CN109818162A - 一种水下航行器尾轴电绝缘连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水下航行器尾轴连接结构技术领域，尤其涉及一种水下航行器尾轴电绝缘连接装置。包括尾部连接段、首部连接段、保护套筒、连接平键、首部绝缘层、周向绝缘层、尾部绝缘层和键绝缘层；通过两连接段的多边形配合面有效传递扭矩，并通过平键连接结构传递轴向力，同时在以上配合面处采用绝缘层，可有效隔断电场的传递，保证尾轴的绝缘性能。而在外部缠绕复合材料保护套后，不仅可有效固定平键，并可保证整个结构的外部密封性。内部灌封防水绝缘材料后，将保证整个结构的密封性和绝缘性。而法兰处开设的螺孔可实现装置与轴系的对接安装功能。

Description

一种水下航行器尾轴电绝缘连接装置

技术领域

本发明属于水下航行器尾轴连接结构技术领域，尤其涉及一种水下航行器尾轴电绝缘连接装置。

背景技术

水下航行器尾轴系统是航行器动力传递系统的核心，一方面，艉轴系统需要能够保证轴系之间扭矩以及轴向力的稳定传递，另一方面要求其具有足够的强度和刚度，以保证其在极端工作环境下保持性能稳定。

出于上述需求，作为连接前后端轴机构的连接装置的性能显得尤为重要，同时，基于实际工程需求，为实现水下航行器电场隐身的目的，需要隔绝尾轴的电场传播途径。目前，为实现隔断艉轴电场的目的，国内外已有的措施主要是在两轴段连接法兰之间增加绝缘垫层，以提高艉轴电阻，但无法完全切断法兰连接螺栓处的电场传递。

发明内容

本发明创造的目的在于，提供一种水下航行器尾轴电绝缘连接装置，可以作为尾轴联轴器接入实现有效传递轴系的扭矩和轴向力，以及水下航行器尾轴电场隔断的效果。

为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。

一种水下航行器尾轴电绝缘连接装置，包括尾部连接段、首部连接段、保护套筒、连接平键、首部绝缘层、周向绝缘层、尾部绝缘层和键绝缘层；

尾连接段整体为空心筒状结构，包括尾端的第一连接法兰以及与第一连接法兰同轴相连的尾轴，尾轴为中空轴，尾轴外表面为圆柱面、内表面为多边柱面，尾轴上开有贯穿尾轴的键槽；第一连接法兰上均匀开有连接螺孔；

首连接段整体为空心筒状结构，包括前端的第二连接法兰以及与第二连接法兰同轴相连的首轴，首轴的外表面是形状与尾轴内表面相适应的多边柱面，且各柱面与尾轴内表面的各相应柱面距离0.1～1mm；首轴的内表面为圆柱形；第二连接法兰上开有与第一连接法兰相匹配的螺孔；

首轴的外表面开有非贯穿式键槽，非贯穿式键槽的位置和尺寸与尾轴上的贯穿式键槽向适应；

尾连接段和首连接段通过各键槽以及设于键槽中的连接平键相连；

首部绝缘层设于前轴后端面与第一连接法兰的内侧面之间；周向绝缘层包覆首轴的多边形柱面；尾部绝缘层设于尾轴前端面与第二连接法兰的内侧面之间；键绝缘层包覆连接平键与尾连接段的连接面。

对前述水下航行器尾轴电绝缘连接装置的进一步改进还包括，首部绝缘层、周向绝缘层、尾部绝缘层和键绝缘层采用玻璃纤维增强绝缘树脂基复合材料垫片，或者采用绝缘树脂涂层；其中绝缘树脂涂层通过提前预制制造成型，或者采用真空灌封一体成型工艺。

对前述水下航行器尾轴电绝缘连接装置的进一步改进还包括，连接平键与首连接段采用过盈装配连接。

对前述水下航行器尾轴电绝缘连接装置的进一步改进还包括，在装置的内部中空处采用防水绝缘材料灌封。

对前述水下航行器尾轴电绝缘连接装置的进一步改进还包括，保护套筒为复合材料套筒，复合材料套筒采用缘树脂基体以及玻璃纤维丝束/带缠绕的复合材料制成。

对前述水下航行器尾轴电绝缘连接装置的进一步改进还包括，复合材料保护套筒是采用玻璃纤维缠在底部和两端缠绕一定厚度后，再用碳纤维进行缠绕，最后缠绕玻璃纤维复合材料，形成的玻纤-碳纤-玻纤层间混杂复合材料层合结构。

对前述水下航行器尾轴电绝缘连接装置的进一步改进还包括，周向绝缘层的厚度约20mm。

对前述水下航行器尾轴电绝缘连接装置的进一步改进还包括，绝缘套筒应最后成型并包覆由绝缘层形成的绝缘面。

其有益效果在于：

本发明中的尾轴电绝缘连接装置，可通过两连接段的多边形配合面有效传递扭矩，并通过平键连接结构传递轴向力，以上配合面处采用的绝缘材料，可有效隔断电场的传递，保证尾轴的绝缘性能。而在外部缠绕复合材料保护套后，不仅可有效固定平键，并可保证整个结构的外部密封性。内部灌封防水绝缘材料后，将保证整个结构的密封性和绝缘性。而法兰处开设的螺孔可实现装置与轴系的对接安装功能。本发明中的尾轴电绝缘连接装置有利于提高水下航行器水下电场隐身性能，降低水下被探测机率，提高水下航行器作战性能和战场生存能力；达到“绝缘功能+传递载荷”的双重设计目标。

