CN113417939A - 无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承及最优润滑间隙调节方法 - Google Patents
无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承及最优润滑间隙调节方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承及最优润滑间隙调节方法，其中，无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承包括呈管状的外壳和固定套装在外壳内壁的管状的橡胶合金内衬，橡胶合金内衬内埋设有至少一个超磁致伸缩材料体，每个超磁致伸缩材料体内部和/或外部设有用于产生磁场以改变超磁致伸缩材料体磁化状态的线圈。本发明通过在橡胶合金轴承内衬埋设超磁致伸缩材料体，使得水润滑橡胶合金轴承具有一定的径向变形补偿功能，实现桨叶转子与橡胶合金内衬之间最优润滑间隙调节，从而达到提升水润滑橡胶合金轴承摩擦学性能、可靠性以及服役寿命的目的。
Description
技术领域
本发明涉及水润滑橡胶合金轴承技术领域，尤其涉及一种无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承及最优润滑间隙调节方法。
背景技术
新一代船舶动力“无轴轮缘推进器”颠覆现有电力推进系统的结构设计，结合轮缘驱动技术，设计出无轴轮缘驱动推进器，已成为我国机械与运载工程领域的颠覆性技术。然而，无轴轮缘推进器的非线性电磁激振、非定常水动力激扰等变工况条件，对其关键核心部件“水润滑轴承”的综合性能提出了更高的要求。如在无轴轮缘推进器中采用硬质高分子水润滑轴承，由于硬质高分子材料缓冲吸振的能力较弱，在桨叶转子强烈的非线性激扰下，摩擦副界面将发生强烈的碰摩效应。水润滑橡胶合金轴承通过自身优越的自适应协调变形产生的缓冲吸振效果可避免上述问题，但是由于无轴轮缘推进器高比压的恶劣工况以及非线性激扰的变工况致使水润滑橡胶合金轴承内衬界面发生显著的瞬态弹性-热变形，扩展或缩减了桨叶转子与橡胶合金内衬界面的有效润滑间隙，由此引起了桨叶失稳、噪声增强、摩擦性能恶化的风险，最终导致了无轴轮缘推进器推进效率和推进性能的降低。因此，通过橡胶合金轴承内衬智能补偿瞬态弹性-热变形量，实现桨叶转子与橡胶合金内衬最优润滑间隙调节，是规避上述风险的有效技术手段。当前水润滑橡胶合金轴承技术存在如下局限：
(1)在高比压以及变工况条件下，橡胶合金内衬容易发生程度不等的不规则瞬态弹性-热变形，扩展了润滑间隙，增加桨叶转子跳动量，引发转子失稳风险，最终导致无轴轮缘推进器推进性能的下降；
(2)水润滑橡胶合金轴承初始润滑间隙(即装配间隙)设计依赖于经验，且初始润滑间隙在完成设计后便不可再调，因此仅仅在单一工况条件下可达到最优，难以适应无轴轮缘推进器高比压以及变工况条件的发展需要。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承及最优润滑间隙调节方法，通过在橡胶合金轴承内衬埋设超磁致伸缩材料体，使得水润滑橡胶合金轴承具有一定的径向变形补偿功能，实现桨叶转子与橡胶合金内衬之间最优润滑间隙调节，从而达到提升水润滑橡胶合金轴承摩擦学性能、可靠性以及服役寿命的目的。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
根据本发明的第一个方面，本发明提供一种无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承，其包括呈管状的外壳和固定套装在所述外壳内壁的管状的橡胶合金内衬，所述橡胶合金内衬内埋设有至少一个超磁致伸缩材料体，每个所述超磁致伸缩材料体内部和/或外部设有用于产生磁场以改变所述超磁致伸缩材料体磁化状态的线圈。
