CN109764063B - 一种船舶用大阻尼纵向异刚度的水润滑轴承 - Google Patents

Abstract

一种船舶用大阻尼纵向异刚度的水润滑轴承，包括轴瓦，其外圆周面的两端设置有对称的凸起，两个凸起之间的轴瓦的外圆周面上依次包裹有中间约束阻尼层和中间阻尼层，两个凸起外侧的轴瓦的外圆周面依次包裹有端部约束阻尼层和端部阻尼层；端部阻尼层、凸起和中间阻尼层的外端面在同一平面内，并在端部阻尼层、凸起和中间阻尼层的外端面上同时粘接有金属轴承套；位于两个凸起之间的轴瓦、中间约束阻尼层和中间阻尼层形成中间分段，凸起和金属轴承套形成过渡分段，位于其中一个凸起外侧的轴瓦、端部约束阻尼层和端部阻尼层形成后端分段，位于另一个凸起外侧的轴瓦、端部约束阻尼层和端部阻尼层形成前端分段。减小推进轴系在尾轴承内的相对倾斜变形。

Description

一种船舶用大阻尼纵向异刚度的水润滑轴承

技术领域

本发明涉及水润滑轴承技术领域，尤其是一种船舶用大阻尼纵向异刚度的水润滑轴承。

背景技术

水润滑轴承是用新型高分子工程复合材料替代传统金属材料作为传动部件工作界面，用自然水替代矿物油作为润滑介质，具有较好的减振、耐泥沙、耐磨等特性，特别是能避免因密封泄露而污染江河湖海水环境的状况，因而在船舶推进轴系中得到了广泛的应用。但因水的粘度较低，在低速重载条件下润滑水膜有时难以形成，在实船试验及正常使用时均发现，当尾轴承润滑不良时，水润滑轴承往往处于混合润滑甚至干摩擦状态，导致承载能力下降、局部温升等现象，甚至发生严重摩擦磨损、轴瓦烧焦和异常噪声等问题。

经研究发现，因摩擦系数-相对滑动速度负斜率机理(也称为负阻尼机理)作用，推进轴系容易产生负阻尼效应而产生摩擦自激振动；另外在实船试验及正常使用时均发现由于螺旋桨自身较大重力下，推进轴系在尾轴承端部产生较大的倾斜变形而产生较为严重的磨损。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种船舶用大阻尼纵向异刚度的水润滑轴承，从而能够有效提高系统阻尼和减小推进轴系在尾轴承内的相对倾斜变形的水润滑轴承结构对船舶推进轴系的稳定运转具有重要的意义。

本发明所采用的技术方案如下：

一种船舶用大阻尼纵向异刚度的水润滑轴承，包括轴瓦，所述轴瓦成空心圆柱体结构，并在其内壁面间隔设置有多条圆弧形沟槽，所述轴瓦的外圆周面为光滑面，在轴瓦的外圆周面的两端设置有对称的凸起，在两个凸起之间的轴瓦的外圆周面上依次包裹有中间约束阻尼层和中间阻尼层，在两个凸起外侧的轴瓦的外圆周面依次包裹有端部约束阻尼层和端部阻尼层；端部阻尼层、凸起和中间阻尼层的外端面在同一平面内，并在端部阻尼层、凸起和中间阻尼层的外端面上同时粘接有金属轴承套；位于两个凸起之间的轴瓦、中间约束阻尼层和中间阻尼层形成中间分段，所述凸起和金属轴承套形成过渡分段，位于其中一个凸起外侧的轴瓦、端部约束阻尼层和端部阻尼层形成后端分段，位于另一个凸起外侧的轴瓦、端部约束阻尼层和端部阻尼层形成前端分段。

其进一步的技术方案在于：

所述轴瓦采用橡胶或赛龙高分子复合材料制作。

所述端部约束阻尼层采用金属板制成。

所述端部阻尼层采用粘弹性阻尼材料制成。

所述中间约束阻尼层采用聚合物基阻尼材料制成。

所述中间阻尼层采用粘弹性阻尼材料制成。

所述金属轴承套为一体式结构。

后端分段和前端分段的结构相同。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，制造简便，在高分子复合材料轴瓦润滑接触界面和金属铜套之间固化有约束阻尼-阻尼层两层材料，能够更有效的提高水润滑轴承的结构阻尼；考虑到推进轴系在尾轴承端部的倾斜变形较大，约束阻尼-阻尼层在轴承内部采用纵向分段式，轴承两端与中间分段内的约束阻尼-阻尼层的材料形式不同，轴承两端静刚度比中间分段更大，与传统的水润滑轴承相比，本发明静能够有效的减小推进轴系在尾轴承内的相对倾斜变形。