附图说明

图1是水下航行器尾轴电绝缘连接装置的装配示意图；

图2是水下航行器尾轴电绝缘连接装置装配后效果图；

图3是水下航行器尾轴电绝缘连接装置的尾部连接段的结构示意图；

图4是水下航行器尾轴电绝缘连接装置的首部连接段的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。

实施例一

如图1～图2所示，本发明的一种水下航行器尾轴1b电绝缘连接装置，包括尾部连接段1、首部连接段2、保护套筒3、连接平键4、首部绝缘层5、周向绝缘层6、尾部绝缘层7和键绝缘层8；其中首部和尾部连接段1用于直接与轴系的前后段分别相连，以保证前段的扭矩以及轴向力能够传递至后段，根据实际设计需求，连接段的强度以及各项参数都有相应要求，并根据各项参数的要求选择制作材料，一般情况下是采用高硬度的金属钢材等材质制作。

如图3所示，尾部连接段1为空心筒状结构，包括后端的第一连接法兰1a以及与第一连接法兰1a同轴相连的尾轴1b，尾轴1b为中空轴结构，尾轴1b的外表面为圆柱面、内表面为多边柱面，尾轴1b上开有贯穿尾轴1b的键槽1d；第一连接法兰1a上均匀开有连接螺孔1c。

如图4所示，与尾部连接段1结构相似，首部连接段2同样为为空心筒状结构，包括前端的第二连接法兰2a以及与第二连接法兰2a同轴相连的首轴2b，首轴2b的外表面是形状与尾轴1b内表面相适应的多边柱面，且各柱面与尾轴1b内表面的各相应柱面距离0.1～1mm；首轴2b的内表面为圆柱形；第二连接法兰2a上开有与第一连接法兰1a相匹配的连接螺孔2c；

在实际设计使用时，两个连接部内外侧的多边柱面可以设置为各类形状，一般情况下设计为对称的等边多边柱面更有利于装配以及加工，内外柱面之间保持0.1～1mm的间隙用于设置绝缘层，同时便于装配，在本发明中仅对各结构的基本原理进行介绍，在实际使用过程中，内外多边柱面的棱边以及端面边缘等位置均匀当进行圆滑、热处理等，一方面提高连接面强度，同时防止拆装过程中引起破坏，上述处理的原理以及工艺为常规工艺技术因此不予赘述。

为保证两个连接部能够紧密连接，在首轴2b的外表面开有非贯穿式键槽2d，非贯穿式键槽2d的位置和尺寸与尾轴1b上的贯穿式键槽1d向适应；尾部连接段1和首部连接段2通过各键槽以及设于键槽中的连接平键相连，进而简化结构，提高装配效率，连接平键4一般采用平键，在具体实施过程中，连接平键4与首部连接段2采用过盈装配连接。

特别的，基于与其他轴或者法兰结构连接的需要，首部连接部2和尾部连接部1上的螺纹1c和2c按照相应的设计需求进行布置，在两个连接部的外端面上，还挖设有各类用于限位和定位的键槽等结构(图中未示出)，由于上述结构以及设计方法相对较为成熟，在此不予赘述。

在具有足够的强度和刚度，保证轴系扭矩和轴向力的传递效率同时，本发明利用各绝缘层构成电绝缘环境，有效隔断了轴系电场的传播途径，绝缘层包括首部绝缘层5、周向绝缘层6、尾部绝缘层7和键绝缘层8。

尾首部绝缘层5设于前轴后端面与第一连接法兰1a的内侧面之间；周向绝缘层6包覆首轴2b的多边形柱面；尾部绝缘层7设于尾轴1b前端面与第二连接法兰2a的内侧面之间；键绝缘层8包覆连接平键与尾部连接段1的连接面。

在具体实施过程中，首部绝缘层5、周向绝缘层6、尾部绝缘层7和键绝缘层8采用玻璃纤维增强绝缘树脂基复合材料垫片，或者采用绝缘树脂涂层；其中绝缘树脂涂层通过提前预制制造成型，或者采用真空灌封一体成型工艺。采用上述工艺制作的绝缘层具有绝缘性好，机械性能好的特点，能够有效保证绝缘连接装置前后轴系间动力的传递效率以及轴系整体的稳定性。