采用上述结构，在橡胶合金内衬内埋设超磁致伸缩材料体，并在超磁致伸缩材料体内部和/或外部设置线圈，通过线圈产生磁场，从而通过磁场变化来调节超磁致伸缩材料体的磁化状态，进而改变超磁致伸缩材料体在橡胶合金内衬径向方向的厚度，迫使具有一定回弹性的橡胶合金衬层对应部位沿径向发生微量变形。当无轴轮缘推进器在不同工况条件下服役时，埋设于橡胶合金内衬的超磁致伸缩材料体可沿径向伸缩一定的量，从而补偿变工况服役下水润滑橡胶合金轴承由于橡胶合金内衬的不规则弹性-热变形导致的润滑间隙变化，调整桨叶转子与轴承衬层之间的润滑间隙大小，规避了变工况服役中水润滑橡胶合金轴承桨叶转子跳动失稳事故，保证了无轴轮缘推进器的推进效率，提升了其变工况下服役安全性和可靠性，扩展了水润滑橡胶合金轴承的适用范围。
优选地，所述橡胶合金内衬由高分子橡胶合金弹性体通过模压硫化粘接在所述外壳内壁。橡胶合金内衬有高分子橡胶合金弹性体制成，使得其具有优良的减震降噪以及抗冲击性能，且高分子橡胶合金弹性体回弹性好，便于在超磁致伸缩材料体径向变形的驱动下更好地补偿润滑间隙；将橡胶合金内衬通过模压硫化工艺粘接在外壳内壁，使得外壳与橡胶合金内衬之间连接牢固可靠，有效提高水润滑橡胶合金轴承的使用寿命。
优选地，所述超磁致伸缩材料体设有多个，且每个所述超磁致伸缩材料体均呈沿所述橡胶合金内衬的轴向延伸的长条形，所述多个超磁致伸缩材料体沿所述橡胶合金内衬的周向均匀间隔布置。这样沿周向均匀分散设置多个超磁致伸缩材料体，一方面可以节约超磁致伸缩材料，另一方面便于单独控制局部超磁致伸缩材料体的径向形变，当橡胶合金内衬局部磨损时，可以有针对性地局部补偿橡胶合金内衬与转子之间的润滑间隙。
优选地，所述超磁致伸缩材料体的断面呈与所述橡胶合金内衬弧度相适应的弧形。这样一来，使得超磁致伸缩材料体发生径向变形后，对应部位的橡胶合金内衬内壁也能保持圆弧形，从而使得橡胶合金内衬与转子之间更好地适配至最优润滑间隙。
优选地，所述橡胶合金内衬的径向厚度m与所述橡胶合金内衬的内径d之间的对应关系如下，其中厚度m单位为毫米：
公制单位,d单位为毫米:15≤d<30,4≤m≤5；30≤d<55,6≤m≤7；55≤d<80,8≤m≤9；80≤d<105,9≤m≤11；105≤d<135,1l≤m≤12；135≤d<180,12≤m≤14；180≤d<210,14≤m≤15；210≤d<296,16≤m≤17；296≤d<340,16≤m≤18；340≤d<380,17≤m≤19；380≤d<400,18≤m≤20；400≤d<500,19≤m≤23；500≤d≤550,23≤m≤25；
英制单位,d单位为英寸:
4≤m≤5；
6≤m≤7；
8≤m≤9；
9≤m≤11；
11≤m≤13；
12≤m≤14；
11≤m≤13；
15≤m≤17；
17≤m≤19；
20≤m≤22；
21≤m≤23。
由于现有的水润滑橡胶合金轴承的内衬厚度与半径尺寸之间的设计难以兼顾缓冲吸振、承载能力以及自适应协调变形之间的关系，因此，本发明中，橡胶合金内衬的径向厚度m与橡胶合金内衬的内径d之间采用了上述对应关系，综合考虑了金属合金内衬径向厚度对轴承承载能力及抗震能力的影响，根据不同规格的水润滑橡胶合金轴承，采用相对应的橡胶合金内衬的厚度，提高水润滑橡胶合金轴承的综合性能，延长其使用寿命。
优选地，所述水润滑橡胶合金轴承的轴向长度L为所述橡胶合金内衬的内径d的2-4倍；
所述水润滑橡胶合金轴承的外径D为:
公制单位,d和m单位为毫米:d+8m/3≤D≤d+8m；
英制单位,d单位为英寸,m单位为毫米:d+2.3m/25.4≤D≤d+8m/25.4。
优选地，所述橡胶合金内衬的内壁上沿周向均匀布置有多个横截面为圆弧形的用于润滑水通过的水道槽，所述水道槽与所述超磁致伸缩材料体间隔布置，位于相邻两个所述水道槽之间的橡胶合金内衬内壁上设有横截面为圆弧形的承载面，所述承载面的横截面的圆心落在所述橡胶合金内衬轴线上，所述水道槽和所述承载面均沿所述橡胶合金内衬的轴向延伸并贯穿所述橡胶合金内衬的两端，所述水道槽和所述承载面之间通过横截面为圆弧形的连接面相切圆滑过渡。采用圆弧形水道槽，在相邻水道槽之间的橡胶合金内衬内壁沿轴向延伸设置圆弧形承载面，并在水道槽与圆弧形承载面之间通过圆弧形连接面圆滑过渡，与现有技术中水道槽采用直槽相比，能够有效增强水润滑橡胶合金轴承的排泄泥沙和杂质的能力，并提高中橡胶合金内衬散热性能，降低橡胶合金内衬摩擦磨损速度，且更容易产生弹性流体动压润滑，在橡胶轴承内衬与转子之间形成水膜支承，减小摩擦磨损，延长水润滑橡胶合金轴承的使用寿命，提高无轴轮缘推进器运转的可靠性和推进效率。
