CN113386939B - 一种结构紧凑型的推力轴承装置 - Google Patents

一种结构紧凑型的推力轴承装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及潜器主轴系推力轴承技术领域，具体公开了一种结构紧凑型的推力轴承装置，其中，正倒车端采用非对称设计形式，进出油管设置在过渡面上，支撑轴瓦与正车套环采用共形设计，倒车推力块、正车推力块、支撑轴瓦的瓦面采用大比压轴瓦材料，壳体采用高强度钢板焊接结构，可大幅减小推力轴承的整机重量、占位尺寸等，节省设备在潜器上的安装空间，减少对潜器总体重量资源的占用；另外，周向均布的偶数个正推力块之后紧邻布置有减振缸，各减振缸之间通过液压管路相联通，并与蓄能器结构连接，形成联通器，使得周向各正车推力块受力相等，可平衡其受力，避免因安装、加工误差带来的单个推力块受力过大烧损。

Description

一种结构紧凑型的推力轴承装置
技术领域
本发明涉及一种潜器主轴系推力轴承，具体涉及一种结构紧凑型的推力轴承装置。
背景技术
推力轴承是潜器轴系的重要设备之一，它作为推力传递枢纽，将螺旋桨产生的推力或拉力传递至艇体，推动艇体前进或后退。潜器推力轴承除承受螺旋桨推力外，还额外承受轴系穿舱部位海水压力带来的静水推力，故相对同等级的水面舰船，潜器轴系推力轴承需承受更大的推力，这增大了推力轴承设计尺寸和重量。
潜器轴系推力轴承尺寸、重量均较大，占据了推进舱室的核心空间，使得舱室内设备布置较为困难。随着未来潜器在大深度方向的需求，推进系统的推力负载将大幅增加，推力轴承的结构尺寸及重量也会随之显著增加，超过总体对轴系设备重量的控制要求。另一方面，空间和重量要素是潜器的宝贵资源，产品研发时必须尽可能的小型化设计，为潜器节省空间和重量资源，对潜器尺寸、重量设计提出了很高要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提提供一种结构紧凑型的推力轴承装置，可大幅减小推力轴承的占位尺寸和整机重量，节省设备在潜器上的安装空间，减少对潜器总体重量资源的占用，对潜器总体布置、排水量的控制发挥重要作用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种结构紧凑型的推力轴承装置，包括推力轴和壳体，所述推力轴上固定有推力环，所述推力环有圆形的首端面和尾端面，首端面设有相配的正车套环，尾端面设有相配的倒车套环，所述正车套环与推力环之间设有正车推力块，所述倒车套环与推力环之间设有倒车推力块，所述正车套环内孔安设固定有支撑轴瓦，所述支撑轴瓦活动套接在推力轴上，所述正车套环和倒车套环均安设固定在壳体内部，所述壳体上设有进油管路和回油管路，其特征在于：所述推力环位于壳体内部靠尾端一侧，推力环为圆锥台结构，推力环的尾端面相对其首端面缩小一定尺寸，倒车套环也相对正车套环缩小一定尺寸，倒车套环对应的倒车推力块尺寸也缩小相应尺寸，所述壳体尾端面也相对其首端面缩小一定尺寸，且壳体罩覆推力环的部分为锥形过渡面。
优选的，所述缩小尺寸具体指推力环尾端面外径缩小为其首端面外径的50％～80％，倒车套环外径缩小为正车套环外径的50％～80％，倒车推力块外径缩小为正车推力块外径的50％～80％，壳体尾端面外径缩小为其首端面外径的50％～80％。
优选的，所述进油管路和回油管路的一端均固定连接在壳体的锥形过渡面上，另一端向壳体尾端方向延伸，且进油管路和回油管路的法兰端面位置与壳体尾端外端面平齐，支撑轴瓦的轴向长度与正车套环的轴向长度相等，且支撑轴瓦的首尾端面与正车套环的首尾端面平齐。
优选的，所述正车推力块、倒车推力块、支撑轴瓦主体结构均采用高强度结构钢，表面敷设大比压高强度复合材料，复合材料采用硫化或钎焊工艺固定在主体结构表面，所述壳体采用高强度轻型钢板焊接结构。
