CN1276196C - 传动轴轴承 - Google Patents
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Abstract
一种传动轴轴承，包括基本上为圆筒形的轴套(2)，所述轴套的结构包括内层(14)和围绕该内层的外层(16)。内层(14)由包括热固性树脂的轴承材料制造，和外层(16)由包括热固性树脂的材料制造，和外层在水中具有比轴承材料低的溶胀度。
Description
技术领域
本发明涉及用于航海船只和尤其(但不专门)用于轮船的传动轴轴承。
背景技术
大多数现代海军用船和商船具有利用至少一个船内发动机的在线推进系统，其中所述发动机藉助一些形式的轴驱动外部螺旋桨。
取决于船只的尺寸和所要求的性能，可计算发动机的功率要求、螺旋桨的尺寸和数量以及因此的传动轴的尺寸和数量。为了将功率从发动机传递到螺旋桨上，各轴需要在轴承系统中被承载。用轴承支撑轴的船尾内部结构称为轴管。传动轴可另外通过船身外的轴承架来支撑，其中另外的轴支撑轴承系统装配在所述轴承架上。对于该应用，轴通常具有150mm的最小直径和15mm的所得轴承的最小壁厚。
常规地，轴支撑轴承以白金属/油润滑体系为基础，但也使用非金属/水润滑体系，主要用于海军应用。
在油润滑体系中，存在轴管用密封系统。密封具有双重功能；防止轴/轴承所要求的油润滑剂损失，和防止水进入轴管。
通常认为，油密封件易于遭到来自含水环境中存在的外部物质的损坏。在某些情况下，这种损坏可引起油损失，结果损坏轴承或水进入，这也可能对轴承有害。
对于白金属轴承来说，油的损失可导致过高的温度，而过高的温度会引起对轴和轴承无法修补的损坏。类似地，水的进入可能对润滑体系具有有害的影响，和也可导致对轴和轴承无法修补的损坏。
白金属/油润滑体系的替代体系是非金属轴承/油润滑体系。在这类应用中使用的非金属轴承材料的典型实例是由Railko Ltd.制造的石棉纤维增强的酚醛树脂轴承材料“WA8OH”。非金属石棉纤维增强的酚醛树脂轴承对油润滑剂的损失和水的进入具有增加的耐受力。
常规地将非金属轴承制成来源于白金属轴承的既定设计，因此可取代金属轴承。然而，在设计过程中，非金属轴承具有额外的步骤，即计算轴与轴承之间的操作间隙。这一额外计算必须适应非金属材料在油或水中的任何溶胀特性，和导致增加的运转间隙。
非金属轴承材料的溶胀度取决于轴承的径向厚度，而且可高达1.5％。结果，提供1-3mm的运转间隙轴承可能是必须的。大的运转间隙将允许轴的过度径向位移和可引起增加的轴承摩擦与发热。
发明概述
本发明的目的是提供减少至少一些前述问题的传动轴轴承。
根据本发明，提供包括基本上为圆筒形轴套的传动轴轴承，所述轴套的结构包括内层和围绕该内层的外层，其中内层由包括热固性树脂的轴承材料制造，和外层由包括热固性树脂的材料制造，和外层在水中具有比轴承材料低的溶胀度。
本发明的轴承可用作现有金属和非金属轴承的直接替代品。内部轴承层提供所要求的耐磨和低摩擦特性。外层支撑内层和具有较低的溶胀度，从而显著降低轴承作为整体所经历的溶胀量。结果，可制造轴承，以提供较小的运转间隙，从而降低过度的径向位移和避免轴承的过度摩擦和发热。
有利地，内层包括热固性树脂和增强材料。材料的这种组合提供所要求的轴承特性以及耐受润滑剂的损失和润滑剂的水污染。
增强材料可包括选自来源于种子和树内皮的植物纤维素纤维、纤维素粘胶纤维、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、芳族聚酰胺、聚苯并噁唑(polybenzoxyzole)、PTFE纤维和碳纤维中的纤维材料，或两种或多种这些纤维的共混物。优选纤维材料包括40％-100％的对芳族聚酰胺纤维、0％-30％的纤维素纤维和0％-50％的聚丙烯腈纤维的共混物。已发现材料的这种组合作用尤其良好。纤维材料也可包括小量的玻璃纤维，以增加轴承层的强度和在轴上产生抛光效果。