优选地，所述水道槽的圆弧半径、承载面的圆弧半径和连接面的圆弧半径与所述橡胶合金内衬的内径d之间的对应关系如下，其中，d单位为毫米或英寸：
d/2≤承载面的圆弧半径≤d/2+0.5；
d/16.6≤连接面的圆弧半径≤(d/2+0.5)/1.4；
d/28≤水道槽的圆弧半径≤(d/2+0.5)/2.3。
优选地，所述外壳的一端固定设有法兰盘，所述法兰盘的直径尺寸与所述橡胶合金内衬内径d之间的对应关系如下：
1.2d≤法兰盘直径≤3.2d；
所述法兰盘的轴向厚度尺寸与所述橡胶合金内衬的径向厚度m之间的对应关系如下：
公制单位,d和m单位为毫米:1.3m≤法兰盘厚度≤2.3m,
英制单位,d单位为英寸,m单位为毫米:m/25.4≤法兰盘厚度≤1.9m/25.4。
根据本发明的第二个方面，本发明提供一种无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承的最优润滑间隙调节方法，应用于上述第一个方面任意一项所述的无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承，所述方法包括如下步骤：
S1，以包括工况条件的多个参数作为混合润滑模型的输入参数，通过混合润滑分析方法得到当前工况下橡胶合金内衬的最大单边弹性-热变形量；
S2，基于所述最大单边弹性-热变形量确定润滑间隙初始补偿量；
S3，将所述润滑间隙初始补偿量折算成外加磁场强度通过所述线圈施加于所述超磁致伸缩材料体，以通过所述超磁致伸缩材料体沿径向产生形变驱动橡胶合金内衬沿径向发生相应变形补偿润滑间隙；
S4，实时监测变形补偿后水润滑橡胶合金轴承所承载的转子与所述水润滑橡胶合金轴承之间的最大相对跳动量，若所述最大相对跳动量在预设的最佳跳动阈值范围内，则结束调整，否则执行步骤S5；
S5，对所述外加磁场强度施加一微调量，并将微调前的最大相对跳动量与微调后的最大相对跳动量进行对比，根据对比结果进一步微调外加磁场强度，直到所述最大相对跳动量在所述最佳跳动阈值范围内，结束调整。
本最优润滑间隙调节方法设计相应的控制算法协调最大单边弹性-热变形量、轴承服役工况与径向补偿量之间的关系，为高比压与变工况条件下无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承动态最优润滑间隙调节提供理论依据。
本发明的有益效果：
本发明通过在橡胶合金轴承内衬埋设超磁致伸缩材料体，从而提供了一种具有径向变形补偿功能的无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承，能够使橡胶合金轴承内衬与其承载的转子之间的润滑间隙始终处于最优状态，从而达到提升水润滑橡胶合金轴承摩擦学性能、可靠性以及服役寿命的目的，有效克服了高比压以及变工况条件下橡胶合金内衬因容易发生程度不等的不规则瞬态弹性-热变形导致桨叶转子跳动量增加，引发转子失稳风险，最终导致无轴轮缘推进器推进性能下降的问题，能够适应无轴轮缘推进器高比压以及变工况条件的发展需要，并提供了一种基于这种润滑间隙可调的无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承的自适应的最优润滑间隙调节方法。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1(a)是本发明中转子不平衡量为20μm时不同半径间隙下水润滑橡胶合金轴承的动态接触载荷规律仿真图；
图1(b)是本发明中转子不平衡量为30μm时不同半径间隙下水润滑橡胶合金轴承的动态接触载荷规律仿真图；
图2是本发明一实施例中无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承与转子之间的配合示意图；
