CN114630969B - 船舶推进轴用的轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种对船舶的推进轴进行支承的轴承，能够在该轴承的与推进轴之间的滑动面形成润滑性优异的水膜，该轴承的耐摩性优异且经济性良好。本发明的轴承对船舶的推进轴进行支承，该轴承是在圆筒状的壳体的内周面从圆筒中心沿径向依次具有滑动层和弹性体层而成的，所述滑动层具有：负荷作用部分，其负担所述推进轴的负荷，该负荷作用部分位于所述壳体的内周面的下表面侧且该负荷作用部分的以垂直轴线为对称轴的中心角θ在θ＝60°～180°的范围内；以及冷却作用部分，其与该负荷作用部分相对，该冷却作用部分设有多个所需的水冷槽且将在该冷却作用部分的两端部设置的水冷槽作为最初的水冷槽和最后的水冷槽，在此，垂直轴线是指壳体的横截面的与推进轴的重心方向平行的对称轴。

Description

船舶推进轴用的轴承
技术领域
本发明涉及一种对船舶的推进轴进行支承的轴承，且涉及一种利用形成于与推进轴之间的滑动面的水膜的润滑作用的轴承。
背景技术
在对船舶的推进轴进行支承的外伸轴承(日文：張出軸受)、船尾管轴承等轴承中，由于其自身暴露于海水等水中，因此防腐蚀、密封结构很重要。而且，若考虑环境应对、经济性，则与金属制的轴承、利用润滑油的轴承相比，优选为在与推进轴之间的滑动面使用橡胶、氟树脂等并利用形成于与推进轴之间的滑动面的水膜的润滑作用的轴承。提出了各种这样的利用水膜的润滑作用的轴承。
例如，在专利文献1中提出一种船舶用螺旋桨轴的外伸轴承，船舶用螺旋桨轴的外伸轴承构成为，在轴承主体的上侧内表面和中央部下侧内表面设置供水槽、将该供水槽在圆周方向上连接起来的圆周槽和将所述供水槽的两侧开口部在圆周方向上连接起来的第2圆周槽，以便利用轴承两端部的平滑的轴承面负担螺旋桨轴的最被施加负荷的部分，使靠近负荷减轻的中央部的部位被充分冷却。由于该外伸轴承利用轴承两端部的平滑的轴承面负担螺旋桨轴的最被施加负荷的部分，使靠近负荷减轻的中央部的部位被充分冷却，并且通过圆周槽和第2圆周槽而形成较薄的海水覆膜，因此，轴承磨损得到减轻，能够防止磨伤(日文：焼付き)。
在专利文献2中，提出一种用于船舶的螺旋桨轴等的电气防腐蚀轴承。提出了一种电气防腐蚀轴承的制造方法，该电气防腐蚀轴承是将在金属基体(日文：台金)与由滑动性良好的合成树脂构成的衬垫材料之间插入橡胶材料并进行硫化粘接而成的分段状的橡胶轴承件的所述金属基体部嵌装于在圆筒状的壳体金属的内周面上沿轴向排列雕刻设置的槽中，或者将该分段状的橡胶轴承件在金属的内周面上沿着圆周方向排列为桶状并将所述金属基体的底面粘接于该内周面而成的。对于上述橡胶轴承件，能够使用四氟乙烯、聚酰胺、高密度聚乙烯等作为衬垫材料，能够得到耐久性、可靠性较高的水下橡胶轴承。
在专利文献3中，提出一种对船舶的推进轴进行支承的分体式轴承，该分体式轴承包括多个轴承构件，该轴承构件由沿着圆筒形状的壳体的内周面固定的加强件和供所述推进轴滑动的滑动件构成，设于壳体的大致上半部的所述滑动件由橡胶材料构成，设于所述壳体的大致下半部的所述滑动件由氟树脂材料构成。该分体式轴承与推进轴之间的滑动阻力较小，能够降低船舶的燃油消耗。
在专利文献4中，提出一种船舶用船尾管的轴承材料所使用的水润滑式轴承材料。即，提出一种含有12重量％～25重量％的四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物树脂(PFA树脂)、18重量％～33重量％的碳纤维、以及剩余部分为聚四氟乙烯(PTFE)树脂和/或改性PTFE树脂的水润滑式轴承材料。该水润滑式轴承材料不仅耐磨损性优异，而且耐水性也优异，适合于水润滑式轴承的轴承材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-66977号公报
专利文献2：日本特开2009-103307号公报
专利文献3：日本实用新型登录第3183964号公报
专利文献4：国际公开第2016/114244号
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1中记载了如下的外伸轴承：考虑到作用于外伸轴承的负荷不一定均等，将轴承的功能分成负荷负担部分和磨伤阻止部分，巧妙地配设水冷槽以形成水膜。该外伸轴承必须设为与负荷对应的结构，存在轴承的结构变得复杂这样的问题。另一方面，在专利文献2中记载了电气防腐蚀轴承的橡胶轴承件制造方法，并记载了各种构造的橡胶轴承件。但是，没有具体记载这些各种构造的橡胶轴承件具有怎样的特性。
