CN109083928B - 一种水润滑金属阻尼径向轴承 - Google Patents

一种水润滑金属阻尼径向轴承 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水润滑金属阻尼径向轴承，其特征在于：包括轴承基座，在轴承基座的内侧设有轴承内衬，在轴承基座的外侧设有轴承壳体，所述轴承内衬包括衬套本体，在衬套本体内嵌设有金属丝网阻尼层。本发明提出金属与高分子材料组合的轴承内衬，轴承内衬内部为金属丝网阻尼层，一方面金属丝网阻尼层具有较高的支撑刚度，使内衬表面不易产生变形，有利于提高轴承承载能力；同时，金属丝摩擦阻尼可以起到很好的减振作用。

Description

一种水润滑金属阻尼径向轴承
技术领域
本发明属于滑动轴承技术领域，特别涉及一种水润滑金属阻尼径向轴承。
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。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。在重载、偏载作用下，这些轴承存在明显问题：
1)普通水润滑尾轴承的瓦面层采用高分子复合材料，其原因是这种材料自润滑性能较好，材料的粘滞阻尼特性具有减振作用。但这种材料刚度小，工作时轴瓦表面出现严重的变形，不利于动压润滑水膜的形成，反而引起轴与轴瓦磨损严重和异常振动。
2)随着船舶吨位的增加，螺旋桨轴和螺旋桨重量随之增大。在螺旋桨的重力作用下，螺旋桨轴产生倾斜与挠曲，由此给轴承带来巨大的边缘负荷，严重影响尾轴承的性能，容易造成尾轴承局部严重磨损、剥落和异常噪声等故障。
因此，如何提高水润滑尾轴承承载、减振和抵抗偏载的能力是目前大型船舶所面临的重要难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种有利于提高轴承承载能力并具有减振作用的水润滑金属阻尼径向轴承。
本发明所采用的技术方案为：一种水润滑金属阻尼径向轴承，其特征在于：包括轴承基座，在轴承基座的内侧设有轴承内衬，在轴承基座的外侧设有轴承壳体，所述轴承内衬包括衬套本体，在衬套本体内嵌设有金属丝网阻尼层。
按上述技术方案，在轴承基座与轴承壳体之间安设有金属丝网支撑层。
按上述技术方案，所述金属丝网阻尼层为一种均质的弹性多孔物质，通过将螺旋状态的金属丝有序地排放在冲压或碾压模具中，用冷冲压方法而成。
按上述技术方案，所述衬套本体为环状空心结构，所述金属丝网阻尼层为环状结构，嵌设在衬套本体为环状空心结构内。
按上述技术方案，在衬套本体内壁的周向开设有多个轴向水槽，所述水槽从衬套本体的前端部延伸至后端部。
按上述技术方案，所述轴承水槽呈均匀布置在衬套本体内壁的周向方向。
按上述技术方案，在衬套本体内壁周向采用半开槽的方式，即一部分内壁上均匀开设水槽，另一部不开槽，该部分衬套表面圆周角为θ，θ取30°～120°。
按上述技术方案，所述衬套本体为条状空心结构，金属丝网阻尼层为条状结构，嵌在衬套本体中，两者共同组合为板条；在轴承基座上的轴向间隔设有多个条状轴承内衬，相邻轴承内衬之间形成水槽。
按上述技术方案，所述轴承壳体外壁开设沉头光孔，并为通孔；轴承基座外壁开设螺纹孔，为盲孔；螺钉穿过沉头光孔拧进螺纹孔，将轴承基座固定在轴承壳体内壁上。
本发明所取得的有益效果为：
1.现有水润滑尾轴承轴瓦常采用橡胶等高分子材料，由于这些材料刚度较小，在重载情况下轴瓦表面出现严重的变形，不利于动压润滑水膜的形成，容易造成轴与轴瓦表严重磨损。本发明提出金属与高分子材料组合的轴承内衬，轴承内衬内部为金属丝网阻尼层，一方面金属丝网阻尼层具有较高的支撑刚度，使内衬表面不易产生变形，有利于提高轴承承载能力；同时，金属丝摩擦阻尼可以起到很好的减振作用。
2.现有的水润滑尾轴承一般直接安装在钢质尾管中，在偏载作用下，轴瓦边缘负荷过大，容易造成局部严重磨损，本发明提出在尾轴承外壁设置一层金属丝网支撑层，随着螺旋桨轴倾斜，该支撑层出现变形带动轴承随轴一起倾斜，增加转轴与瓦面的接触面积，减小边缘负荷。
3.本发明轴承内衬表面为高分子复合材料，保留了目前水润滑尾轴承轴瓦材料耐磨性较好的优点，同时内衬结构形式灵活，可分为整体式内衬和板条式内衬，其中整体式内衬还可根据需要设置全开槽或半开槽，实用性强。
附图说明
图1是本发明的轴承装配示意图。
图2是本发明的轴承内衬实施例结构示意图。