同时，本发明还具备如下优点：

(1)与传统的水润滑轴承相比，通过控制轴承纵向的刚度，有效的减小推进轴系在尾轴承内的相对倾斜变形，改善船舶尾部轴与轴承端部的润滑接触状态，降低轴系损耗和减少轴承磨损；

(2)轴瓦内增加约束阻尼-阻尼层，能够有效防止因摩擦系数-相对滑动速度负斜率机理作用对轴系运转稳定性的影响；

(3)与传统的水润滑轴承相比，能够有效减缓螺旋桨脉动压力或其他瞬态冲击力对轴承润滑间隙的影响，改善船舶尾部轴与轴承端部的润滑接触状态，可有效控制船舶推进轴系尾轴承位置因润滑接触不良而引起的振动噪声。

(4)本发明主要用于船舶推进轴系尾部利用水介质进行润滑的滑动轴承。

(5)本发明能够提高轴系运转的稳定性，减小船舶在螺旋桨自身低速重载下推进轴系在尾轴承端部产生较大的倾斜变形，改善船舶尾部轴与轴承端部的润滑接触状态，降低轴系损耗和减少轴承磨损，并可有效控制船舶推进轴系尾轴承位置因润滑接触不良而引起的磨损和振动噪声。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的主视图。

图3为图2的侧视图。

图4为图2中沿A-A截面的全剖视图。

图5为图2中沿B-B截面的全剖视图。

图6为图2中沿C-C截面的全剖视图。

图7为图3中沿D-D截面的全剖视图。

图8为Stribeck曲线图。

其中：1、轴瓦；2、端部约束阻尼层；3、端部阻尼层；4、金属轴承套；5、圆弧形沟槽；6、中间约束阻尼层；7、中间阻尼层；S1、后端分段；S2、中间分段；S3、前端分段；S4、过渡分段。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图8所示，本实施例的船舶用大阻尼纵向异刚度的水润滑轴承，包括轴瓦1，轴瓦1成空心圆柱体结构，并在其内壁面间隔设置有多条圆弧形沟槽5，轴瓦1的外圆周面为光滑面，在轴瓦1的外圆周面的两端设置有对称的凸起，在两个凸起之间的轴瓦1的外圆周面上依次包裹有中间约束阻尼层6和中间阻尼层7，在两个凸起外侧的轴瓦1的外圆周面依次包裹有端部约束阻尼层2和端部阻尼层3；端部阻尼层3、凸起和中间阻尼层7的外端面在同一平面内，并在端部阻尼层3、凸起和中间阻尼层7的外端面上同时粘接有金属轴承套4；位于两个凸起之间的轴瓦1、中间约束阻尼层6和中间阻尼层7形成中间分段S2，凸起和金属轴承套4形成过渡分段S4，位于其中一个凸起外侧的轴瓦1、端部约束阻尼层2和端部阻尼层3形成后端分段S1，位于另一个凸起外侧的轴瓦1、端部约束阻尼层2和端部阻尼层3形成前端分段S3。

轴瓦1采用橡胶或赛龙高分子复合材料制作。

端部约束阻尼层2采用金属板制成。采用金属板作为约束阻尼，是为了使得端部约束阻尼层2与中间约束阻尼层6的刚度不同。

端部阻尼层3采用粘弹性阻尼材料制成。使得端部束阻尼层与中间阻尼层7的刚度不同。

中间约束阻尼层6采用聚合物基阻尼材料制成。

中间阻尼层7采用粘弹性阻尼材料制成。金属轴承套4为一体式结构。

本发明的具体结构为：如图1所述，从左往右分为：后端分段S1、中间分段S2、前端分段S3和过渡分段S4四个部分。后端分段S1径向由轴瓦1、端部约束阻尼层2、端部阻尼层3和外部金属轴承套4组成，其中轴瓦1周向开有多个有圆弧形沟槽5。轴瓦1由橡胶或赛龙等高分子复合材料制成，端部约束阻尼层2由刚度更大的金属板制成，端部阻尼层3由粘弹性阻尼材料制成。中间分段S2径向由轴瓦1、中间约束阻尼层6、中间阻尼层7和外部金属轴承套4组成，中间约束阻尼层6由聚合物基阻尼材料制成，比端部约束阻尼层2的静刚度小，中间阻尼层7由粘弹性阻尼材料制成，如图6所示。前端分段S3与后端分段S1结构相同。后端分段S1、中间分段S2和前端分段S3由两个相同的过渡分段S4连接。过渡分段S4径向由传统的轴瓦1和金属轴承套4组成。整个轴承的金属轴承套4为一体式结构。金属轴套内部分的轴瓦1、约束阻尼层和阻尼层整体粘接在一起，整体与金属轴承套4粘接。本发明轴承内的约束阻尼-阻尼层能够有效的提高系统的结构阻尼，更有效的减缓振动冲击。另外，轴承两端与中间分段S2内的约束阻尼-阻尼层的材料形式不同，轴承两端内的约束阻尼-阻尼层的刚度更大，以保证有效的减小推进轴系在尾轴承内的相对倾斜变形，改善船舶尾部轴与轴承端部的润滑接触状态，降低轴系损耗和减少轴承磨损。