在专利文献3中记载了与专利文献2所记载的橡胶轴承件的结构和在其圆筒状壳体金属的内周面上的配设方式很相似的分体式轴承。对于在该圆筒状壳体内周面配设的轴承构件的滑动面，位于圆筒状壳体内周面的大致上半部的滑动面为橡胶制，位于圆筒状壳体内周面的大致下半部的滑动面为氟树脂制。并且，在专利文献4中，记载了适合作为船舶用船尾管的轴承材料的氟树脂的组成。然而，即使是该圆筒状壳体内周面的大致下半部以氟树脂为轴承材料的轴承，也存在在不均匀的表面压力下磨损加剧这样的问题。
鉴于这样的以往的问题和要求，本发明的目的在于提供一种对船舶的推进轴进行支承的轴承，能够在该轴承的与推进轴之间的滑动面形成润滑性优异的水膜，该轴承的低摩擦性、耐磨损性、耐久性优异且经济性良好。
用于解决问题的方案
本发明提供一种轴承，其对船舶的推进轴进行支承，该轴承是在圆筒状的壳体的内周面配设有一对定位板、多个密闭形圆弧片和多个间隙形圆弧片而成的，其中，所述定位板固定于所述壳体的水平轴线上的相对的位置，所述密闭形圆弧片配设于所述壳体的下表面侧，负担所述推进轴的负荷，所述密闭形圆弧片是滑动层、由弹性体构成的中间层和与所述壳体的内周面紧密接触的基座的三层构造体，借助所述定位板使相邻的各个滑动层、中间层和基座相互按压，从而所述密闭形圆弧片保持于所述壳体的内周面，所述间隙形圆弧片与所述密闭形圆弧片相对地配设，所述间隙形圆弧片是滑动层、由弹性体构成的中间层和与所述壳体的内周面紧密接触的基座的三层构造体，所述间隙形圆弧片在两侧缘部具有槽形成部，借助所述定位板使所述中间层和基座相互按压，从而所述槽形成部形成供冷却水流通的槽，所述间隙形圆弧片保持于所述壳体的内周面。在此，壳体的水平轴线是指壳体的横截面的与推进轴的重心方向正交的对称轴。
在上述发明中，能够设为：密闭形圆弧片铺满在壳体的内周面的60°～175°的范围内。
另外，能够设为：滑动层由分子中含有氟原子(F)的合成高分子化合物、聚酰胺树脂或酚醛树脂构成。
另外，中间层是将具有计示硬度A50～90的弹性体粘接于基座而成的较好。
另外，本发明提供一种轴承，其对船舶的推进轴进行支承，该轴承是在圆筒状的壳体的内周面固着依次由弹性体层和滑动层这两层构成的轴承件而成的，其中，所述滑动层具有：负荷作用部分，其负担所述推进轴的负荷，该负荷作用部分位于所述壳体的内周面的下表面侧且该负荷作用部分的以垂直轴线为对称轴的中心角θ在θ＝60°～180°的范围内；以及冷却作用部分，其与该负荷作用部分相对，该冷却作用部分设有多个所需的水冷槽且将在该冷却作用部分的两端部设置的水冷槽作为最初的水冷槽和最后的水冷槽。在此，垂直轴线是指壳体的横截面的与推进轴的重心方向平行的对称轴。
发明的效果
根据本发明，提供一种对船舶的推进轴进行支承的轴承，能够在该轴承的与推进轴之间的滑动面形成润滑性优异的水膜，该轴承的低摩擦性、耐磨损性、耐久性优异且经济性良好。
附图说明
图1是表示本发明的内衬型轴承(日文：内張型軸受)的结构的横剖视图。
图2是表示在图1所示的内衬型轴承配设的间隙形圆弧片、密闭形圆弧片、以及具有缺口的密闭形圆弧片的结构的说明图。
图3是表示本发明的一体型轴承的结构的横剖视图。
图4是表示磨损试验后的轴承内径变化量的图表。
图5是表示进行了磨损试验后的轴承的横截面形状的说明图。
图6是表示磨损试验机的结构的说明图。
图7是表示具有各种轴承构件的轴承的滑动面上的表面压力分布的图表。
图8是表示磨损试验中的圆周速度与摩擦系数的关系的图表。
图9是表示使磨损试验中的表面压力各种变化的情况下的圆周速度与摩擦系数的关系的图表。
图10是表示磨损试验中的轴承件的温度变化的图表。
图11是表示发明例(FRB2)和比较例(FRB16)的利用FFT分析仪进行的振动分析试验的结果的图表。
图12是表示发明例(FRB2)和比较例(FB2)的利用FFT分析仪进行的振动分析试验的结果的图表。
图13是表示水膜压强与接触面角度之间的关系的图表。
图14是表示图14的水膜压强曲线示出弯曲状的部分的水膜压强与圆周速度之间的关系的图表。
具体实施方式