在具体使用时，采用玻璃纤维增强绝缘树脂基复合材料垫片时按照下述步骤进行装配调试：

1.将尾部连接段1、首部连接段2、首部绝缘层5、周向绝缘层6和尾部绝缘层7进行配合装配，并施加一定轴向压力，保证结构连接紧密；

2.将键绝缘层8填入尾部连接段1所开设的键槽，并保证其与周向绝缘层紧密接触；

3.进行连接平键4的安装，保证其与首部连接段2和键绝缘层8装配紧密；

4.采用绝缘环氧树脂进行结构整体灌封，保证环氧树脂将装置的尾部连接段1和首部连接段2中的空心圆柱体内部空间填满，在装置的内部中空处采用防水绝缘材料灌封，充分灌封各绝缘层与钢结构的装配界面；

5.对装置外表面进行修整后，在装置圆柱形外表层采用湿法环向缠绕玻璃纤维增强环氧绝缘树脂复合材料，厚度约20mm，进一步固定平键和首尾部连接段，并保证结构的整体密封性和绝缘性。

在实施例一中，保护套筒为复合材料套筒，具体而言，复合材料套筒采用缘树脂基体以及玻璃纤维丝束/带缠绕的复合材料制成，复合材料保护套筒是采用玻璃纤维缠在底部和两端缠绕一定厚度后，再用碳纤维进行缠绕，最后缠绕玻璃纤维复合材料，形成的玻纤-碳纤-玻纤层间混杂复合材料层合结构。

实施例二

与实施例一的不同之处在于，本实施例中，除键绝缘层之外，其他各绝缘层不采用模压玻璃纤维复合材料进行制作，而是采用灌封形成；

在此情形下，整个装置装配过程中通过夹持工装来完成，在将尾部连接端1、首部连接段2和键绝缘层8按照预定装配关系和间隙装配完毕后，采用绝缘环氧树脂整体灌封工艺将绝缘层的厚度控制在0.1～0.5mm范围，形成其他各绝缘层和内部绝缘填充体。

上述两种实施例根据采用绝缘层的类型以及实际需求能够适用于不同的环境下，实施例一施工装配等过程相对简单，所附辅助设备相对更少；实施例二则能够实现更好的绝缘密封以及连接效果，内部结构之间的稳定性相对更强。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (8)

1.一种水下航行器尾轴电绝缘连接装置，其特征在于，

包括尾部连接段、首部连接段、保护套筒、连接平键、首部绝缘层、周向绝缘层、尾部绝缘层和键绝缘层；

所述尾连接段整体为空心筒状结构，包括尾端的第一连接法兰以及与第一连接法兰同轴相连的尾轴，尾轴为中空轴，尾轴外表面为圆柱面、内表面为多边柱面，尾轴上开有贯穿尾轴的键槽；第一连接法兰上均匀开有连接螺孔；

所述首连接段整体为空心筒状结构，包括前端的第二连接法兰以及与第二连接法兰同轴相连的首轴，首轴的外表面是形状与尾轴内表面相适应的多边柱面，且各柱面与尾轴内表面的各相应柱面距离0.1～1mm；首轴的内表面为圆柱形；第二连接法兰上开有与第一连接法兰相匹配的螺孔；

首轴的外表面开有非贯穿式键槽，所述非贯穿式键槽的位置和尺寸与尾轴上的贯穿式键槽向适应；

尾连接段和首连接段通过各键槽以及设于键槽中的连接平键相连；

首部绝缘层设于前轴后端面与第一连接法兰的内侧面之间；周向绝缘层包覆首轴的多边形柱面；尾部绝缘层设于尾轴前端面与第二连接法兰的内侧面之间；键绝缘层包覆连接平键与尾连接段的连接面。

2.根据权利要求1所述一种水下航行器尾轴电绝缘连接装置，其特征在于，

所述首部绝缘层、周向绝缘层、尾部绝缘层和键绝缘层采用玻璃纤维增强绝缘树脂基复合材料垫片，或者采用绝缘树脂涂层；其中绝缘树脂涂层通过提前预制制造成型，或者采用真空灌封一体成型工艺。

3.根据权利要求1所述一种水下航行器尾轴电绝缘连接装置，其特征在于，连接平键与首连接段采用过盈装配连接。

4.根据权利要求1所述一种水下航行器尾轴电绝缘连接装置，其特征在于，在装置的内部中空处采用防水绝缘材料灌封。

5.根据权利要求1所述一种水下航行器尾轴电绝缘连接装置，其特征在于，所述保护套筒为复合材料套筒，复合材料套筒采用缘树脂基体以及玻璃纤维丝束/带缠绕的复合材料制成。

6.根据权利要求5所述一种水下航行器尾轴电绝缘连接装置，其特征在于，所述复合材料保护套筒是采用玻璃纤维缠在底部和两端缠绕一定厚度后，再用碳纤维进行缠绕，最后缠绕玻璃纤维复合材料，形成的玻纤-碳纤-玻纤层间混杂复合材料层合结构。

7.根据权利要求1所述一种水下航行器尾轴电绝缘连接装置，其特征在于，周向绝缘层的厚度为15～25mm。

8.根据权利要求1所述一种水下航行器尾轴电绝缘连接装置，其特征在于，所述绝缘套筒最后成型并包覆各绝缘层形成的绝缘面。