CN106438675A - 一种弹性盘支撑的可倾瓦推力轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹性盘支撑的可倾瓦推力轴承，其主要由推力盘(1)、瓦面材料层(2)、弹性盘(3)和铜环(4)组成，其中：铜环(4)粘接在弹性盘(3)下表面，起支撑弹性盘(3)和提高其强度的作用；瓦面材料层(2)粘接在弹性盘的凸台(5)上，用于承载来自推力盘(1)的轴向推力。本发明具有结构简单、加工方便等优点，弹性盘采用整体加工的方式，可保证各瓦有较高的平面度；该推力轴承巧妙地利用了弹性材料具有变形协调的特质，使其在减振降噪，瓦块均载、润滑等方面性能突出。

Description

一种弹性盘支撑的可倾瓦推力轴承

技术领域

本发明属于推力轴承技术领域，特别涉及一种由弹性盘支撑的具有减振和均载效果的可倾瓦推力轴承。

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，水润滑推力轴承作为该型推进器的核心功能保障部件，直接决定推进器的性能和寿命，国外对该项技术一直处于保密状态。因此有必要自主开发该项技术。

国内外可倾瓦式推力轴承主要分为两类：米契尔轴承和金斯伯雷轴承。米契尔轴承对变动载荷的适应能力较强，但是载荷并不是均匀地分布在每个瓦块上，这就造成了止推轴承瓦块磨损不均。而金斯伯雷轴承则克服了上述缺点，其优点在于载荷分布均匀，调节灵活，能补偿转子的不对中偏斜，但结构也异常复杂。上述两种轴承不具备减振降噪能力，且只能用于油润滑。

中国专利《一种弹性垫支撑推力轴承》(CN201439803)公开了一种弹性垫支撑的推力轴承，其每块瓦下方均放置有一块橡胶垫。弹性垫和推力瓦是通过圆柱销限位，导致橡胶垫和推力瓦只能水平安装，限制了其应用范围，只能用于立式水轮机等承载垂向推力的场合；该推力轴承设计时仅考虑其均载功能及油润滑环境，不能用于水润滑。

基于对以上几种推力轴承优缺点、无轴推进器的工作环境和性能需求分析，本发明提出了一种结构简单、零部件少、加工方便的弹性盘支撑可倾瓦推力轴承。该推力轴承非常适合于船舶无轴推进器等水润滑场合，改变瓦面材料后同样适用于油润滑场合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、零部件少、加工方便、容易实现高加工精度，且具有良好的减振性能、均载性能、润滑性能和高可靠性的弹性盘支撑的可倾瓦推力轴承。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的弹性盘支撑的可倾瓦推力轴承，主要由推力盘、瓦面材料层、弹性盘和铜环组成，其中：铜环粘接在弹性盘下表面，起支撑弹性盘和提高其强度的作用；瓦面材料层粘接在弹性盘的凸台上，用于承载来自推力盘的轴向推力。

所述的弹性盘上加工有凸台，用于轴承润滑液流入和流出的道槽，和用于将弹性盘和铜环锁紧到其安装位置上的螺栓孔；凸台和瓦面材料层具有周向不等厚的特征，两者粘接后，使瓦面材料层与推力盘的推力面平行；粘接完成后，所有瓦面材料层表面至弹性盘底面的高度相同(误差小于10μm)。