以下，根据附图来说明用于实施本发明的方式。图1表示本发明的轴承的结构。本发明的轴承10是对船舶的推进轴进行支承的轴承。并且，该轴承10具有：一对定位板12，其固定于圆筒状的壳体11的内周面上的、该壳体的水平轴线上的相对的位置；密闭形圆弧片16，其配设于所述壳体内周面的下表面侧；以及间隙形圆弧片15，其与该密闭形圆弧片16相对地配设。相邻的间隙形圆弧片15或密闭形圆弧片16分别借助定位板12保持于壳体11的内周面。该轴承10因其结构而被称作内衬型轴承。此外，壳体11的水平轴线是指壳体11的横截面的与推进轴的重心方向正交的对称轴线AA。
定位板12例如通过螺栓、销固定于壳体11的内周面。定位板12夹入在壳体11的内周面配设的密闭形圆弧片16或间隙形圆弧片15而将其紧贴地保持于壳体11的内周面。为了将密闭形圆弧片16或间隙形圆弧片15可靠地保持于壳体11的内周面，例如，在对与定位板12接触的密闭形圆弧片16或间隙形圆弧片15的侧缘面进行了面加工(日文：面出し)之后进行嵌入较好。由此，各密闭形圆弧片16或间隙形圆弧片15以预定的按压状态保持于壳体11的内周面。
定位板12的背面侧(壳体11的内周面侧)可以是圆弧状，也可以是平板状，在平板状的情况下容易成型。定位板12的材质可以是金属制或树脂制。例如在金属制的情况下能够使用铜合金，例如在树脂制的情况下能够使用碳纤维强化酚醛树脂。在定位板12的材质为金属制的情况下，用耐腐蚀性橡胶来覆盖表面较好。
如图2的(a)所示，间隙形圆弧片15形成为滑动层153、中间层152和基座151的三层构造体，间隙形圆弧片15在两侧缘部设有槽形成部155。借助定位板12使中间层152和基座151相互按压，从而将间隙形圆弧片15保持于壳体11的内周面，由相邻的槽形成部155形成供水或海水(冷却水)流通的槽18(图1)。间隙形圆弧片15在与密闭形圆弧片16接触的部分形成有半槽19。槽形成部155以其深度达到滑动层153或从滑动层153达到中间层152的方式设置。对于槽形成部155，以能供给轴承10的冷却所需的冷却水量Q的方式选择槽的深度和宽度尺寸。能够通过与以下说明的密闭形圆弧片16同样的方法和材质来成型上述间隙形圆弧片15。
如图2的(b)所示，密闭形圆弧片16形成为滑动层163、中间层162和基座161的三层构造体。该三层构造体例如如以下那样形成。即，首先，成型平板状的三层构造体并成型预定宽度的原材料型材(日文：素形材)，接下来，形成两侧缘部的倾斜面且使基座161的背面和滑动层163的表面成型为弧状，以成为预定的圆弧片形状。滑动层163的表面(滑动面)是形成与水润滑相关的水膜的部分，因此优选为平滑。从该观点出发，容许即使存在细微的伤痕、凹凸等也不会对水膜的形成造成不良影响的情况。三层构造体能够通过将滑动层163、中间层162和基座161粘接起来而成型。与定位板12接触的密闭形圆弧片优选为缺口密闭形圆弧片17(图2的(c))那样在与定位板12接触的侧缘部具有缺口175的密闭形圆弧片。通过该缺口，能够防止滑动层163的端面部的浮起(日文：浮き上がり)。另外，该缺口对于水膜的形成而言是优选的，在防止滑动层163的应力集中和磨损方面是优选的。
基座161能够设为金属制或树脂制。作为金属制的基座161，例如能够使用机械加工性好且具有耐腐蚀性的铜合金。作为树脂制的基座161，能够使用纤维强化热固性树脂、例如碳纤维强化酚醛树脂。
中间层162优选为具有计示硬度A50～90的弹性体。例如，能够使用具有计示硬度A50～90的硬度的丁腈橡胶(NBR)。在中间层为橡胶的情况下，三层构造体通过硫化粘接而成型较好。由此，能够成型牢固的粘接构造体。在本发明中，中间层162具有重要的作用、功能。如以下说明的那样，中间层162使来自推进轴的负荷均匀化，抑制推进轴在滑动层163的滑动面上的发热，提高密闭形圆弧片16或间隙形圆弧片15的耐磨损性和耐久性。
另外，由于密闭形圆弧片16在圆周上均等且无间隙地配置，因此，从推进轴的轴心观察，中间层的弹性变形被限定于垂直方向。因此，没有相对于滑动层与中间弹性层之间的接合面而言的剪切方向的变形。并且，能够抑制滑动层与中间弹性层之间的附着部分的劣化。
从低摩擦性、耐磨损性、耐热性的观点出发，滑动层163优选为分子中含有氟原子(F)的合成高分子化合物。例如，能够使用四氟乙烯(PTFE)树脂、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)树脂、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯共聚物(PFA)树脂等氟系树脂。或者，能够使用聚酰胺树脂或酚醛树脂。
