CN114810883A - 一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及船舶桨轴系统技术领域，具体涉及一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构。提供了一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构，可缩小减振结构径向尺寸，更有利于减振结构在推力轴承中的布置；可实现推力轴承有效减振发挥起始推力范围向更低推力拓展；可实现推力轴承纵向减振效果发挥不受潜深限制，拓展减振有效工作潜深。本发明适用于船舶桨轴系统，特别适合特种深水潜器，对于同等受轴向静水载荷状态下的旋转机械或系统的推力补偿及减振设计均具有一定的参考价值。

Description

一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构
技术领域
本发明涉及船舶桨轴系统技术领域，具体涉及一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构。
背景技术
减振推力轴承是船舶推进系统的重要设备，它兼顾止推和减振两项功能，一方面是推进系统的推力传递设备，将推进器产生的推动力从旋转的轴系传递至静态的船体结构，推动船舶航行；另一方面是桨轴系统的减振设备，其内部集成减振元件，可以衰减推进器-轴系推力传递过程中的动态激励分量，避免桨轴系统的纵向振动向船体结构的传递，降低推进系统产生的辐射噪声。
减振结构是减振推力轴承的核心部件。减振推力轴承一般在其内部推力传递通道中设置减振结构，利用减振结构的刚度特性，改变桨轴系统一阶固有频率，从而达到改变力传递特性进而实现潜艇轴系纵向减振的目的。现有推力轴承减振结构一般采用碟簧、橡胶块、螺旋弹簧等弹簧元件作为刚度元件，串联至推力传递通道中，这种设计结构存在一定设计弊端：1)设计中为保证刚度元件具有足够的疲劳寿命，必须设计结构对刚度元件进行初安装预紧，这使得低推力下轴系推力必须大于预紧力，推动刚度元件方可发挥减振功能，减振元件在轴系低推力状态下无法具备减振能力，降低了推力轴承低推力下减振工作范围；2)由于轴系纵向刚度相对较大，减振结构中仅采用单刚度元件将使得结构尺寸(特别是径向尺寸)较大，导致推力轴承内减振结构设计困难。上述问题限制了推力轴承的结构设计和低推力下减振效果的发挥。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构，能够缩小潜艇轴系推力轴承减振结构的径向尺寸，更有利于减振结构在推力轴承中的布置，且减振效果更好，适用范围更广。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构，安装于推力轴承内部，所述推力轴承包括推力块8、壳体9、套环10和过渡接头11，所述推力轴承通过液压管路12连接有海水压力补偿器13，所述减振结构设有多组且安装于所述套环10上对应的安装孔内，所述减振结构的数量与所述推力块8的数量一致；
所述减振结构包括活塞杆1和活塞缸2，所述活塞杆1插于活塞缸2内部且从活塞缸2一端伸出后与所述推力块8接触，所述活塞缸2远离推力块8的一端设有端盖6，所述端盖6与所述壳体9的止推面板接触，所述端盖6中部开设有通孔，所述通孔经过渡接头11和液压管路12后与所述海水压力补偿器13连通；
所述减振结构内位于活塞杆1的密封面两侧对称设有两个螺旋弹簧3，单个螺旋弹簧3的设计刚度为减振结构整体设计刚度的一半，所述活塞杆1中部设有尺寸与活塞缸2内径相适配的密封环，所述密封环外圆上设有密封圈5，所述密封环和密封圈5相配合将所述活塞缸2内腔分隔为油腔I17和油腔II18，所述油腔I17与推力轴承内腔联通，所述油腔II18与端盖6中部的通孔联通，所述活塞缸2内壁对应密封环的位置设有与所述螺旋弹簧3相适配的导向带4。
进一步的，所述端盖6通过紧固件7压紧于所述活塞缸2的端部。
进一步的，所述减振结构和所述推力块8的数量均为偶数。
进一步的，所述导向带4设有对称的两个，分别用于两个螺旋弹簧3的轴向导向和径向中心定位。
进一步的，所述两个螺旋弹簧3并联设置于所述活塞杆1的密封面两侧，且两个螺旋弹簧3共同被所述端盖6压紧，使活塞杆1的密封环处于静态平衡位置。
