CN105864297B - 基于瓦面层非等厚设计的水润滑径向轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的基于瓦面层非等厚设计的水润滑径向轴承，主要是由转轴(4)，以及依次连接、叠加在一起的瓦面层(1)、瓦基(2)、轴承壳体(3)组成，其中：一块瓦面层(1)与一块瓦基(2)组成一块板条，多块板条均匀布置和固定在轴承壳体(3)的内壁上，共同承担轴承载荷。本发明水润滑径向轴承能有效解决目前偏载下等厚结构存在的问题；能充分发挥非等厚设计的优势，又能避免所有板条均采用非等厚结构时带来成本增加的问题；如果轴承底部采用大圆周角的非等厚板条，还能保留目前底部不开槽的整体式尾轴承大承载能力的优点。本发明水润滑径向轴承适用于因船舶推进轴系螺旋桨轴倾斜导致轴承偏载的场合。
Description
技术领域
本发明属于滑动轴承技术领域，特别是一种基于瓦面层非等厚设计的水润滑径向轴承。
背景技术
水润滑尾轴承是船舶推进轴系的重要组成部分，起到支撑尾轴及螺旋桨重量的作用。随着船舶吨位的增加，螺旋桨轴在螺旋桨重量的作用下发生烧曲、轴线倾斜等现象，给尾轴承造成很大的边缘负荷，即局部载荷大，严重影响了尾轴承的性能。偏载和轴线倾斜下如何提高轴承润滑、摩擦和振动特性是目前大型船舶所面临的重要难题。
一般水润滑尾轴承由非金属瓦面层(或称“内衬”)和金属基体(或称“衬套”)组成。目前水润滑尾轴承结构形式和材料类型比较丰富，根据瓦面层和基体的关系看，可分为整体式和板条式；根据水槽的位置和数目看，可分为全开槽和部分开槽，前者水槽周向等间距分布，后者水槽仅设置在轴承上部，轴承下部无水槽；瓦面层材料主要包括合成丁腈橡胶、改性橡胶和复合聚合物材料等。但这些类型的尾轴承，其瓦面层无一不是等厚度设计的，在偏载作用下，导致靠近螺旋桨尾轴承瓦面出现严重变形的同时，还容易出现磨损、剥落、分层和噪声等故障。
因此，有必要提出一种基于瓦面层非等厚设计的水润滑径向轴承。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为克服传统瓦面等厚设计的水润滑尾轴承面对偏载时存在局部变形、磨损和噪声严重等问题的不足，提供一种基于瓦面层非等厚设计的水润滑径向轴承。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的基于非等厚设计的水润滑径向轴承，主要由转轴，以及依次连接、叠加在一起的瓦面层、瓦基、轴承壳体组成，其中：一块瓦面层与一块瓦基组成一块板条，多块板条均匀布置和固定在轴承壳体的内壁上，共同承担轴承载荷。
所述的瓦面层和瓦基均为非等厚结构，瓦面层的厚度沿着轴向逐渐增厚，瓦基的厚度沿着轴向逐渐减薄，保证板条沿轴向等厚度。
本发明可以采用以下方法保证板条沿轴向等厚度的要求：通过调整瓦面层厚度差b－a达到增加倾斜的转轴与瓦面接触面积的目的，该厚度差与偏载力大小和位置有关，按式b-a≈Ltanγ进行估算，
式中：L为轴承长度，单位为m；γ为轴线倾斜角，单位为度。
所述的瓦面层为橡胶时，瓦面层硫化在瓦基内表面上；当瓦面层为赛龙或飞龙高分子材料时，瓦面层与瓦基采用水下的强力胶粘接。
所述轴承壳体的外壁开设沉头光孔，为通孔；瓦基外壁开设螺纹孔，为盲孔；螺钉穿过沉头光孔拧进螺纹孔，将瓦基固定在轴承壳体内壁上。
所述轴承采用基于等厚瓦面层的板条与基于非等厚瓦面层的板条组合的方式，来适应不同的应用需求，组合方式包括：所有板条圆周角相同且采用非等厚瓦面层，所有板条圆周角相同且底部板条采用非等厚瓦面层。
所述轴承还有另一种组合方式，除底部板条采用非等厚瓦面层外，其它板条均采用等厚瓦面层，而且底部板条圆周角θ比其它板条的圆周角大，θ取30°～120°。