图3是图2中的A-A剖视图(转子未示出)；
图4是本发明一实施例无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承的最优润滑间隙调节方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
半径间隙对水润滑橡胶合金轴承动态摩擦学性能影响分析：
考虑不平衡转子动载荷引起的周期性激扰，通过对比不同半径间隙下水润滑橡胶合金轴承瞬态接触载荷来表征润滑间隙对摩擦学性能的影响，表1为缩比模型计算参数。由图1(a)、图1(b)可见，当转子不平衡量分别为20μm和30μm时，水润滑橡胶合金轴承的最优半径间隙均为0.06mm左右。该图证明：通过调整水润滑橡胶合金轴承的润滑间隙可以达到优化其动态摩擦学性能的目的。因此，本发明通过智能补偿无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承变形量来优化其变工况条件下的动态摩擦学性能，在思路和方法上具备可行性。
表1缩比模型计算参数
| 参数 | 值 | 参数 | 值 |
| 轴承内径 | 22.5mm | 转速 | 1000rpm |
| 轴承外径 | 25mm | 载荷 | 2000N |
| 轴承长度 | 80mm | 表面粗糙度 | 1.0μm |
| 轴承弹性模量 | 30MPa | 表面纹理取向 | 各向同性 |
| 水粘度 | 0.001Pa.s |
如图2-3所示，本发明实施例提供一种无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承，其包括呈管状的外壳1和固定套装在外壳1内壁的管状的橡胶合金内衬2，外壳1具体可以采用铜管，橡胶合金内衬2内埋设有至少一个超磁致伸缩材料体3。作为优选，本实施例中，如图3所示，超磁致伸缩材料体3设有多个，且每个超磁致伸缩材料体3均呈沿橡胶合金内衬2的轴向延伸的长条形，多个超磁致伸缩材料体3沿橡胶合金内衬2的周向均匀间隔布置。每个超磁致伸缩材料体3内部设有用于产生磁场以改变超磁致伸缩材料体3磁化状态的线圈4。
在其他一些实施例中，也可以将线圈4缠绕于超磁致伸缩材料体3外部，或者在超磁致伸缩材料体3内部和外部都设有线圈4。
在一个实施例中，橡胶合金内衬2由高分子橡胶合金弹性体通过模压硫化粘接在外壳1内壁。高分子橡胶合金弹性体的制备工艺以及模压硫化成型工艺为现有技术，在此不再赘述。所述高分子橡胶合金弹性体的制备工艺，可以参照专利文献CN101334069B中水润滑橡胶合金衬套的制备工艺，在此不做赘述。
在一个实施例中，如图3所示，超磁致伸缩材料体3的断面呈与橡胶合金内衬2弧度相适应的弧形。这样使得超磁致伸缩材料体3发生径向变形后，对应部位的橡胶合金内衬2内壁也能保持圆弧形，从而使得橡胶合金内衬2与转子100之间更好地适配至最优润滑间隙。
在一个实施例中，橡胶合金内衬2的径向厚度m与橡胶合金内衬2的内径d之间的对应关系如下，其中厚度m单位为毫米：
公制单位,d单位为毫米:15≤d<30,4≤m≤5；30≤d<55,6≤m≤7；55≤d<80,8≤m≤9；80≤d<105,9≤m≤11；105≤d<135,1l≤m≤12；135≤d<180,12≤m≤14；180≤d<210,14≤m≤15；210≤d<296,16≤m≤17；296≤d<340,16≤m≤18；340≤d<380,17≤m≤19；380≤d<400,18≤m≤20；400≤d<500,19≤m≤23；500≤d≤550,23≤m≤25；
英制单位,d单位为英寸:
4≤m≤5；
6≤m≤7；
8≤m≤9；
9≤m≤11；
11≤m≤13；
12≤m≤14；
11≤m≤13；
15≤m≤17；
17≤m≤19；
19≤m≤21,
20≤m≤22；
21≤m≤23。