图3是本发明的金属网支撑层实施例结构示意图
图4是本发明的第一种实施例结构示意图。
图5是本发明的第二种实施例结构示意图。
图中：1.轴承内衬；2.金属丝网阻尼层；3.轴承基座；4.金属丝网支撑层；5.轴承壳体；6.转轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种水润滑金属阻尼径向轴承，其结构如图1所示，主要由轴承内衬1、轴承基座3和轴承壳体5组成。在轴承基座3的内侧设有轴承内衬1，在轴承基座3的外侧设有轴承壳体5，所述轴承内衬1包括衬套本体，在衬套本体内嵌设有金属丝网阻尼层2。金属丝网阻尼层2嵌入高衬套本体内，两者共同组成轴承内衬，承担轴承载荷。
本实施例中，轴承轴承基座3与轴承壳体5间还可以设置金属丝网支撑层4，当尾轴倾斜时，金属丝支撑层4产生一定的变形带动轴承随尾轴倾斜，增加转轴与瓦面的接触面积。
所述轴承内衬结构如图2所示，金属丝网阻尼层嵌在轴承内衬内，从加载方向看，轴承内衬三个表面11、12和13的厚度与表面14有较大的区别，表面11、12和表面13三个的表面厚度为6～10mm，表面14与金属丝网阻尼层的厚度由实际工况优化得到。
若轴承内衬1为橡胶，则用硫化工艺将衬套和金属丝网阻尼层硫化成一个整体固定在轴承基座3上。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，粘接在轴承基座上。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)。若轴承内衬1为赛龙、飞龙等高分子复合材料，则将轴承内衬与金属丝网阻尼层采用适用于水下的强力胶粘接为一个整体固定在轴承基座上。
所述的金属丝网支撑层安装结构如图3所示，金属丝网支撑层内外表面分别与轴承基座背部和轴承壳体5内表面采用适用于水下的强力胶连接。金属丝支撑层的宽度为b，厚度为h，金属网支撑层环状结构与轴承端面的距离为l。其中距离l与轴承长度B的比值l/B称之为位置系数，它决定了金属丝网支撑层的安装位置。宽度b与轴承长度B的比值b/B称之为尺寸系数，它与厚度h共同决定了金属丝网支撑层的刚度与阻尼。选取合适的尺寸系数、安装系数以及厚度将提高轴承适应转轴倾斜的能力，因此在不同应用条件下，可通过改变位置系数l/B、尺寸系数b/B以及厚度h的大小来适应不同的工况，它们的具体取值需通过后续试验研究确定。
本发明采用基于轴承内衬、金属丝网阻尼层、轴承基座和金属丝网支撑层的整体式和板条式的安装结构来适应不同的应用需求。现提出以下几种具体的实施方式：
1、如图4a所示，轴承内衬采用整体式的安装结构，内衬表面开设轴向水槽，所有轴向水槽的尺寸和圆周角相同，水槽在内衬表面沿周向均匀分布，即轴承径向截面上相同材料的结构之间厚度相同。
2、如图4b所示，轴承内衬采用整体式的安装结构，所述的轴承基座与轴承壳体间设置金属网支撑层，当螺旋桨轴发生倾斜时，轴线倾角为γ，金属丝支撑层发生一定的变形带动轴承产生倾斜，使得轴承瓦面与转轴保持平行，达到增大转轴与瓦面接触面积的目的，避免在偏载情况下产生的局部负荷过大带来的不良影响。
3、如图4c所示，轴承内衬采用整体式的安装结构，除轴承内衬上半部分开设周向水槽外，下半部分采用不开槽的结构。而且，底部不开槽部分对应圆周角θ比单个轴向水槽对应的圆周角大，θ取30°～120°。这种结构可提高轴承承载能力，比较适合于轴承载荷较大的场合。
4、如图5所示，轴承内衬采用板条式的安装结构，各板条等间距固定在轴承基座上。所述的轴承基座与轴承壳体间设置金属网支撑层，金属丝网支撑层内外表面分别与轴承基座背部和轴承壳体5内表面采用适用于水下的强力胶连接。
本发明提供的适应轴倾斜的水润滑金属阻尼径向轴承，其工作过程如下：从轴承一端提供润滑水，转轴6旋转，水被转轴带入到转轴与内衬形成楔形间隙中，转轴与内衬间形成动压润滑。当载荷加大时，内衬表面高分子材料由于刚度较小产生一定的形变影响动压水膜的生成从而导致不良摩擦与振动，此时内衬内部的金属丝网阻尼层为内衬表面材料提供足够的刚度消除了上述的不利影响；当尾轴工况改变转轴发生倾斜时，轴承边缘受到较大偏载，此时金属丝网支撑层产生一定的变形带动轴承随轴一起倾斜，从而增大瓦面与转轴间的接触面积，缓解局部应力集中、摩擦振动剧烈等问题；内衬表面开设的水槽以及板条间的间隙能使使润滑水中的杂质落入，随着润滑水从轴承另一端流出，减少转轴摩擦。