优选的，所述正车推力块和倒车推力块均由偶数个组成，且沿轴心线周向呈环形均匀分布，所述每个正车推力块首端均与一个减振缸连接，所述减振缸设在正车套环内部，也由偶数个组成，且沿轴心线周向呈环形均匀分布，与正车推力块一一对应连接设置。
优选的，所述减振缸之间通过液压管路相联通，且液压管路与进油管路和回油管路联通，使减振缸内液压油直接与推力轴承腔内滑油相通，所述液压管路与蓄能器结构相连，蓄能器设在轴系尾部穿舱位置，通过管路连通外部海水，将海水压力传递给减振缸，减振缸内液压油根据海水压力推动滑油输入和输出。
优选的，所述减振缸由活塞、弹簧、活塞缸、盖板形成弹簧减震活塞结构，弹簧沿直线压缩方向布置在活塞与压板之间，减振缸活塞与推力轴轴向平行设置。
优选的，所述壳体分为上下两部分，且上下部分采用安装螺栓连接，所述壳体与基座也采用安装螺栓连接，所述上下壳体哈夫面外侧安装螺栓与基座安装面安装螺栓横向位置一致，重叠部分共用一个安装螺栓。
优选的，所述壳体两端安装有端面油封，所述进油管路固定连接在壳体下部，所述回油管路固定连接在壳体上部。
优选的，所述正车推力块和倒车推力块均为扇形面结构，正车推力块和倒车推力块扇形面内径尺寸一致，所述正车推力块和倒车推力块与推力环接触的面为扇形平面，正车推力块与减振缸接触的面为球面，倒车推力块与倒车套环接触的面为球面。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
1、所述推力环、正/倒车套环、正/倒车推力块以及壳体均采用“倒车部分小、正车部分大”的非对称设计，可大幅减小轴承倒车部分结构尺寸，缩减壳体尾部的占位尺寸，并减轻轴承倒车部分的重量；
2、所述进/回油管路法兰端面与壳体尾端面采用共形设计、正车套环首尾端面与支撑轴瓦首尾端面采用共形设计，可减小进/回油管路和支撑轴瓦布置占用的外部空间，缩短轴承轴向总体长度，减小轴承轴向占位尺寸，所述上下壳体哈夫面外侧安装螺栓与基座安装面安装螺栓横向位置采用共形设计，可缩短轴承横向安装面宽度，减小轴承横向占位尺寸。
3、所述正/倒车推力块、支撑轴瓦、壳体均采用高强度材料，可提升轴承承压能力，并减小轴承设计尺寸和整体重量。
4、正车推力端周向均布偶数个正车推力块，每个推力块之后紧邻布置有一个减振缸，各减振缸之间通过液压管路相联通，并与蓄能器结构连接，形成联通器，使得周向各正车推力块受力相等，可平衡其受力，避免因安装、加工误差带来的单个推力块受力过大烧损。
5、所述正车推力块和倒车推力块与推力环接触的面为扇形平面，正车推力块与减振缸接触的面为球面，倒车推力块与倒车套环接触的面为球面，这种平面-球面接触形式可保证推力沿轴线方向传递。
附图说明
图1为本发明推力轴承装置主视图；
图2为本发明推力轴承装置俯视图；
图3为本发明倒车端剖视图；
图4为本发明正车端剖视图；
图5为本发明推力快设计图。
图中：1、推力轴；2、端面油封；3、壳体；4、倒车套环；5、倒车推力块；6、正车推力块；7、正车套环；8、回油管路；9、支撑轴瓦；10、液压管路；11、减振缸；12、进油管路；13、蓄能器；14、上下壳体哈夫面外侧安装螺栓；15、基座安装面安装螺栓；16、推力环。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
如图1所示，一种结构紧凑型的推力轴承装置，包括推力轴1和壳体3，推力轴沿壳体中心线穿设且两端位于壳体外部，所述推力轴1上固定有推力环16，所述推力环16有圆形的首端面和尾端面，所述推力环16首端面设有相配的正车套环7，尾端面设有相配的倒车套环4，所述正车套环7与推力环16之间设有正车推力块6，倒车套环4与推力环16之间设有倒车推力块5，所述正车套环7内孔安设固定有支撑轴瓦9，具体可为销连接，外侧与壳体3内腔固定，具体可为销连接，所述支撑轴瓦9活动套接在推力轴上1，轴瓦不随推力轴一起转动，所述倒车套环4内侧悬空，外侧与壳体3内腔固定，具体可为螺钉连接，所述壳体3上设有进油管路12和回油管路8。