由于现有的水润滑橡胶合金轴承的内衬厚度与半径尺寸之间的设计难以兼顾缓冲吸振、承载能力以及自适应协调变形之间的关系，因此，本发明中，橡胶合金内衬2的径向厚度m与橡胶合金内衬2的内径d之间采用了上述对应关系，综合考虑了金属合金内衬径向厚度对轴承承载能力及抗震能力的影响，根据不同规格的水润滑橡胶合金轴承，采用相对应的橡胶合金内衬2的厚度，提高水润滑橡胶合金轴承的综合性能，延长其使用寿命。
在一个实施例中，水润滑橡胶合金轴承的轴向长度L为橡胶合金内衬2的内径d的2-4倍；
水润滑橡胶合金轴承的外径D为:
公制单位,d和m单位为毫米:d+8m/3≤D≤d+8m；
英制单位,d单位为英寸,m单位为毫米:d+2.3m/25.4≤D≤d+8m/25.4。
在一个实施例中，如图3所示，橡胶合金内衬2的内壁上沿周向均匀布置有多个横截面为圆弧形的用于润滑水通过的水道槽5，水道槽5与超磁致伸缩材料体3间隔布置，位于相邻两个水道槽5之间的橡胶合金内衬2内壁上设有横截面为圆弧形的承载面6，承载面6的横截面的圆心落在橡胶合金内衬2轴线上，水道槽5和承载面6均沿橡胶合金内衬2的轴向延伸并贯穿橡胶合金内衬2的两端，水道槽5和承载面6之间通过横截面为圆弧形的连接面7相切圆滑过渡。采用圆弧形水道槽5，在相邻水道槽5之间的橡胶合金内衬2内壁沿轴向延伸设置圆弧形承载面6，并在水道槽5与圆弧形承载面6之间通过圆弧形连接面7圆滑过渡，与现有技术中水道槽5采用直槽相比，能够有效增强水润滑橡胶合金轴承的排泄泥沙和杂质的能力，并提高中橡胶合金内衬2散热性能，降低橡胶合金内衬2摩擦磨损速度，且更容易产生弹性流体动压润滑，在橡胶轴承内衬与转子100之间形成水膜支承，减小摩擦磨损，延长水润滑橡胶合金轴承的使用寿命，提高无轴轮缘推进器运转的可靠性和推进效率。
在一个实施例中，水道槽5的圆弧半径、承载面6的圆弧半径和连接面7的圆弧半径与橡胶合金内衬2的内径d之间的对应关系如下，其中，d单位为毫米或英寸：
d/2≤承载面的圆弧半径≤d/2+0.5；
d/16.6≤连接面的圆弧半径≤(d/2+0.5)/1.4；
d/28≤水道槽的圆弧半径≤(d/2+0.5)/2.3。
在一个实施例中，如图3所示，外壳1的一端固定设有法兰盘8，法兰盘8可以与外壳1一体成型，法兰盘8上开设有多个沿周向均匀间隔布置的安装孔9，法兰盘8的直径尺寸与橡胶合金内衬2内径d之间的对应关系如下：
1.2d≤法兰盘直径≤3.2d；
法兰盘8的轴向厚度尺寸与橡胶合金内衬2的径向厚度m之间的对应关系如下：
公制单位,d和m单位为毫米:1.3m≤法兰盘厚度≤2.3m,
英制单位,d单位为英寸,m单位为毫米:m/25.4≤法兰盘厚度≤1.9m/25.4。
如图2-4所示，本发明实施例还提供一种无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承的最优润滑间隙调节方法，应用于上述任意实施例中的无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承，所述方法包括如下步骤：
S1，以包括工况条件的多个参数作为混合润滑模型的输入参数，通过混合润滑分析方法得到当前工况下橡胶合金内衬2的最大单边弹性-热变形量；
当需要对无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承的润滑间隙进行调整时，首先通过润滑分析方法计算得到当前工况条件下橡胶合金内衬2的最大单边弹性-热变形量。具体地，本步骤中的多个输入参数除工况条件外，还可以包括橡胶合金内衬2的材料属性、橡胶合金内衬2厚度、约束条件及深水压力等。混合润滑分析方法为本领域常用的分析方法，其中用到的混合润滑模型属于现有技术，在此不再赘述。
S2，基于最大单边弹性-热变形量确定润滑间隙初始补偿量；
由于需要通过超磁致伸缩材料体3的微量变形对变工况服役下橡胶合金内衬2的不规则弹性-热变形进行补偿，因此，润滑间隙初始补偿量即为计算得到的最大单边弹性-热变形量。
S3，将润滑间隙初始补偿量折算成外加磁场强度通过线圈4施加于超磁致伸缩材料体3，以通过超磁致伸缩材料体3沿径向产生形变驱动橡胶合金内衬2沿径向发生相应变形补偿润滑间隙；