如下那样进行与密闭形圆弧片16的圆弧片形状相关的加工。例如，基于以图1的(a)所示的轴心O为中心的半径R的圆弧(成型圆弧)来将滑动层163的表面和基座161的背面加工成曲面状。并且，对于密闭形圆弧片16的两侧缘部，以使相邻的密闭形圆弧片16相互紧密接触的方式也基于轴心O进行加工。然而，也可以是，成型圆弧的中心不为轴心O，而是以将成型圆弧的中心设为以轴心O’为中心的偏心(半径R’)的方式对滑动层163进行表面加工。在使滑动层163的来自推进轴的负荷均匀方面，偏心是优选的。此外，偏心加工也可以是基于壳体11自身的曲面加工的方法。在该情况下，能够高效地进行偏心加工。
偏心会使推进轴轴径与轴承内径之间产生预定间隙，但以使壳体11的内周面侧变小的方式分配该间隙。例如，在轴承的内径为360mm～449mm的情况下，使预定间隙为0.8mm～1.3mm，使偏心为Δ＝0.53mm(图1的(a))。
以上对在壳体11的内周面铺满间隙形圆弧片15和密闭形圆弧片16而成的轴承10(内衬型轴承)进行了说明。该轴承10优选为对大直径的推进轴进行支承的轴承。另外，在能够根据需要容易地更换间隙形圆弧片15或密闭形圆弧片16这一点上是优选的。然而，以下说明的一体型的轴承(一体型轴承)能够实现轴承的高效且经济性的成型，特别优选作为小型的船舶的轴承。
该一体型轴承是在圆筒状的壳体的内周面固着依次由弹性体层和滑动层这两层构成的轴承件而成的、对船舶的推进轴进行支承的轴承。该轴承的滑动层具有：负荷作用部分，其负担所述推进轴的负荷，该负荷作用部分位于所述壳体的内周面的下表面侧且该负荷作用部分的以垂直轴线为对称轴的中心角θ在θ＝60°～180°的范围内；以及冷却作用部分，其与该负荷作用部分相对，该冷却作用部分设有多个所需的水冷槽且将在该冷却作用部分的两端部设置的水冷槽作为最初的水冷槽和最后的水冷槽。在此，垂直轴线是指壳体的横截面的与推进轴的重心方向平行的对称轴。
如图3所示，该一体型的轴承5是在圆筒状的壳体1的内周面固着依次由弹性体层2和滑动层3这两层构成的轴承件而成的。首先，该轴承5具有负荷作用部分3a，若将壳体的横截面的与推进轴的重心方向平行的对称轴设为垂直轴线BB，则负荷作用部分3a位于壳体1的内周面的下表面侧且具有以垂直轴线BB为对称轴的中心角θ在θ＝60°～180°的范围内的表面。并且，该轴承5具有冷却作用部分3b，该冷却作用部分3b设有多个所需的水冷槽4，使设于该负荷作用部分3a的两端部的水冷槽4为最初的水冷槽和最后的水冷槽。负荷作用部分3a是形成与水润滑相关的水膜的部分，因此，优选与密闭形圆弧片16的滑动层163同样地为平滑。所需的水冷槽4例如能够在最初的水冷槽4与最后的水冷槽4之间等间隔地设置。
本例子的轴承5能够如以下那样成型。首先，将壳体1和模芯装配于模具，在模芯装配筒状的滑动层形成材料之后，注塑成型弹性体形成材料而成型轴承胚料。然后，在预定范围(360°-θ＝180°～300°)内加工出多个水冷槽4而形成冷却作用部分3b，从而成型轴承5。滑动层形成材料能够为与上述间隙形圆弧片15的滑动层163或密闭形圆弧片16的滑动层163相同的材质。弹性体形成材料能够为与上述间隙形圆弧片15的中间层152或密闭形圆弧片16的中间层162相同的材质。
该轴承5的特征在于，轴承件具有滑动层和弹性体层的两层构造，在中心角θ＝60°～180°的范围内具有负荷作用部分3a。轴承通常在相对于轴心靠下方的部分承受推进轴的负荷，滑动层在该部分产生磨损。因此，对轴承5的承受推进轴的负荷的负荷作用部分3a需要何种程度大小进行了试验。将磨损试验结果示于图4。图4是表示利用图6所示的磨损试验机对图5所示的轴承内径60φ×长度60(mm)的轴承进行磨损试验并在试验后测量轴承内径而得到的结果的图表。在图4的图表中附记的数字表示水冷槽4的条数。关于水冷槽的条数，在图5中，θ＝180°的情况下为两条(接触面角度157.7°)，θ＝120°的情况下为3条(接触面角度100°)，θ＝90°的情况下为4条(接触面角度72.2°)。另外，θ＝60°的情况下为6条(接触面角度41.6°)，θ＝45°的情况下为8条(接触面角度24.4°)。水冷槽4的尺寸为深度3mm×宽度6mm。