本发明提供的上述的基于非等厚设计的水润滑径向轴承的应用，具体是安装在因船舶推进轴系螺旋桨轴倾斜导致轴承偏载场合中的应用。
该基于非等厚设计的水润滑径向轴承安装时，其瓦面层较厚的一端靠近螺旋桨。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
1.能有效解决目前偏载下等厚结构存在的问题：
因采用瓦面层非等厚结构，可以随着载荷增加瓦面层厚度逐渐变厚，变形也逐渐增大，达到增加接触面积从而减小应力集中的目的，从而能有效解决现有水润滑尾轴承瓦面采用等厚设计，在偏载作用下存在局部变形大、应力集中和磨损严重等问题。
2.可以降低成本：
由于采用板条安装结构，可以根据实际工况灵活选择瓦面层等厚的板条和非等厚板条的组合形式，以及非等厚板条的圆周角，从而能充分发挥非等厚设计的优势，又能避免所有板条均采用非等厚结构时带来成本增加的问题。
3.如果轴承底部采用大圆周角的非等厚板条，还能保留目前底部不开槽的整体式尾轴承大承载能力的优点。
附图说明
图1是本发明的轴承装配示意图。
图2是本发明的非等厚板条实施方式1的结构示意图。
图3是本发明的非等厚板条实施方式2的结构示意图。
图4a和图4b是本发明的实施方式1的结构示意图。
图5a和图5b是本发明的实施方式2的结构示意图。
图6是本发明的实施方式3的结构示意图。
图中：1.瓦面层；2.瓦基；3.轴承壳体；4.转轴；5.螺钉；6.沉头光孔；7.螺纹孔。
具体实施方式
本发明提供的基于瓦面层非等厚设计的水润滑径向轴承，它包括瓦面层、瓦基和轴承壳体。瓦面层和瓦基固连在一起形成完整的板条(或称“轴瓦”)，板条通过螺钉固定在轴承壳体上。本发明提出非等厚的设计思想，将瓦面层和瓦基沿轴向设计成非等厚，越靠近螺旋桨瓦面层厚度越厚，实现偏载作用下转轴与轴承接触面积足够大，较小应力集中，达到提高尾轴承抵抗偏载能力的目的。
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。
本发明提供的基于瓦面层非等厚设计的水润滑径向轴承，其结构如图1所示，主要由转轴4，以及依次连接、叠加在一起的瓦面层1、瓦基2、轴承壳体3组成，其中：一块瓦面层1与一块瓦基2组成一块板条，多块板条均匀布置和固定在轴承壳体3的内壁上，共同承担轴承载荷。
所述的一块板条，其结构如图2所述，瓦面层1和瓦基2均为斜坡型非等厚结构，往加载方向看，瓦面层1的厚度沿着轴向逐渐增厚，瓦基2的厚度变化情况与瓦面层1相反，即沿着轴向逐渐减薄，保证瓦面层1和瓦基2形成的板条等厚度。
关于瓦面层1厚度差b－a，该参数与偏载力大小和位置有关，可根据下式估算：
b-a≈Ltanγ (1)
式中：L为轴承长度，单位为m；γ为轴线倾斜角，单位为度。
精确的厚度差b－a需要根据求解轴承热弹流润滑模型得到最佳承载性能来确定。
除了上述斜坡型的非等厚结构之外，本实施例还给出了图3所示的阶梯型非等厚结构。两种结构的制造难度相当，但阶梯型方案的阶梯变化处可能存在应力集中问题。
所述瓦面层1若由橡胶制成，则可以采用硫化工艺将瓦面层1硫化在瓦基2上。
所述硫化工艺为现有技术，主要是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，粘接在瓦基2上。具体硫化工艺可参考文献(《水润滑轴承橡胶硫化工艺系统优化方法研究》，崔洪斌)。
所述瓦面层1若不由橡胶制成，例如当瓦面层为赛龙或飞龙等高分子材料时，瓦面层与瓦基采用适用于水下的强力胶粘接。
所述轴承壳体3，其外壁开设沉头光孔6，为通孔。瓦基2外壁开设螺纹孔7，为盲孔。螺钉5穿过沉头光孔6拧进螺纹孔7，将瓦基2固定在轴承壳体3的内壁上。
本发明轴承使用时，要将瓦面层1较厚的一端靠近螺旋桨进行安装。