从推力盘旋转方向看，凸台的入口边的厚度大于凸台的出口边的厚度；瓦面材料层出口边的厚度大于入口边的厚度。

在凸台的入口边加工有倒角，以利于润滑液进入瓦面材料层瓦面和推力盘形成的间隙中。

所述的瓦面材料层采用非金属材料时，本发明可倾瓦轴承适用于水润滑环境中。

所述的瓦面材料层采用金属材料时，本发明可倾瓦轴承适用于油润滑环境中。

所述的弹性盘是由弹性材料加工而成，该弹性材料具有和丁晴橡胶相似的性能，但不限于丁晴橡胶。

本发明提供的上述的可倾瓦推力轴承，其制备方法是：弹性盘是通过一次加工成型的一个部件，所有的瓦面材料层均安装在该整体式弹性盘的凸台上；当可倾瓦推力轴承直径≤300mm时，该弹性盘可以单独支撑所有瓦面材料层，此时弹性盘底部的铜环为非必要部件，可以取消；当可倾瓦推力轴承直径>300mm时，弹性盘底部须粘接一个铜环，此时铜环为必要部件，用于支撑弹性盘，并提高其强度。

本发明与现有技术相比具有以下主要的有益效果：

1.结构简单、零部件少、加工方便、容易实现高加工精度：

该推力轴承只有四种零部件，结构简单，零部件少；弹性盘可以通过模具一次加工成型，各凸台尺寸可以保证一致；瓦面材料结构简单，仅有倒角和圆角，加工精度容易保证；各瓦面材料和凸台可采用适当的粘接工艺，一次粘接完成，保证各瓦高度一致，实现高加工精度。

2.具有良好的减振性能、均载性能、润滑性能：

采用整弹性盘支撑结构，利用弹性材料具有吸振减振的特性，可提高轴承的减振降噪性能；弹性材料具有较好的变形协调能力，在瓦块高度不一时，高度大的瓦块其凸台变形增大，以减缓瓦面承载力的增加，保证各瓦块承载力均匀；同时凸台入口边和出口边高度不一，在流体动压润滑作用下两边变形能力也不相同，可以使瓦块倾角随载荷变化而自适应改变，使推力轴承在不同工况下均有最佳的润滑性能。

3.具有高可靠性：

瓦面材料和弹性盘凸台之间通过强力胶水粘接在一起，保证其结合面不会有缝隙，在水润滑环境中不会有泥沙等杂质进入到瓦面下方。且推力轴承可以水平、竖直、或以任意角度安装，其瓦面材料均不会脱落，可靠性高。

附图说明

图1是本发明弹性盘支撑的可倾瓦推力轴承的结构示意图；

图2是图1中弹性盘3的结构示意图；

图3是图1中瓦面材料层2的结构示意图。

图中：1.推力盘；2.瓦面材料层；3.弹性盘；4.铜环；5.凸台；6.道槽；7.入口边；8.出口边；9.螺栓孔。

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。

本发明提供的弹性盘支撑的可倾瓦推力轴承，如图1所示，其主要由推力盘1、瓦面材料层2、弹性盘3和铜环4组成。其中：铜环4粘接在弹性盘3下表面，起支撑弹性盘3和提高其强度的作用；瓦面材料层2粘接在弹性盘的凸台5上，用于承载来自推力盘1的轴向推力。

所述的推力盘1，由轴套、推力环组成，其中：轴套上加工有键槽和螺栓孔，分别用以安装键和推力盘锁紧螺栓用。推力环主要用于承载来自轴向的推力，并和瓦面材料层形成摩擦副。

上述的推力盘1为不锈钢材料通过机加工方式加工完成，粗加工完成后须对推力盘工作面进行精加工，保证其表面粗糙度在要求范围以内。

所述的瓦面材料层2，如图3所示，其可以采用非金属材料(飞龙、赛龙、SF-2等材料)或金属材料(白合金、铜等材料)，并且通过机械加工制成，成型后须对其表面进行精加工，将表面粗糙度控制在要求范围内(如1.6μm)。该瓦面材料层的形状为扇形。瓦面材料层在其入口边加工有倒角(倒角的角度在3～5°范围内)，以利于润滑液进入瓦面材料层的瓦面和推力盘形成的间隙。

所述弹性盘3采用模压方法加工，需要先根据弹性盘图纸绘制并加工相应的模具，将弹性材料粉末置于模具的型腔内，控制适宜的温度后闭模加压，使其成型并固化，再经脱模得到弹性盘。弹性盘材料可以是丁晴橡胶，或者与橡胶有类似性能的材料。