在图6所示的磨损试验机中，水槽的温度保持在20℃，不进行水的强制对流。轴承在气压缸的作用下被提起，经由推进轴的套筒向轴承下方侧施加预定的负荷。对于套筒，能够将所需的套筒装配在推进轴上。在进行了圆周速度恒定的磨合运转(将圆周速度恒定设为1m/s，以表面压力0.25MPa进行24小时的磨损试验，进一步以表面压力0.50MPa进行24小时的磨损试验，以表面压力1.00MPa进行24小时的磨损试验，总计进行72小时的磨损试验)之后，对轴承内径变化量进行测量。此外，在将磨损试验结束后的轴承在室温(20℃)下保持6小时后，对轴承内径进行测量。
在图4所示的图表中，横轴表示轴承的接触面角度(θ)，纵轴表示轴承的内径变化量。根据图4，接触面角度为160°～80°的范围内的磨损缓慢地进行。然而，可知的是，在接触面角度为80°～40°之间存在磨损急速发展的接触面角度。这可以被解释为，在接触面角度为160°～80°的范围内形成有水膜，轴承成为适当的水润滑状态。另一方面可被解释为，在接触面角度为80°～40°的范围内的某接触面角度以上的情况下，水膜成为不稳定的状态或破坏状态，成为无法对轴承进行适当的水润滑的状态。即，优选在中心角θ＝80°～180°的范围内设置负荷作用部分3a。该特性也能够同样地应用于内衬型轴承(轴承10)。此外，由于轴承10具有定位板12，因此当考虑该定位板12的配置和尺寸时，优选的接触面角度的范围为θ＝80°～175°。此外，当综合判断以下说明的试验、研究结果时，优选θ＝60°～175°，更优选θ＝80°～175°。
如上所述，该轴承5的特征在于，轴承件具有滑动层和弹性体层的两层构造。在图7～图10中示出该弹性体的作用、效果。图7表示在轴承内径495mm、轴承长度2000mm的轴承的滑动面部产生的表面压力的构造分析值。横轴表示各截面位置，将螺旋桨侧的轴承端的横截面位置设为0，将船首侧的轴承端的横截面位置设为2m。纵轴表示表面压力。参数FRB(实线)表示轴承件是以氟树脂(PTFE)为滑动层、以计示硬度A70的丁腈橡胶(NBR)为弹性体层的两层构造的轴承的情况。RB(虚线)表示轴承件为弹性体层(丁腈橡胶)的一层构造的轴承。LB(单点划线)表示使轴承件为铁梨木的一层构造的轴承。关于各轴承件的纵向弹性模量，FRB为50MPa，RB为10MPa，LB为2000MPa。平均表面压力(负荷载重/轴承投影面积)为0.18MPa。
根据图7，在LB的情况下，在轴承的两端部产生非常高的表面压力，截面0位置的表面压力最高，为0.8MPa。中央部分的表面压力在大范围内为零。在RB的情况下，表面压力最均匀化，表面压力处于0.08MPa～0.28MPa的范围内。在FRB的情况下，表面压力均匀至与RB的情况相同的程度。然而，在FRB的情况下，表面压力曲线呈下凸的形状，表面压力处于0.02MPa～0.4MPa的范围内。并且，在FRB的情况下，与RB的情况相比不同之处在于：在轴承两端部，FRB的表面压力高于RB的表面压力，在中央部，FRB的表面压力低于RB的表面压力。在FRB的情况下，从使表面压力均匀的观点出发，弹性体层的硬度(计示硬度A)优选为50～90。此外，以下说明的轴承、例如FRB16表示与上述FRB相同的两层构造且水冷槽数为16条的轴承。FB16表示仅有氟树脂的一层构造的轴承。上述LB的例子能够应用于轴承FB16。
图8和图9是表示轴承内径60mm×轴承长度60mm的轴承的圆周速度与摩擦系数的关系的图表。图10是表示对轴承内径60mm×轴承长度190mm的轴承进行模型运转试验中的轴构件(水冷槽下部的滑动层或弹性体层)的温度测量结果的图表。轴承(图8～图10)的横截面呈图5所示的轴承形状。摩擦系数是在进行上述圆周速度恒定的磨合运转之后以各表面压力(0.25MPa～1.00MPa)和各圆周速度(0.10m/s～4.00m/s)进行预定时间(0.5h或1h)的磨损试验而求出的。在磨损试验中，使用了图6所示的磨损试验机。水槽的温度保持在32℃。
在图8中，横轴表示圆周速度，纵轴表示表面压力为0.25MPa时的摩擦系数。参数FRB16、FRB8和FRB2表示轴构件为两层构造且水冷槽数分别为16条(接触面角度为12.7°)、8条(接触面角度为24.4°)、两条(接触面角度为157.7°)的轴承的情况。FB16表示轴构件为不具有弹性体层的一层构造且水冷槽数为16条(接触面角度为12.7°)的情况。根据图8，FRB16、FRB8和FRB2的摩擦系数曲线大致相同，在圆周速度为0.1m/s～1m/s的范围内摩擦系数都急速变小。而且，在摩擦系数曲线中，在圆周速度为1m/s时，摩擦系数为0.005，之后与圆周速度无关地成为恒定值。另一方面，在FB16的情况下，在圆周速度为0.1m/s～1m/s的范围内摩擦系数急速变小，但在圆周速度为1m/s时，摩擦系数为0.03。并且，在圆周速度为4m/s时，FB16的摩擦系数与FRB16等两层构造的轴承的摩擦系数大致相同(0.007)。即，可知的是，在水冷槽数为两条的情况下，具有弹性体层的两层构造的轴承的摩擦系数最小，不管水冷槽数(2条～16条)如何，具有弹性体层的两层构造的轴承的摩擦系数都大致相同。并且，可知，两层构造的轴承具有比一层构造的轴承小的摩擦系数。