本发明采用基于等厚瓦面层的板条与基于非等厚瓦面层的板条组合的方式，来适应不同的应用需求，组合方式包括：所有板条圆周角相同且采用非等厚瓦面层；所有板条圆周角相同且底部板条采用非等厚瓦面层；除底部板条采用非等厚瓦面层外，其他板条均采用等厚瓦面层，而且底部板条圆周角θ比其它板条的圆周角大。
组合方式具体如下：
实施方式1.如图4a和图4b所示，轴承中所有板条的尺寸和圆周角相同，均采用非等厚瓦面层，即轴承径向截面上相同材料的结构之间厚度相同。这种形式的轴承适应于倾斜的转轴4做锥形运动的场合。
实施方式2.如图5a和图5b所示，轴承上部的5块板条采用等厚瓦面层，下部的5块板条采用非等厚瓦面层。这种形式的轴承适应于转轴4始终向下倾斜的场合。此外，可根据转轴4倾斜方向来调整基于非等厚瓦面层的板条的位置，保证这种板条始终与转轴4倾斜方向对应即可。
实施方式3.如图6所示，除轴承底部板条采用非等厚瓦面层外，其它板条均采用等厚瓦面层。而且，底部板条圆周角θ比其他板条的圆周角大，θ取30°～120°。这种结构可提高轴承承载能力，比较适合于偏载较严重的场合。
本发明提供的基于瓦面层非等厚设计的水润滑径向轴承，其工作过程如下：从轴承一端提供润滑水，转轴4旋转，水被转轴带入到转轴4与板条形成的楔形间隙中，起到润滑和承载的作用。当转轴4倾斜时，轴承尾部受到较大偏载，由于轴承板条瓦面层的尾部厚度比前部厚，即便在偏载作用下，板条尾部变形大，瓦面与倾斜的轴线保持平行，提高瓦面与转轴的接触面积，缓解局部应力集中、摩擦振动剧烈等问题，从而提高轴承抵抗偏载的能力。
Claims (7)
1.一种基于瓦面层非等厚设计的水润滑径向轴承，其特征是该轴承主要由转轴(4)，以及依次连接、叠加在一起的瓦面层(1)、瓦基(2)、轴承壳体(3)组成，其中：一块瓦面层(1)与一块瓦基(2)组成一块板条，多块板条均匀布置和固定在轴承壳体(3)的内壁上，共同承担轴承载荷；所述的瓦面层(1)和瓦基(2)均为非等厚结构，瓦面层(1)的厚度沿着轴向逐渐增厚，瓦面层(1)较厚的一端靠近螺旋桨；瓦基(2)的厚度沿着轴向逐渐减薄，保证板条沿轴向等厚度。
2.根据权利要求1所述的基于瓦面层非等厚设计的水润滑径向轴承，其特征是采用以下方法保证板条沿轴向等厚度的要求：通过调整瓦面层厚度差b－a达到增加倾斜的转轴与瓦面接触面积的目的，该厚度差与偏载力大小和位置有关，按式b-a≈Ltanγ进行估算，式中：L为轴承长度，单位为m；γ为轴线倾斜角，单位为度。
3.根据权利要求1所述的基于瓦面层非等厚设计的水润滑径向轴承，其特征在于所述的瓦面层(1)为橡胶时，瓦面层(1)硫化在瓦基(2)内表面上；当瓦面层为赛龙或飞龙高分子材料时，瓦面层(1)与瓦基(2)采用水下的强力胶粘接。
4.根据权利要求1所述的基于瓦面层非等厚设计的水润滑径向轴承，其特征在于所述轴承壳体(3)外壁开设沉头光孔(6)，为通孔；瓦基(2)外壁开设螺纹孔(7)，为盲孔；螺钉(5)穿过沉头光孔(6)拧进螺纹孔(7)，将瓦基(2)固定在轴承壳体(3)内壁上。
5.根据权利要求1所述的基于瓦面层非等厚设计的水润滑径向轴承，其特征在于所述轴承采用基于等厚瓦面层的板条与基于非等厚瓦面层的板条组合的方式，来适应不同的应用需求，组合方式包括：所有板条圆周角相同且采用非等厚瓦面层，所有板条圆周角相同且底部板条采用非等厚瓦面层。
6.根据权利要求1所述的基于瓦面层非等厚设计的水润滑径向轴承，其特征在于所述轴承还有另一种组合方式，除底部板条采用非等厚瓦面层外，其它板条均采用等厚瓦面层，而且底部板条圆周角θ比其它板条的圆周角大，θ取30°～120°。
7.根据权利要求1至6中任一所述基于瓦面层非等厚设计的水润滑径向轴承的应用，其特征在于该轴承安装在因船舶推进轴系螺旋桨轴倾斜导致轴承偏载场合中的应用。
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