本发明主要用于船舶推进轴系的尾部，船舶轴系运转时，轴承自然的浸没在水中。在船舶螺旋桨自身重力下，尾轴承内的轴颈将发生倾斜，本发明提出的一种大阻尼纵向异刚度的水润滑轴承，由于轴承端部分段(后端分段S1与前端分段S3刚度比中间分段S2的更大，与传统的船舶水润滑轴承相比，尾轴承内的相对倾斜变形减小，使得尾轴承内部的支撑反力的分布更加均匀，因此，改善船舶尾部轴与轴承端部的润滑接触状态，降低轴系损耗和减少轴承磨损。

轴承润滑状态可划分为流体动压润滑、混合润滑、边界润滑三种状态。工况参数的改变将导致轴承润滑状态的改变，其变化过程大致可用图1经典的Stribeck曲线进行表示(如图8所示)，其中μ为摩擦系数，η为润滑剂粘度，v为滑动速度，p为法向载荷。由于水的粘度很低，水润滑橡胶轴承实际运转中经常处于边界润滑和混合润滑状态，由图8可知，此时摩擦系数-相对滑动速度曲线的斜率为负，系统会产生负阻尼效应而可能会产生摩擦自激振动。本发明提出的一种大阻尼纵向异刚度的水润滑轴承，与传统的轴承相比，内部的端部约束阻尼层2和中间约束阻尼层6、端部阻尼层3和中间阻尼层7有效的提高了系统的结构阻尼，防止轴系摩擦自激振动的发生。另外，轴系运转过程中，本发明能够有效减缓螺旋桨脉动压力或其他瞬态冲击力对轴承润滑间隙的影响，改善船舶尾部轴与轴承端部的润滑接触状态，可有效控制船舶推进轴系尾轴承位置因润滑接触不良而引起的振动噪声。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.一种船舶用大阻尼纵向异刚度的水润滑轴承，其特征在于：包括轴瓦(1)，所述轴瓦(1)成空心圆柱体结构，并在其内壁面间隔设置有多条圆弧形沟槽(5)，所述轴瓦(1)的外圆周面为光滑面，在轴瓦(1)的外圆周面的两端设置有对称的凸起，在两个凸起之间的轴瓦(1)的外圆周面上依次包裹有中间约束阻尼层(6)和中间阻尼层(7)，在两个凸起外侧的轴瓦(1)的外圆周面依次包裹有端部约束阻尼层(2)和端部阻尼层(3)；端部阻尼层(3)、凸起和中间阻尼层(7)的外端面在同一平面内，并在端部阻尼层(3)、凸起和中间阻尼层(7)的外端面上同时粘接有金属轴承套(4)；位于两个凸起之间的轴瓦(1)、中间约束阻尼层(6)和中间阻尼层(7)形成中间分段(S2)，所述凸起和金属轴承套(4)形成过渡分段(S4)，位于其中一个凸起外侧的轴瓦(1)、端部约束阻尼层(2)和端部阻尼层(3)形成后端分段(S1)，位于另一个凸起外侧的轴瓦(1)、端部约束阻尼层(2)和端部阻尼层(3)形成前端分段(S3)。

2.如权利要求1所述的一种船舶用大阻尼纵向异刚度的水润滑轴承，其特征在于：所述端部约束阻尼层(2)采用金属板制成。

3.如权利要求1所述的一种船舶用大阻尼纵向异刚度的水润滑轴承，其特征在于：所述端部阻尼层(3)采用粘弹性阻尼材料制成。

4.如权利要求1所述的一种船舶用大阻尼纵向异刚度的水润滑轴承，其特征在于：所述中间约束阻尼层(6)采用聚合物基阻尼材料制成。

5.如权利要求1所述的一种船舶用大阻尼纵向异刚度的水润滑轴承，其特征在于：所述中间阻尼层(7)采用粘弹性阻尼材料制成。

6.如权利要求1所述的一种船舶用大阻尼纵向异刚度的水润滑轴承，其特征在于：所述金属轴承套(4)为一体式结构。

7.如权利要求1所述的一种船舶用大阻尼纵向异刚度的水润滑轴承，其特征在于：后端分段(S1)和前端分段(S3)的结构相同。

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