对于如图8所示那样摩擦系数与圆周速度对应地急速地变小并在恒定的圆周速度以上时摩擦系数成为大致恒定这样的倾向，即使表面压力变高，也表现出同样的倾向。图9表示具有两层构造的轴承(FRB8)的各种表面压力下的摩擦系数。根据图9，观察到在低表面压力(0.25MPa)时表现出较低的摩擦系数、在高表面压力(1.0Mpa)时表现出较高的摩擦系数的倾向，但可知因表面压力不同而导致的测量点的偏差较小。
图10是表示在模型运转的圆周速度/表面压力恒定的运转的各循环中的轴承件的温度变化的图表。图10的(a)表示具有两层构造的轴承(FRB16)的轴承件的温度变化。图10的(b)表示一层构造的轴承(FB16)的轴承件的温度变化。模型运转是指如下那样的磨损试验：通过调整磨损试验的套筒形状，从而以轴承两端部的表面压力成为0.8MPa、平均表面压力成为0.31MPa的方式施加负荷，将圆周速度变化的运转和圆周速度/表面压力恒定的运转作为1个循环，重复该循环。圆周速度变化的运转是将表面压力(0.31MPa)设为恒定，将圆周速度以0.4m/s×30min、0.6m/s×30min、1.0m/s×30min和1.6m/s×30min的方式阶段性地提高而进行的磨损试验。圆周速度/表面压力恒定的运转是在圆周速度(0.6m/s)和表面压力(0.31MPa)的条件下进行25小时的磨损试验。图中表示为0h～25h、25h～50h…。在本例子的磨损试验中，进行4个循环(总计108小时)，并进行了两小时(总计110小时)的圆周速度变化的运转。
根据图10，在FRB16的情况下，轴承件的温度在36℃～40℃的范围内大致恒定。与此相对，可知的是，在FB16的情况下，温度较高，在37℃～45℃的范围内，而且温度变动较大。特别是，FB16的圆周速度/表面压恒定的运转(25h～50h)的情况下的温度变动变大。此外，在圆周速度变化运转中，能够看到如下倾向：若增加圆周速度，则流入水冷槽的水量增加，从而轴承件的温度降低。与轴承FB16的情况相比，在轴承FRB16的情况下，该现象显著。
在上述试验后测量了轴承FRB16和轴承FB16的磨损量。轴承FB16的磨损量为轴承FRB16的磨损量的2.6倍。即，与具有一层构造的轴承FB16相比，具有两层构造的轴承FRB16的滑动层部分的表面压力均匀，摩擦系数较小。并且，可知的是，在轴承FRB16的情况下，运行中的轴承件的温度较低且稳定，磨损量较少。轴承FRB16的耐磨损性优于轴承FB16的耐磨损性。并且，该特征也能够适用于上述内衬型轴承(轴承10)。另外，对于船舶的轴承的设计值，通常，圆周速度被设定为12m/s以下，表面压力被设定为0.6MPa以下，上述磨损试验的结果能够适用于通常的船舶。
综上，本发明的轴承5或轴承10在壳体内周面具有耐磨损性和耐热性优异的滑动层3、153或163、以及实现来自推进轴的负荷的均匀化的弹性体层2、中间层152或中间层162(弹性体层)来作为轴承件。并且，在所述轴承5或轴承10的与推进轴接触的内周面具有：负担来自推进轴的负荷的负荷作用部分3a或配设有密闭形圆弧片的部分(负荷作用部分)、以及与该负荷作用部分3a相对且具有水冷槽4的冷却作用部分3b或与该配设有密闭形圆弧片的部分(负荷作用部分)相对且配设有具有形成槽18的槽形成部155的间隙形圆弧片的部分(冷却作用部分)。该负荷作用部分配设在壳体内周面的中心角θ＝60°～180°或中心角θ＝60°～175°处。在该范围内，能稳定地形成水膜而进行水润滑。并且，在冷却作用部分设有所需的水冷槽4或槽18，以便对轴承5或轴承10进行所需的冷却。对于向水冷槽4或槽18供给的冷却水量Q(kg/hr)，在将轴承内径设为D(cm)时，Q＞k×D2，在D＝15～100(cm)的情况下，k设为4较好。Q＝4×D2是大型船舶(D＝15～100)在实用上所需的冷却水量。然而，设为何种程度的冷却水量要考虑船舶的特性、种类、所需泵的成本等来决定的。然后，决定该冷却水量的供水所需的水冷槽4或槽18的尺寸和个数。本发明的轴承5或轴承10耐磨损性、耐久性优异，不需要如以往的船舶的外伸轴承那样对推进轴的加载负荷部分进行强制冷却的圆周槽、供水槽等。另外，轴承5或轴承10不仅可用于外伸轴承，也可用于船尾管轴承。