有利地，纤维材料包括纱线、织造纤维或非织造片材，和优选为纱线，尤其是树脂浸渍的纱线。有利地，增强材料占内层重量的15％-60％，和优选30％-60％。
热固性树脂可包括酚醛基树脂、聚酯基树脂或环氧基树脂，和优选酚醛基树脂。热固性树脂可占内层重量的25％-60％，和优选30％-50％。
内层可包括填料材料。填料材料可占内层重量的0％-65％，和优选0％-30％。内层也可包括润滑剂材料。润滑剂材料可占内层重量的0％-35％，和优选10％-15％。
外层可包括热固性树脂和增强材料。
外层的增强材料可包括选自玻璃纤维、碳纤维、来源于种子和树内皮的植物纤维素纤维、纤维素粘胶纤维、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、芳族聚酰胺、聚苯并噁唑中的纤维材料，和或两种或多种这些纤维的共混物。优选外层的纤维材料包括40％-100％的玻璃纤维、0％-30％的纤维素纤维和0％-50％的聚丙烯腈纤维的共混物。
外层的纤维材料可包括纱线、织造织物或非织造片材，和优选是纱线。
有利地，外层的纤维材料占外层重量的40％-100％，和优选约70％。
有利地，外层的热固性树脂包括酚醛基树脂、聚酯基树脂或环氧基树脂，和优选酚醛基树脂。有利地，热固性树脂占外层重量的20％-60％，和优选约30％。
外层可包括填料材料。有利地，填料材料占外层重量的0％-65％，和优选0％-30％。
内层在水中可具有0.5％至1.5％的溶胀度。外层在水中的溶胀度小于0.5％，和优选小于0.2％。
内层的厚度为5mm-15mm，和优选约10mm。外层的宽度可大于30mm。
有利地，传动轴轴承包括油、水或二元醇基液体润滑剂。
附图的简要说明
现参考附图，通过实施例描述本发明的实施方案。
图1是传动轴轴承的端视图；
图2是沿图1的线II-II的轴承侧视图，和
图3是沿图2的线III-III的轴承的截面图。
发明详述
传动轴轴承包括基本上为圆筒形的轴套2，在使用过程中它装配在轮船的轴管(未示出)内。轴承可以是单或多轴套组件。在附图所示的实施例中，轴承分为3个独立的轴套组件2a、2b、2c，它们的一端与另一端彼此毗邻。第一部分2a的外径略大于第二部分2b的外径，而第二部分2b的外径略大于第三部分2c的外径。这是为了简化轴承插入到轴管内的工艺，其中轴承与所述轴管具有重的静压配合。
基本上为圆筒形的镗孔延伸通过轴套2，镗孔的表面给延伸通过它的传动轴(未示出)提供轴承表面8。在轴承表面8的两侧上提供作为挖去部分的两个弧形油路10，以允许液体润滑剂流动通过轴承。对于单螺旋桨推动船来说，通常彼此直径方面相反地布置油路10，如图中所示。在双螺旋桨推动船中，油路通常在比轴套的水平直径上方高约30°角度处布置。润滑剂可以是油基、水基或二元醇基润滑剂。在轴承的外表面内提供销槽12：它使轴管内的销在安装过程中辅助校正和防止轴承旋转。
轴承的内径范围可以是150mm至大于1000mm。其长度通常是其直径的1.5至2.5倍。
轴承具有包括内层14和围绕该内层的外层16的复合结构。由具有低摩擦特性的非金属轴承材料制造内层14，和由溶胀度比轴承材料低的非金属材料制造外层16。
内层14的轴承材料包括热固性树脂和包封在树脂内的增强材料。
增强材料包括选自来源于种子和树内皮的植物纤维素纤维、纤维素粘胶纤维、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、芳族聚酰胺、聚苯并噁唑、PTFE纤维和碳纤维中的纤维材料，和或两种或多种这些纤维的共混物。例如，纤维材料可由40％-100％、和优选约65％的对或间芳族聚酰胺纤维，0％-30％、和优选约18％的纤维素纤维(粘胶纤维)，和0％-50％、优选约17％的聚丙烯腈(PAN)纤维的共混物组成。
纤维材料也可包括小量(即小于7％)玻璃纤维。尽管玻璃纤维具有磨损作用，但我们已发现包括小量可能是有利的，因为它起到抛光传动轴表面的作用。