所述模压方法加工工艺为常规工艺，具体可参考：《塑料制品加工实例丛书》，机械工业出版社，2005年出版，ISBN：9787111164050。

所述弹性盘是由弹性材料加工而成，该弹性材料具有和丁晴橡胶相似的性能，但不限于丁晴橡胶。其结构如图2所示，呈圆环形状，由凸台5、道槽6和螺栓孔9构成，其中：凸台5用于粘接瓦面材料层，每个凸台粘接一个瓦面材料层；道槽是冷却润滑液的进出通道；螺栓孔用于安装锁紧螺栓。

弹性盘3的凸台5和瓦面材料层2具有周向不等厚的特征，从推力盘旋转方向看，瓦面材料层入口边厚度小于出口边，凸台则相反，两者粘接后又保证了瓦面材料层2和推力盘1的推力面平行。

所述的铜环4，其圆环尺寸和弹性盘3圆环尺寸相同，铜环也采用机加工方法加工。

本发明还提供了弹性盘支撑的可倾瓦推力轴承的制备方法，具体如下：

各零部件加工完成后，需额外加工一个辅助工装——一个外径和弹性盘内孔一样大小的光轴，光轴的长度约等于推力轴承的总高度。组装推力轴承时，首先进行弹性盘3和铜环4的粘接工艺，可先将弹性盘底面朝上套在竖直向上放置的光轴上，将弹性盘底面清洁干净并均匀涂抹一层强力胶水(如环氧树脂胶)，然后将铜环上表面清洁干净，倒置后也套在该光轴上，缓缓向下移动铜环，使其上表面与弹性盘下表面接触并用力压紧，直至胶水完全干透。

然后，进行瓦面材料层2和弹性盘的凸台5间的粘接。因瓦面材料层个数较多，为保证粘接完成后各瓦面材料层高度相等，须采用一次粘接工艺。具体方法是，首先加工一个支撑环，并在支撑环面上加工若干和瓦面材料层上表面尺寸一致的凹槽，凹槽数和凹槽的布置位置均与瓦面材料层个数及瓦面材料层实际周向和径向安装位置完全一致；其次将支撑环水平放置并固定好位置，将所有瓦面材料层倒置并按顺序放置在加工好支撑环的凹槽内，并在瓦面材料层背面均匀涂抹强力胶水(如，环氧树脂胶)；然后将弹性盘倒置并安装在夹具上，保证其处于完全水平状态，缓缓向下移动夹具，并不断调整弹性盘的轴向位置和周向角度，使所有凸台5上表面和所有瓦面材料层的下表面完全对准，将弹性盘和瓦面材料层压紧，直至胶水干透。最后测量所有瓦面材料层的高度，确保各瓦面材料层高度差在精度要求范围内，否则须对瓦面材料层进行整体研磨，直至各瓦面材料层高度差在精度要求范围内(如，不大于10μm)。

铜环4起支撑弹性盘和提高其强度的作用，并非本发明可倾瓦推力轴承的必要零部件，当该轴承外径尺寸小于等于300mm时，弹性盘本身也具有足够的强度。因此，对于小尺寸可倾瓦推力轴承，可以省略铜环。