另外，如上所述，该轴承5或轴承10(该轴承)在其负荷作用部分具有滑动面平滑且包含弹性体层的两层构造，处于均匀的应力状态。因此，如以下说明的图11、图12所示，该轴承能够防止比较例那样的周期性产生的异常振动的产生。另外，该轴承如图13所示那样处于基于水膜的水润滑状态，能够防止产生成为问题的粘滑现象。粘滑现象被认为容易在低圆周速度旋转下产生，在以低速模式航行并通过声纳得到信息的海洋调查船、潜水艇中成为问题，但该轴承能够较佳地用作该海洋调查船、潜水艇的推进轴用的轴承。这是因为，该轴承与以往的轴承不同，去除了轴承下部的水冷槽，以及与以往的一层构造的轴承不同，设为包含弹性体层的两层构造，通过它们的协同效应，能够大幅减少在轴承部产生的振动。
图11表示利用发明例(FRB2)和比较例(FRB16)的轴承来支承轴时的基于FFT(fastfourier transform：快速傅里叶变换)分析仪的振动分析试验的结果。在图11中，横轴表示周期(轴的一转为0.47、两转为0.94)，纵轴表示振动的强度(m/s2)，空心状部分表示发明例的振动状态。呈刺状突出的部分表示比较例的振动状态。根据图11，对于发明例，观察到较小的稳定的振动状态。另一方面，对于比较例，观察到在比发明例的振动强的一定幅度的振动中有局部非常强的振动。此外，比较例相当于专利文献2或3所记载的轴承。
图12表示利用发明例(FRB2)和比较例(FB2)的轴承来支承轴时的基于FFT分析仪的振动分析试验的结果。在图12中，横轴表示周期，纵轴表示振动的强度，细微的刺状的黑线部分为发明例，灰色部分为比较例。FB2表示没有弹性体层的一层构造且水冷槽数量为2的轴承。根据图12，对于发明例，观察到在0h～100h内较小的稳定的振动。另一方面，对于比较例，观察到在0h～50h内以与发明例同等的较小的稳定强度振动，但在75h的0.4转附近、100h的0.8转附近有较强的振动。此外，比较例相当于专利文献1所记载的轴承。
在轴承5中，利用接触问题分析软件TED/CPA(Tribology Engineering Dynamics/Contact Problem Analyzer)分析接触面角度或圆周速度对水膜压强造成怎样的影响。将分析结果示于图13。关于分析条件，将轴承的内径×长度设为550φ×1100(mm)，将轴承表面压力设为0.5MPa，将圆周速度分别设为0.4(m/s)、1(m/s)、2(m/s)、4(m/s)。表1示出接触面角度与槽数之间的关系。
[表1]
接触面角度(°) 10.4 22.5 41.7 56.7 80.3 110.5 170.9
槽数(条) 26 14 8 6 4 3 2
在图13中，横轴表示接触面角度，纵轴表示水膜压强，参数是圆周速度。根据图13，水膜压强在接触面角度为0°～20°时是恒定的，在20°～40°时急速增大。然而，水膜压强相对于接触面角度的增大量在40°～60°时逐渐减少，超过60°时急速减少。并且，当成为80°以上时，水膜压强相对于接触面角度成为大致恒定状态。即，水膜压强曲线呈从接触面角度为0°～20°的直线部分经过接触面角度为20°～80°的弯曲部分到接触面角度为80°以上的上一级的直线部分的阶梯状。
图14表示上述水膜压强曲线呈弯曲状的部分的水膜压强与圆周速度之间的关系。在图14中，横轴表示圆周速度，纵轴表示水膜压强，参数是接触面角度。根据图14，接触面角度为22.5°～80.3°中的任一角度时的水膜压强曲线均为大致直线状，水膜压强与圆周速度成正比。而且，接触面角度为56.7°和80.3°时的水膜压强曲线大致重叠。接触面角度为41.7°时的水膜压强曲线的斜率是接触面角度为80.3°时的水膜压强曲线的0.8倍。接触面角度为41.7°时的水膜压强曲线的斜率是接触面角度为80.3°时的水膜压强曲线的0.25倍。考虑到上述图13～图14的结果和分析以及上述图4所示的磨损试验的结果和分析可知，在本发明的轴承中，负荷作用部分3a的中心角θ优选在θ＝60°～180°的范围内，更优选在θ＝80°～180°的范围内。此外，对于船舶的圆周速度，通常航行中的圆周速度为2m/s～4m/s。圆周速度4m/s相当于高速航行，圆周速度0.4m/s相当于港内航行。