进一步的，所述密封环的密封面积与轴系穿舱部位的密封面积和减振结构的数量相适配，具体为：
密封环的密封面积×减振结构的数量＝轴系穿舱部位的密封面积
进一步的，所述活塞杆1靠近端盖6的端面与端盖6之间设有间隙。
进一步的，所述海水压力补偿器13包括补偿器缸体Ⅰ14、补偿器缸体Ⅱ16和隔膜15，所述隔膜15安装于所述补偿器缸体Ⅰ14和补偿器缸体Ⅱ16之间。
进一步的，所述油腔II18经通孔、液压管路12和海水压力补偿器13后与舷外海水系统连通。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种潜器用推力轴承，采用如上所述的减振结构。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
1、两个螺旋弹簧通过初始预紧安装布置在活塞杆两侧，以并联方式承受轴系推力，单个弹簧的设计刚度仅减振结构设计刚度的一半，相对原单刚度元件支撑状态下，本发明可设计出更小结构尺寸的螺旋弹簧，有助于缩小减振结构径向尺寸，更有利于减振结构在推力轴承中布置；
2、在两个螺旋弹簧共同预紧下，活塞杆的密封环处于静态平衡位置，活塞杆不需要额外克服螺旋弹簧的初始预紧力才能发挥减振功能，在传递轴系推力和振动时，对低推力下的振动均可衰减，可将推力轴承纵向减振效果发挥起始推力范围向更低推力拓展；
3、活塞杆的密封环面根据轴系穿舱部位的密封面、推力轴承设置减振结构的数量匹配设计，实现推力轴承若干个减振结构的密封面总面积与轴系穿舱部位的密封面积一致，可使得减振结构的密封面可精准平衡轴系推力中的静水推力分量，这种布置方式使得推力轴承纵向减振效果发挥不受潜器下潜深度的限制，可拓展推力轴承纵向减振效果发挥的工作潜深。
附图说明
图1为本发明一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构示意图；
图2为本发明减振结构支撑模型简图；
图3为本发明减振结构在推力轴承中布置示意图；
图4为本发明实施例中的海水压力补偿器示意图。
图中：1、活塞杆；2、活塞缸；3、螺旋弹簧；4、导向带；5、密封圈；6、端盖；7、紧固件；8、推力块；9、壳体；10、套环；11、过渡接头；12、液压管路；13、海水压力补偿器；14、补偿器缸体Ⅰ；15、隔膜；16、补偿器缸体Ⅱ；17、油腔I；18、油腔II。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
实施例一，如图1所示，本实例提供的一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构，包括活塞杆1，活塞缸2，螺旋弹簧3，导向带4，密封圈5，端盖6，紧固件7等部件。活塞杆1设置有与活塞缸2配合的密封环，该密封环外圆上安装有密封圈5，密封圈5两侧设置有导向带4；每套减振结构设置两个螺旋弹簧3，分别布置于活塞杆1的密封面两侧，通过紧固件7压紧端盖6实现螺旋弹簧预紧。
进一步的，所述两个螺旋弹簧3通过初始预紧安装布置在活塞杆两侧，以并联方式承受轴系推力，单个弹簧的设计刚度仅减振结构设计刚度的一半，相对原单刚度元件支撑状态下，本发明可设计出更小结构尺寸的螺旋弹簧，有助于缩小减振结构径向尺寸，更有利于减振结构在推力轴承中布置，其结构模型简图如图2所示，刚度计算公式如下：
Figure BDA0003620426290000041
式中：k为单个弹簧刚度，x_0为初始预紧位移，Δx为压缩行程。
进一步的，在两个螺旋弹簧3共同预紧下，活塞杆1的密封环处于静态平衡位置，活塞杆1不需要额外克服螺旋弹簧3的初始预紧力才能发挥减振功能，在传递轴系推力和振动时，对低推力下的振动均可衰减，可将推力轴承纵向减振效果发挥起始推力范围向更低推力拓展。
进一步的，活塞杆1的密封环、密封圈5将活塞缸2分割成I、II两个油腔，油腔I为低压油腔，与推力轴承内腔联通，油腔II为高压油腔，通过与海水压力补偿器13、海水系统联通，直接传递舷外海水压力。这种布置方式使得油腔II对活塞杆1产生反向推力。