确定好需要补偿的润滑间隙初始补偿量后，需要通过控制系统控制超磁致伸缩材料体3的线圈4产生的磁场，再通过磁场的改变控制超磁致伸缩材料体3的伸缩量，以便通过超磁致伸缩材料体3的伸缩驱动橡胶合金内衬2沿径向产生变形补偿润滑间隙。因此，需要将确定好的润滑间隙初始补偿量折算成外加至超磁致伸缩材料体3的外加磁场强度并施加于超磁致伸缩材料体3上，从而使得超磁致伸缩材料体3沿径向产生形变驱动橡胶合金内衬2沿径向发生相应变形补偿润滑间隙。
S4，实时监测变形补偿后水润滑橡胶合金轴承所承载的转子100与水润滑橡胶合金轴承之间的最大相对跳动量，若最大相对跳动量在预设的最佳跳动阈值范围内，则结束调整，否则执行步骤S5；
根据初始变形补偿量进行变形补偿后的，橡胶合金内衬2与转子100之间的润滑间隙会达到初始润滑间隙，但是初始润滑间隙并不一定是最优间隙，因此需要继续实时监测变形补偿后水润滑橡胶合金轴承所承载的转子100与水润滑橡胶合金轴承之间的最大相对跳动量是否在预设的最佳跳动阈值范围内，如果是，则结束调整，如果不是，则需要进一步调整润滑间隙补偿量使得润滑间隙达到最优状态。具体地，水润滑橡胶合金轴承所承载的转子100与水润滑橡胶合金轴承之间的最大相对跳动量的实时监测可以采用位移传感器10进行监测，如图2所示，位移传感器10可以固定安装在水润滑橡胶合金轴承一端或者安装在水润滑橡胶合金轴承内部。所述最佳跳动阈值范围的确定取决于用于驱动转子100的集成电机转子100与定子之间的气隙，与集成电机本身的性能相关。
S5，对外加磁场强度施加一微调量，并将微调前的最大相对跳动量与微调后的最大相对跳动量进行对比，根据对比结果进一步微调外加磁场强度，直到最大相对跳动量在最佳跳动阈值范围内，结束调整。
在继续调整润滑间隙的过程中，每次对外加磁场强度施加一个微调量，这个微调量可以具体情况具体设定，施加微调量后，继续通过超磁致伸缩材料体3的伸缩变形驱动橡胶合金内衬2沿径向变形补偿润滑间隙，将微调前的最大相对跳动量与微调后的最大相对跳动量进行对比，根据对比结果进一步微调外加磁场强度，直到最大相对跳动量在最佳跳动阈值范围内，然后结束调整。
本最优润滑间隙调节方法设计相应的控制算法协调最大单边弹性-热变形量、轴承服役工况与径向补偿量之间的关系，为高比压与变工况条件下无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承动态最优润滑间隙调节提供理论依据。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承，包括管状的外壳和固定套装在所述外壳内壁的管状的橡胶合金内衬，其特征在于：
所述橡胶合金内衬内埋设有至少一个超磁致伸缩材料体，每个所述超磁致伸缩材料体内部和/或外部设有用于产生磁场以改变所述超磁致伸缩材料体磁化状态的线圈。
2.根据权利要求1所述的无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：
所述橡胶合金内衬由高分子橡胶合金弹性体通过模压硫化粘接在所述外壳内壁。
3.根据权利要求2所述的无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：
所述超磁致伸缩材料体设有多个，且每个所述超磁致伸缩材料体均呈沿所述橡胶合金内衬的轴向延伸的长条形，所述多个超磁致伸缩材料体沿所述橡胶合金内衬的周向均匀间隔布置。
4.根据权利要求3所述的无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：
所述超磁致伸缩材料体的断面呈与所述橡胶合金内衬弧度相适应的弧形。
5.根据权利要求1所述的无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：
所述橡胶合金内衬的径向厚度m与所述橡胶合金内衬的内径d之间的对应关系如下，其中厚度m单位为毫米：