以上说明了本发明的轴承。本发明的轴承具有滑动层和弹性体层，所述滑动层具有平滑的表面且由耐磨损性和耐热性优异的材质构成，所述弹性体层能够使来自推进轴的负荷均匀化，该轴承的低摩擦性、耐磨损性、耐久性优异。而且，在本发明中，通过在因所支承的推进轴的重量导致的变形、推进轴的旋转而承受较多物理应力的轴承下表面侧排除水冷槽，从而极大减少水或海水与中间弹性层接触，抑制因水或海水引起的高碱环境或硫化氢环境而对中间弹性层造成的化学侵蚀，能够提高轴承的耐久性。
附图标记说明
1、壳体；2、弹性体层；3、滑动层；4、水冷槽；5、轴承；10、轴承；11、壳体；12、定位板；15、间隙形圆弧片；151、基座；152、中间层；153、滑动层；155、槽形成部；16、密闭形圆弧片；161、基座；162、中间层；163、滑动层；17、缺口密闭形圆弧片；18、槽；19、半槽。

Claims (4)

1.一种轴承，其对船舶的推进轴进行支承，该轴承是在圆筒状的壳体的内周面配设有一对定位板、多个密闭形圆弧片和多个间隙形圆弧片而成的，其中，
所述定位板固定于所述壳体的水平轴线上的相对的位置，并且使与所述定位板接触的所述间隙形圆弧片、或同时与所述定位板接触的所述间隙形圆弧片和所述密闭形圆弧片的侧缘面进行面加工，
所述密闭形圆弧片以与所述间隙形圆弧片相对的方式配设于所述壳体的下表面侧，负担所述推进轴的负荷，所述密闭形圆弧片是滑动层、由弹性体构成的中间层和与所述壳体的内周面紧密接触的基座的三层构造体，借助所述定位板，或同时借助所述定位板和所述间隙形圆弧片，使相邻的各个滑动层、中间层和基座相互按压，从而所述密闭形圆弧片保持于所述壳体的内周面，
所述间隙形圆弧片是滑动层、由弹性体构成的中间层和与所述壳体的内周面紧密接触的基座的三层构造体，所述间隙形圆弧片在两侧缘部具有槽形成部，借助所述定位板，或同时借助所述定位板和所述密闭形圆弧片，使所述中间层和基座相互按压，从而所述槽形成部形成供冷却水流通的槽，所述间隙形圆弧片至多保持于以被所述定位板夹着的上侧内周面上的范围，还有下侧内周面上的除了中心角θ所涵盖的区域以外的范围，其中，该中心角θ为以垂直轴线为对称轴的中心角，且该中心角θ＝80°，
在此，所述壳体的所述水平轴线是指所述壳体的横截面的与所述推进轴的重心的重力方向正交的对称轴，所述垂直轴线是指与所述壳体的所述水平轴线正交且与所述推进轴的重心的重力方向平行的对称轴。
2.一种轴承，其对船舶的推进轴进行支承，该轴承是在圆筒状的壳体的内周面配设有一对定位板、多个密闭形圆弧片和多个间隙形圆弧片而成的，其中，
所述定位板固定于所述壳体的水平轴线上的相对的位置，并且使与所述定位板接触的所述间隙形圆弧片、或同时与所述定位板接触的所述间隙形圆弧片和所述密闭形圆弧片的侧缘面进行面加工，
所述密闭形圆弧片以与所述间隙形圆弧片相对的方式配设于所述壳体的下表面侧，负担所述推进轴的负荷，所述密闭形圆弧片是滑动层、由弹性体构成的中间层和与所述壳体的内周面紧密接触的基座的三层构造体，借助所述定位板，或同时借助所述定位板和所述间隙形圆弧片使相邻的各个滑动层、中间层和基座相互按压，从而所述密闭形圆弧片保持于所述壳体的内周面，
所述间隙形圆弧片是滑动层、由弹性体构成的中间层和与所述壳体的内周面紧密接触的基座的三层构造体，所述间隙形圆弧片在两侧缘部具有槽形成部，借助所述定位板，或同时借助所述定位板和所述密闭形圆弧片，使所述中间层和基座相互按压，从而所述槽形成部形成供冷却水流通的槽，所述间隙形圆弧片至少保持于所述壳体的被所述定位板夹着的上侧内周面上的范围，所述间隙形圆弧片至多保持于以被所述定位板夹着的上侧内周面上的范围，还有下侧内周面上的除了中心角θ所涵盖的区域以外的范围，其中，该中心角θ为以垂直轴线为对称轴的中心角θ，且该中心角θ＝80°，
在此，所述壳体的所述水平轴线是指所述壳体的横截面的与所述推进轴的重心的重力方向正交的对称轴，所述垂直轴线是指与所述壳体的所述水平轴线正交且与所述推进轴的重心的重力方向平行的对称轴。
3.根据权利要求1或2所述的轴承，其特征在于，
滑动层由分子中含有氟原子(F)的合成高分子化合物、聚酰胺树脂或酚醛树脂构成。
4.根据权利要求1或2所述的轴承，其特征在于，
中间层是将具有计示硬度A50～90的弹性体粘接于基座而成的。
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