进一步的，活塞杆1的密封环面根据轴系穿舱部位的密封面、推力轴承设置减振结构的数量匹配设计，实现推力轴承若干个减振结构的密封面总面积与轴系穿舱部位的密封面积一致，可使得减振结构的密封面可精准平衡轴系推力中的静水推力分量。这种布置方式使得推力轴承纵向减振效果发挥不受潜器下潜深度的限制，可拓展推力轴承纵向减振效果发挥的工作潜深。
进一步的，所述的双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构，其轴系推力、减振结构刚度、弹簧刚度参数关系为：
1)轴系推力F推＝F静+F动，轴系穿舱部位静水力F静＝Ps，P为舷外海水压力，s为轴系穿舱部位密封截面积；F动为推进器产生的推力；
2)推力轴承若干个减振结构产生的静推力F静’＝nPs’，s’为减振结构活塞缸密封环面积，n为推力轴承内减振结构数量；
3)轴系穿舱部位静水力F静与推力轴承若干个减振结构产生的静推力F静’相等，实现静水力的平衡；
4)推进器产生的推力由减振结构的弹簧元件承受，并传递振动。F动＝2ndk，式中d为轴系纵向窜动位移，每个减振结构的刚度为2k，k为单个螺旋弹簧压缩刚度。
进一步的，活塞杆1的密封环外圆的密封圈5两侧各设置一道导向带4，该导向带具有轴向导向和径向定中心双重作用，可保证活塞杆1与活塞缸2之间的同轴度，避免过渡偏摆带来的摩擦。
进一步的，活塞杆1的右端面与端盖之间设置有一定间隙，保证减振结构最大工作行程，超出工作行程后活塞杆1与端盖6刚性接触，减振结构失去减振效果。这种设计结构将保护推力轴不会产生过大窜动位移，保护轴系其他设备的使用安全。
本发明适用于船舶桨轴系统，特别适合特种深水潜器，对于同等受轴向静水载荷状态下的旋转机械或系统的推力补偿及减振设计均具有一定的参考价值。
实施例二，如图3所示，本实例提供的一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构，包括活塞杆1，活塞缸2，螺旋弹簧3，导向带4，密封圈5，端盖6，紧固件7等部件。减振结构安装在推力轴承内部，推力轴承相关结构有推力块8、壳体9、套环10、过渡接头11、液压管路12、海水压力补偿器13。
更进一步的，所述减振结构在推力轴承内安装数量与推力块一致，均为偶数如6、8、10个，在推力轴承内布置关系如下：减振结构安装在套环10的安装孔内，一端通过活塞杆1与推力块8接触，传递轴系推力，另一端通过端盖6与壳体9的止推面板接触，传递轴系推力。另外，端盖6通过过渡接头11与液压管路12、海水压力补偿器13联通，进而与海水管路相连，传递舷外海水压力。
更进一步的，每套减振结构设置两个螺旋弹簧3，分别布置于活塞杆1的密封面两侧，通过紧固件7压紧端盖6实现螺旋弹簧预紧；活塞杆1设置有与活塞缸2配合的密封环，密封环外圆上安装有密封圈5，密封圈5两侧设置有导向带4。
更进一步的，两个螺旋弹簧3共同压紧活塞杆1，以并联方式承受轴系推力，且使得活塞杆1的密封环处于静态平衡位置，相对原单刚度元件支撑状态，该结构优势在于：
1)单个弹簧刚度仅为设计刚度的一半，使得弹簧在设计上弹簧线径、中经等尺寸均可减小，有助于缩小减振结构径向尺寸；
2)活塞杆1在传递轴系推力和振动时，仅需克服密封圈的摩擦力即可减振，可使纵向减振有效使用推力更低。
更进一步的，活塞杆1的密封环、密封圈5将活塞缸2分割成I、II两个油腔，油腔I为低压油腔，与推力轴承内腔联通；油腔II为高压油腔，通过与海水压力补偿器13、海水系统联通，直接传递舷外海水压力；活塞杆1的密封环面根据轴系穿舱部位的密封面、推力轴承设置减振结构的数量匹配设计，实现推力轴承若干个减振结构的密封面总面积与轴系穿舱部位的密封面面积一致。该布置形式的目的在于：可使得减振结构的密封面可精准平衡轴系推力中的静水推力分量，实现推力轴承纵向减振效果发挥不受潜器下潜深度的限制，可拓展推力轴承纵向减振效果发挥的工作潜深。
更进一步的，活塞杆1的密封环外圆的密封圈5两侧各设置一道导向带4，该导向带具有轴向导向和径向定中心双重作用，可保证活塞杆1与活塞缸2之间的同轴度，避免过渡偏摆带来的摩擦。
更进一步的，活塞杆1的右端面与端盖之间设置有一定间隙，保证减振结构最大工作行程，超出工作行程后活塞杆1与端盖6刚性接触，减振结构失去减振效果。该布置形式的目的在于：将保护推力轴不会产生过大窜动位移，保护轴系其他设备的使用安全。