纤维材料优选以树脂浸渍的纱线形式提供，将其绕模具缠绕，形成轴套，结果是纤维绕轴套圆周向延伸。视需要，可螺旋状缠绕纱线，以便纤维在圆周向和纵向两个方向上延伸。
或者，可以织造织物的形式提供纤维材料，在此情况下，纤维将在圆周向和纵向两个方向上延伸；或以非织造片材如针刺毡的形式提供纤维材料，在此情况下，纤维将在圆周向、径向和纵向上延伸。
增强材料占内层重量的15％-60％，和优选30％-60％。
热固性树脂优选酚醛基树脂，例如甲酚与甲醛缩聚得到的酚醛基树脂。或者，可使用聚酯基树脂或环氧基树脂。树脂通常占内层重量的25％-60％，和优选30％-50％。
内层14也可包括填料材料，例如陶土、白垩或白云石。填料材料典型地占内层重量的0％-65％，和优选0％-30％。包括填料材料降低轴承的成本，且没有显著影响其性能。
内层14可包括润滑剂材料以降低轴承与传动轴之间的摩擦。这可以是固体润滑剂，例如石墨、PTFE或二硫化钼，或液体润滑剂，例如烃基油、硅油或聚酯基油。润滑剂材料典型地占内层重量的0％-35％，和优选10％-15％。
外层16包括热固性树脂和包封在树脂内的增强材料。增强材料包括纤维材料，所述纤维材料优选包括玻璃纤维，但也可包括碳纤维、来源于种子和树内皮的植物纤维素纤维、纤维素粘胶纤维、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、对或间芳族聚酰胺或聚苯并噁唑，或两种或多种这些纤维的共混物。优选纤维材料包括40％-100％的玻璃纤维、0％-30％的纤维素纤维和0％-50％的聚丙烯腈纤维的共混物。
纤维材料优选呈树脂浸渍的纱线形式，所述纱线绕模具缠绕，形成轴套，结果是纤维绕轴套圆周向延伸。视需要，可螺旋状缠绕纱线，以便纤维在圆周向和纵向两个方向上延伸。
或者，可以以织造织物或非织造片材如针刺毡形式提供纤维材料，在前一情况下，纤维将在圆周向和纵向两个方向上延伸，在后一情况下，纤维将在圆周向、径向和纵向上延伸。
热固性树脂优选酚醛基树脂，但也可以是聚酯基树脂或环氧基树脂。
外层16的纤维材料占外层重量的15％-80％，和优选约70％。热固性树脂占外层重量的20％-60％，和优选约30％。
外层16可包括填料材料，例如陶土、白垩或白云石。填料材料可占外层重量的0％-65％，和优选0％-30％。
内层14的厚度通常为5mm-15mm，和优选约10mm。外层16的厚度通常大于30mm，最多80mm或更大。在与增强纤维层压材料或线圈(winding)相垂直的方向上，内层在水中的溶胀度通常为0.5％至1.5％，而在同一方向上，外层在水中的溶胀度小于0.5％，和优选小于0.2％。
例如，在内层厚度为10mm和溶胀度为1％，和外层厚度为50mm和溶胀度为0.1％的500mm轴承的情况下，轴套在水中的厚度仅仅增加0.15mm。500mm轴要求约0.9mm的最小运转间隙，和这仅需要增加到约1.4mm，以适应轴承任何可能的溶胀。
以下给出了内层和外层组成的一些实例。
| 内层 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 增强纤维树脂填料润滑剂 | 55％45％0％0％ | 35％35％30％0％ | 35％35％20％10％ |
| 外层 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 增强纤维 | 70％ | 35％ | 40％ |
| 树脂填料 | 30％0％ | 35％30％ | 30％30％ |
应当理解，还包括其它组成。
尽管内层和外层可使用不同的树脂材料，但那些材料优选彼此相类似或至少相容。这允许两种材料同时固化，从而在两层之间提供改进的粘接和提供高的层间剪切强度。
Claims (36)