弹性盘支撑的可倾瓦推力轴承在用于实际工况时，推力盘安装在产生轴向推力的机械设备旋转轴上，弹性盘固定安装在止推面上。

如图1所示的弹性盘支撑的可倾瓦推力轴承，其工作工程如下：

整个可倾瓦推力轴承浸没在某种润滑液(如，纯净水)中，推力盘工作时顺时针旋转，同时产生轴向推力作用于所有瓦面材料层上；瓦面材料层入口边7加工有倒角(倒角角度在3～5°范围内)，润滑液随推力盘旋转通过所述倒角楔入到瓦面材料层和推力盘之间，形成流体动压力，该动压力将推力盘推力面和瓦面材料层上表面分开，避免其产生接触摩擦；由于弹性盘凸台5在周向厚度不相等，瓦面材料层入口边7厚度大于瓦面材料层出口边8厚度，在瓦面材料层所受流体动压力作用下，该力向下传递到弹性盘凸台上，凸台厚度大的入口边产生的周向变形也大，促使瓦面材料层和推力盘推力面之间产生楔形角，更有利于润滑液进入到两摩擦副之间，产生流体动压润滑效果；推力盘转速、轴向载荷变化时，瓦面材料层所受的液膜力是变化的，弹性盘凸台也会产生相应的变形，促使瓦面材料层和推力盘工作面之间产生最佳的楔形角，从而产生好的流体动压润滑性能。

弹性盘3具有吸振性能，使其可以有效减小推力盘1的轴向振动，减小机械设备运行中的噪声水平，提高设备的工作性能。

当瓦面材料层为非金属材料(飞龙、赛龙、SF-2等材料)时，本发明推力轴承可以用于水润滑环境中；当瓦面材料层为金属材料(白合金、铜等材料)时，该轴承可以用于油润滑环境中。

Claims (8)

1.一种弹性盘支撑的可倾瓦推力轴承，其特征在于主要由推力盘(1)、瓦面材料层(2)、弹性盘(3)和铜环(4)组成，其中：铜环(4)粘接在弹性盘(3)下表面，起支撑弹性盘(3)和提高其强度的作用；瓦面材料层(2)粘接在弹性盘的凸台(5)上，用于承载来自推力盘(1)的轴向推力。

2.根据权利要求1所述的可倾瓦推力轴承，其特征在于弹性盘(3)上加工有凸台(5)，用于轴承润滑液流入和流出的道槽(6)，和用于将弹性盘和铜环(4)锁紧到其安装位置上的螺栓孔(9)；凸台(5)和瓦面材料层(2)具有周向不等厚的特征，两者粘接后，使瓦面材料层(2)与推力盘(1)的推力面平行；粘接完成后，所有瓦面材料层表面至弹性盘底面的高度相同。

3.根据权利要求2所述的可倾瓦推力轴承，其特征是从推力盘旋转方向看，凸台(5)的入口边的厚度大于凸台(5)的出口边的厚度；瓦面材料层出口边的厚度大于入口边的厚度。两者厚度均为线性变化。

4.根据权利要求3所述的可倾瓦推力轴承，其特征是在凸台(5)的入口边加工有倒角，以利于润滑液进入瓦面材料层(2)瓦面和推力盘(1)形成的间隙中。

5.根据权利要求1所述的可倾瓦推力轴承，其特征在于瓦面材料层(2)采用非金属材料时，所述可倾瓦轴承适用于水润滑环境中。

6.根据权利要求1所述的可倾瓦推力轴承，其特征在于瓦面材料层(2)采用金属材料时，所述可倾瓦轴承适用于油润滑环境中。

7.根据权利要求1所述的可倾瓦推力轴承，其特征在于弹性盘(3)是由弹性材料加工而成，该弹性材料具有和丁晴橡胶相似的性能，但不限于丁晴橡胶。

8.权利要求1至7中任一所述可倾瓦推力轴承的制备方法，其特征在于弹性盘(3)是通过一次加工成型的一个部件，所有的瓦面材料层(2)均安装在该整体式弹性盘(3)的凸台上；当可倾瓦推力轴承直径≤300mm时，该弹性盘可以单独支撑所有瓦面材料层(2)，此时弹性盘底部的铜环(4)为非必要部件，可以取消；当可倾瓦推力轴承直径>300mm时，弹性盘(3)底部须粘接一个铜环(4)，此时铜环为必要部件，用于支撑弹性盘，并提高其强度。