其中，轴承正/倒车端采用非对称设计形式，根据潜器轴系正车推力大、倒车推力小工程技术特点，推力环16设在壳体3内部靠尾端一侧，且推力环16为圆锥台结构，在满足倒车推力指标前提下，推力环16尾端面外径缩小为其首端面外径的50％～80％，倒车套环4外径缩小为正车套环7外径的50％～80％，在推力块内径一致，比压一致的条件下，倒车推力块5外径缩小为正车推力块6外径的50％～80％，壳体尾端面外径缩小为其首端面外径的50％～80％，且壳体罩覆推力环的部分为锥形过渡面，形成倒车端整体径向尺寸较正车端小，中部通过锥面过渡的设计方案，可大幅减小轴承倒车部分结构尺寸，缩减壳体尾部的占位尺寸，并减轻轴承倒车部分的重量。
同时，推力轴承进油管路12和回油管路8的与壳体3采用共形设计，进油管路12和回油管路8的一端固定在壳体3中部的锥形过渡面上，另一端向壳体尾端方向延伸，且进油管路12和回油管路8的法兰端面位置与壳体尾端外端面平齐，可大幅减小进/回油管路布置占用的外部空间。
进一步的，该轴承的支撑轴瓦9与正车套环7采用共形设计，支撑轴瓦9安装在正车套环7的内孔中，支撑轴瓦9分上下两个半圆柱面，分别通过螺栓锁紧在正车套环7的上下半环上，可大幅减小支撑轴瓦布置占用的外部空间，这种共形设计方案可缩短轴承轴向尺寸，减小轴承轴向占位尺寸。
此外，该轴承上下壳体哈夫面与轴承基座的安装面采用共形设计，如图2所示，上下壳体哈夫面外侧安装螺栓14与基座安装面安装螺栓15横向位置一致，共形部分的锁紧螺栓共用，可缩短轴承横向安装面宽度，减小轴承横向占位尺寸。
更进一步的，该轴承倒车推力块5、正车推力块6、支撑轴瓦9主体结构均采用高强度结构钢，表面敷设大比压高强度复合材料，复合材料采用硫化或钎焊工艺固定在主体结构表面，试验研究表明，新材料应用可将推力瓦单位面积材料承压能力从传统的巴氏合金约2.5MPa提高至4.5MPa以上，同等推力指标下可减小推力瓦的径向设计尺寸，有利于推力轴承整体径向结构尺寸的优化。
此外，该轴承壳体3采用922、925等高强度钢板焊接结构，高强度钢板屈服极限高，在同等推力下可以减薄钢板厚度，相对传统铸造件或低强度钢板焊接件，这种壳体结构可大幅减小推力轴承重量。
如图1、图3、图4所示，该轴承倒车推力块5、正车推力块6、减振缸11均由偶数个组成，沿轴心线周向均匀分布，所述倒车推力块5周向布置在倒车套环4的环槽内，所述正车推力块6、减振缸11周向布置在正车套环7的环槽内，减振缸11紧邻布置在每个正车推力块6之后，所述减振缸11之间通过液压管路10相联通，所述液压管路10与蓄能器13结构相连，形成联通器，使得周向各正车推力块6受力相等，可平衡正车推力块受力，避免因安装、加工误差带来的单个推力块受力过大烧损。
所述倒车推力块5、正车推力块6、减振缸11数量均为6～10个，具体可为8个。
同时，所述支撑轴瓦9套于推力轴1的外部，所述倒车套环4、倒车推力块5、正车推力块6、正车套环7、支撑轴瓦9、减振缸11均设于壳体3的内部，且所述壳体3的两端安装有端面油封2，壳体3的下部设有进油管路12，壳体3的上部设有回油管路8。
如图5所示，正车推力块6和倒车推力块5均为扇形面结构，分别周向均匀布置在正车套环7和倒车套环4的内部，扇形面内径尺寸一致，外径尺寸根据推力设计指标，保证正/倒车推力快扇形面总面积之比满足设计比压要求。
其中，正/倒车推力块正面为扇形平面，与推力环接触；反面为球面支点，与倒车套环或减振缸的支点平面接触，这种球面-平面接触形式可保证推力沿轴线方向传递。
本发明提供的推力轴承与传统推力轴承之间的尺寸重量参数对比如下表所示，从表中可以看出，本发明推力轴承最大推力/重量比提升了144％，最大推力/占位体积比提升了222％。