1.一种传动轴轴承，它包括基本上为圆筒形的轴套，所述轴套的结构包括内层和围绕该内层的外层，内层由包括热固性树脂的轴承材料制造，外层由包括热固性树脂的材料制造，并且外层在水中具有比轴承材料低的溶胀度。
2.权利要求1的传动轴轴承，其中内层包括热固性树脂和增强材料。
3.权利要求2的传动轴轴承，其中增强材料包括选自来源于种子和树内皮的植物纤维素纤维、纤维素粘胶纤维、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、芳族聚酰胺、聚苯并噁唑、PTFE纤维和碳纤维的纤维材料，或两种或多种这些纤维的共混物。
4.权利要求3的传动轴轴承，其中纤维材料包括40％-100％的芳族聚酰胺纤维、0％-30％的纤维素纤维和0％-50％的聚丙烯腈纤维的共混物。
5.权利要求3的传动轴轴承，其中纤维材料包括玻璃纤维。
6.权利要求3的传动轴轴承，其中纤维材料包括纱线、织造织物或非织造片材。
7.权利要求2的传动轴轴承，其中增强材料占内层重量的15％-60％。
8.权利要求2的传动轴轴承，其中增强材料占内层重量的30％-60％。
9.权利要求2的传动轴轴承，其中热固性树脂包括酚醛基树脂、聚酯基树脂或环氧基树脂。
10.权利要求2的传动轴轴承，其中热固性树脂占内层重量的25％-60％。
11.权利要求2的传动轴轴承，其中热固性树脂占内层重量的30％-50％。
12.权利要求1的传动轴轴承，其中内层包括填料材料。
13.权利要求12的传动轴轴承，其中填料材料占内层重量的0％-65％。
14.权利要求12的传动轴轴承，其中填料材料占内层重量的0％-30％。
15.权利要求1的传动轴轴承，其中内层包括润滑剂材料。
16.权利要求15的传动轴轴承，其中润滑剂材料占内层重量的0％-35％。
17.权利要求15的传动轴轴承，其中润滑剂材料占内层重量的10％-15％。
18.权利要求1的传动轴轴承，其中内层在水中的溶胀度为0.5％至1.5％。
19.权利要求1的传动轴轴承，其中内层的厚度为5mm-15mm。
20.权利要求1的传动轴轴承，其中内层的厚度为10mm。
21.权利要求1的传动轴轴承，其中外层包括热固性树脂和增强材料。
22.权利要求21的传动轴轴承，其中外层的增强材料包括选自玻璃纤维、碳纤维、来源于种子和树内皮的植物纤维素纤维、纤维素粘胶纤维、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、芳族聚酰胺、聚苯并噁唑的纤维材料，或两种或多种这些纤维的共混物。
23.权利要求22的传动轴轴承，其中外层的纤维材料包括40％-100％的玻璃纤维、0％-30％的纤维素纤维0％-50％的聚丙烯腈纤维的共混物。
24.权利要求22的传动轴轴承，其中外层的纤维材料包括纱线、织造织物或非织造片材。
25.权利要求21的传动轴轴承，其中外层的纤维材料占外层重量的15％-80％。
26.权利要求21的传动轴轴承，其中外层的纤维材料占外层重量的70％。
27.权利要求21的传动轴轴承，其中外层的热固性树脂包括酚醛基树脂、聚酯基树脂或环氧基树脂。
28.权利要求21的传动轴轴承，其中热固性树脂占外层重量的20％-60％。
29.权利要求21的传动轴轴承，其中热固性树脂占外层重量的30％。
30.权利要求1的传动轴轴承，其中外层包括填料材料。
31.权利要求30的传动轴轴承，其中填料材料占外层重量的0％-65％。
32.权利要求31的传动轴轴承，其中填料材料占外层重量的0％-30％。
33.权利要求1的传动轴轴承，其中外层在水中的溶胀度小于0.5％。
34.权利要求1的传动轴轴承，其中外层在水中的溶胀度小于0.2％。
35.权利要求1的传动轴轴承，其中外层的厚度为30mm-80mm。
36.权利要求1的传动轴轴承，其包括油、水或二元醇基液体润滑剂。
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