Claims (7)

1.一种水润滑金属阻尼径向轴承，其特征在于：包括轴承基座，在轴承基座的内侧设有轴承内衬，在轴承基座的外侧设有轴承壳体，所述轴承内衬包括衬套本体，在衬套本体内嵌设有金属丝网阻尼层，所述衬套本体为环状空心结构，所述金属丝网阻尼层为环状结构，嵌设在衬套本体为环状空心结构内，轴承内衬为橡胶，用硫化工艺将轴承内衬和金属丝网阻尼层硫化成一个整体固定在轴承基座，在轴承基座与轴承壳体之间安设有金属丝网支撑层，金属网支撑层环状结构与轴承端面的间隔距离为l。
2.根据权利要求1所述的金属阻尼径向轴承，其特征在于：所述金属丝网阻尼层为一种均质的弹性多孔物质，通过将螺旋状态的金属丝有序地排放在冲压或碾压模具中，用冷冲压方法而成。
3.根据权利要求2所述的金属阻尼径向轴承，其特征在于：在衬套本体内壁的周向开设有多个轴向水槽，所述水槽从衬套本体的前端部延伸至后端部。
4.根据权利要求1所述的金属阻尼径向轴承，其特征在于：所述轴承水槽呈均匀布置在衬套本体内壁的周向方向。
5.根据权利要求1所述的金属阻尼径向轴承，其特征在于：在衬套本体内壁周向采用半开槽的方式，即一部分内壁上均匀开设水槽，另一部不开槽，该部分衬套表面圆周角为θ，θ取30°~120°。
6.根据权利要求1所述的金属阻尼径向轴承，其特征在于：所述衬套本体为条状空心结构，金属丝网阻尼层为条状结构，嵌在衬套本体中，两者共同组合为板条；在轴承基座上的轴向间隔设有多个条状轴承内衬，相邻轴承内衬之间形成水槽。
7.根据权利要求1所述的金属阻尼径向轴承，其特征在于：所述轴承壳体外壁开设沉头光孔，并为通孔；轴承基座外壁开设螺纹孔，为盲孔；螺钉穿过沉头光孔拧进螺纹孔，将轴承基座固定在轴承壳体内壁上。
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