Figure BDA0003130601560000061
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种结构紧凑型的推力轴承装置，包括推力轴和壳体，所述推力轴上固定有推力环，所述推力环有圆形的首端面和尾端面，首端面设有相配的正车套环，尾端面设有相配的倒车套环，所述正车套环与推力环之间设有正车推力块，所述倒车套环与推力环之间设有倒车推力块，所述正车套环内孔安设固定有支撑轴瓦，所述支撑轴瓦活动套接在推力轴上，所述正车套环和倒车套环均安设固定在壳体内部，所述壳体上设有进油管路和回油管路，其特征在于：所述推力环位于壳体内部靠尾端一侧，推力环为圆锥台结构，推力环的尾端面相对其首端面缩小一定尺寸，倒车套环也相对正车套环缩小一定尺寸，倒车套环对应的倒车推力块尺寸也缩小相应尺寸，所述壳体尾端面也相对其首端面缩小一定尺寸，且壳体罩覆推力环的部分为锥形过渡面。
2.根据权利要求1所述的一种结构紧凑型的推力轴承装置，其特征在于：所述缩小尺寸具体指推力环尾端面外径缩小为其首端面外径的50％～80％，倒车套环外径缩小为正车套环外径的50％～80％，倒车推力块外径缩小为正车推力块外径的50％～80％，壳体尾端面外径缩小为其首端面外径的50％～80％。
3.根据权利要求1所述的一种结构紧凑型的推力轴承装置，其特征在于：所述进油管路和回油管路的一端均固定连接在壳体的锥形过渡面上，另一端向壳体尾端方向延伸，且进油管路和回油管路的法兰端面位置与壳体尾端外端面平齐，支撑轴瓦的轴向长度与正车套环的轴向长度相等，且支撑轴瓦的首尾端面与正车套环的首尾端面平齐。
4.根据权利要求1所述的一种结构紧凑型的推力轴承装置，其特征在于：所述正车推力块、倒车推力块、支撑轴瓦主体结构均采用高强度结构钢，表面敷设大比压高强度复合材料，复合材料采用硫化或钎焊工艺固定在主体结构表面，所述壳体采用高强度轻型钢板焊接结构。
5.根据权利要求1所述的一种结构紧凑型的推力轴承装置，其特征在于：所述正车推力块和倒车推力块均由偶数个组成，且沿轴心线周向呈环形均匀分布，所述每个正车推力块首端均与一个减振缸连接，所述减振缸设在正车套环内部，也由偶数个组成，且沿轴心线周向呈环形均匀分布，与正车推力块一一对应连接设置。
6.根据权利要求5所述的一种结构紧凑型的推力轴承装置，其特征在于：所述减振缸之间通过液压管路相联通，且液压管路与进油管路和回油管路联通，使减振缸内液压油直接与推力轴承腔内滑油相通，所述液压管路与蓄能器结构相连，蓄能器设在轴系尾部穿舱位置，通过管路连通外部海水，将海水压力传递给减振缸，减振缸内液压油根据海水压力推动滑油输入和输出。
7.根据权利要求5所述的一种结构紧凑型的推力轴承装置，其特征在于：所述减振缸由活塞、弹簧、活塞缸、盖板形成弹簧减震活塞结构，弹簧沿直线压缩方向布置在活塞与压板之间，减振缸活塞与推力轴轴向平行设置。
8.根据权利要求1所述的一种结构紧凑型的推力轴承装置，其特征在于：所述壳体分为上下两部分，且上下部分采用安装螺栓连接，所述壳体与基座也采用安装螺栓连接，所述上下壳体哈夫面外侧安装螺栓与基座安装面安装螺栓横向位置一致，重叠部分共用一个安装螺栓。
9.根据权利要求1所述的一种结构紧凑型的推力轴承装置，其特征在于：所述壳体两端安装有端面油封，所述进油管路固定连接在壳体下部，所述回油管路固定连接在壳体上部。
10.根据权利要求1所述的一种结构紧凑型的推力轴承装置，其特征在于：所述正车推力块和倒车推力块均为扇形面结构，正车推力块和倒车推力块扇形面内径尺寸一致，所述正车推力块和倒车推力块与推力环接触的面为扇形平面，正车推力块与减振缸接触的面为球面，倒车推力块与倒车套环接触的面为球面。
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