如图4所示，海水压力补偿器13通过管路与减振缸联通，其内包含补偿器缸体Ⅰ14、补偿器缸体Ⅱ16和隔膜15等部件，隔膜15安装在补偿器缸体Ⅰ14、补偿器缸体Ⅱ16之间。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种潜器用推力轴承，采用如上所述的减振结构。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构，安装于推力轴承内部，所述推力轴承包括推力块(8)、壳体(9)、套环(10)和过渡接头(11)，所述推力轴承通过液压管路(12)连接有海水压力补偿器(13)，其特征在于，所述减振结构设有多组且安装于所述套环(10)上对应的安装孔内，所述减振结构的数量与所述推力块(8)的数量一致；
所述减振结构包括活塞杆(1)和活塞缸(2)，所述活塞杆(1)插于活塞缸(2)内部且从活塞缸(2)一端伸出后与所述推力块(8)接触，所述活塞缸(2)远离推力块(8)的一端设有端盖(6)，所述端盖(6)与所述壳体(9)的止推面板接触，所述端盖(6)中部开设有通孔，所述通孔经过渡接头(11)和液压管路(12)后与所述海水压力补偿器(13)连通；
所述减振结构内位于活塞杆(1)的密封面两侧对称设有两个螺旋弹簧(3)，单个螺旋弹簧(3)的设计刚度为减振结构整体设计刚度的一半，所述活塞杆(1)中部设有尺寸与活塞缸(2)内径相适配的密封环，所述密封环外圆上设有密封圈(5)，所述密封环和密封圈(5)相配合将所述活塞缸(2)内腔分隔为油腔I(17)和油腔II(18)，所述油腔I(17)与推力轴承内腔联通，所述油腔II(18)与端盖(6)中部的通孔联通，所述活塞缸(2)内壁对应密封环的位置设有与所述螺旋弹簧(3)相适配的导向带(4)。
2.根据权利要求1所述的一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构，其特征在于，所述端盖(6)通过紧固件(7)压紧于所述活塞缸(2)的端部。
3.根据权利要求1所述的一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构，其特征在于，所述减振结构和所述推力块(8)的数量均为偶数。
4.根据权利要求1所述的一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构，其特征在于，所述导向带(4)设有对称的两个，分别用于两个螺旋弹簧(3)的轴向导向和径向中心定位。
5.根据权利要求1所述的一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构，其特征在于，所述两个螺旋弹簧(3)并联设置于所述活塞杆(1)的密封面两侧，且两个螺旋弹簧(3)共同被所述端盖(6)压紧，使活塞杆(1)的密封环处于静态平衡位置。
6.根据权利要求1所述的一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构，其特征在于，所述密封环的密封面积与轴系穿舱部位的密封面积和减振结构的数量相适配，具体为：
密封环的密封面积×减振结构的数量＝轴系穿舱部位的密封面积。
7.根据权利要求1所述的一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构，其特征在于，所述活塞杆(1)靠近端盖(6)的端面与端盖(6)之间设有间隙。
8.根据权利要求1所述的一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构，其特征在于，所述海水压力补偿器(13)包括补偿器缸体Ⅰ(14)、补偿器缸体Ⅱ(16)和隔膜(15)，所述隔膜(15)安装于所述补偿器缸体Ⅰ(14)和补偿器缸体Ⅱ(16)之间。
9.根据权利要求1所述的一种双簧双侧并联支撑的推力轴承减振结构，其特征在于，所述油腔II(18)经通孔、液压管路(12)和海水压力补偿器(13)后与舷外海水系统连通。
10.一种潜器用推力轴承，其特征在于，所述潜器用推力轴承采用如权利要求1～9任一项所述的减振结构。
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