公制单位,d单位为毫米:15≤d<30,4≤m≤5；30≤d<55,6≤m≤7；55≤d<80,8≤m≤9；80≤d<105,9≤m≤11；105≤d<135,1l≤m≤12；135≤d<180,12≤m≤14；180≤d<210,14≤m≤15；210≤d<296,16≤m≤17；296≤d<340,16≤m≤18；340≤d<380,17≤m≤19；380≤d<400,18≤m≤20；400≤d<500,19≤m≤23；500≤d≤550,23≤m≤25；
英制单位,d单位为英寸:
4≤m≤5；
6≤m≤7；
8≤m≤9；
9≤m≤11；
11≤m≤13；
12≤m≤14；
11≤m≤13；
15≤m≤17；
17≤m≤19；
19≤m≤21,
20≤m≤22；
21≤m≤23。
6.根据权利要求5所述的无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：
所述水润滑橡胶合金轴承的轴向长度L为所述橡胶合金内衬的内径d的2-4倍；
所述水润滑橡胶合金轴承的外径D为:
公制单位,d和m单位为毫米:d+8m/3≤D≤d+8m；
英制单位,d单位为英寸,m单位为毫米:d+2.3m/25.4≤D≤d+8m/25.4。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：
所述橡胶合金内衬的内壁上沿周向均匀布置有多个横截面为圆弧形的用于润滑水通过的水道槽，所述水道槽与所述超磁致伸缩材料体间隔布置，位于相邻两个所述水道槽之间的橡胶合金内衬内壁上设有横截面为圆弧形的承载面，所述承载面的横截面的圆心落在所述橡胶合金内衬轴线上，所述水道槽和所述承载面均沿所述橡胶合金内衬的轴向延伸并贯穿所述橡胶合金内衬的两端，所述水道槽和所述承载面之间通过横截面为圆弧形的连接面相切圆滑过渡。
8.根据权利要求7所述的无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：
所述水道槽的圆弧半径、承载面的圆弧半径和连接面的圆弧半径与所述橡胶合金内衬的内径d之间的对应关系如下，其中，d单位为毫米或英寸：
d/2≤承载面的圆弧半径≤d/2+0.5；
d/16.6≤连接面的圆弧半径≤(d/2+0.5)/1.4；
d/28≤水道槽的圆弧半径≤(d/2+0.5)/2.3。
9.根据权利要求8所述的无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承，其特征在于，所述外壳的一端固定设有法兰盘，
所述法兰盘的直径尺寸与所述橡胶合金内衬内径d之间的对应关系如下：
1.2d≤法兰盘直径≤3.2d；
所述法兰盘的轴向厚度尺寸与所述橡胶合金内衬的径向厚度m之间的对应关系如下：
公制单位,d和m单位为毫米:1.3m≤法兰盘厚度≤2.3m,
英制单位,d单位为英寸,m单位为毫米:m/25.4≤法兰盘厚度≤1.9m/25.4。
10.一种无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承的最优润滑间隙调节方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任意一项所述的无轴轮缘推进器水润滑橡胶合金轴承，所述方法包括如下步骤：
S1，以包括工况条件的多个参数作为混合润滑模型的输入参数，通过混合润滑分析方法得到当前工况下橡胶合金内衬的最大单边弹性-热变形量；
S2，基于所述最大单边弹性-热变形量确定润滑间隙初始补偿量；
S3，将所述润滑间隙初始补偿量折算成外加磁场强度通过所述线圈施加于所述超磁致伸缩材料体，以通过所述超磁致伸缩材料体沿径向产生形变驱动橡胶合金内衬沿径向发生相应变形补偿润滑间隙；
S4，实时监测变形补偿后水润滑橡胶合金轴承所承载的转子与所述水润滑橡胶合金轴承之间的最大相对跳动量，若所述最大相对跳动量在预设的最佳跳动阈值范围内，则结束调整，否则执行步骤S5；
S5，对所述外加磁场强度施加一微调量，并将微调前的最大相对跳动量与微调后的最大相对跳动量进行对比，根据对比结果进一步微调外加磁场强度，直到所述最大相对跳动量在所述最佳跳动阈值范围内，结束调整。
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