴承，其特征在于所述轴套通过液压套合安装在桨轴(6)上，与桨轴过盈配合。

9.根据权利要求8所述的集成式水润滑轴承，其特征在于所述轴套(7)，其内圆柱面为锥度圆柱面，该圆柱面上开有多个周向油槽(30)和1个轴向油槽，中间的周向油槽与轴向油槽相交处有一个油孔(31)。

10.根据权利要求1所述的集成式水润滑轴承，其特征在于推力盘(2)、支撑环(3)的外径与浆毂(1)外径相等。