NO742014L

NO742014L -

Info

Publication number: NO742014L
Application number: NO742014A
Authority: NO
Inventors: Y Nakano; H Nakamura; T Fujita; K Nakamura; M Higo
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Ind
Priority date: 1974-01-18
Filing date: 1974-06-04
Publication date: 1975-08-11
Also published as: DE2427065A1; US3971606A; JPS554964B2; DK293574A; SE7407085L; FR2258560A1; JPS50101749A; BR7404599A; AU6974474A; SE398776B; GB1486441A; NL7407472A; IT1014755B; ES426990A1

Description

Vannsmurt lager

Den foreliggende oppfinnelse angår et vannsmurt lager som må tåle så stor belastning at PV-verdien må tas i betraktning under konstruk-sjonen, og som spesielt benyttes under slike forhold at der forekommer dårlig kontakt i lageret som følge av den dynamiske utbøyning og/eller svingning av en rotasjonsaksel som roterer under store og vekslende

belastninger, og/eller ;som følge av. unøyaktig oppretting av akselen. Den foreliggende oppfinnelse kan finne utstrakt anvendelse for bærelagre og aksiallagre som smøres med vann, f.eks. propellhylse-lagre, støttelagre for skipsfremdriftsmaskineri, lagre for rorstammer, lagre for mudringsskjæreinnretninger samt aksellagre for forskjellige vann-hjul og pumper.

Som det er vel. kjent på dette område, benyttes i dag i f.eks.

de fleste store handelsskip propellhylse-lagre som er foret med hvitt-

metall og smurt av et oljebad istedenfor de konvensjonelle vannsmurte propellhylse-lagre, idet disses ytelse er dårlig. Da den:tillatte spesifikke belastning av de konvensjonelle vannsmurte propellhylse-lagre er forholdsvis lavere, er bruken av dem i dag bare tillatt for mindre typer skip. Ved de nevnte propellhylsé-lagre av oljebadtypen eksisterer der imidlertid et annet problem, idet der for disse lagre må tilpasses utenbordsc.akséltetninger som består av en meget sammensatt mekanisme. Hvis der oppstår problemer, kan disse utenbords , akseltetninger for propellhylse-lagrene av oljebadtypen vanskelig repareres i sjøen, noe som medfører store tap i forb&ndelse med ekstra, liggetid. I motsetning til ved lagre av oljebadtypen er bruken av

utenbords akseltetninger med fordel eliminert ved vannsmurte lagre.

Generelt er vannsmurte lagre nylig blitt tatt i bruk under megét krevende forhold, noe som synes å vise at der har vært et stort behov for forbedring av lagrenes ytelse slik at deres anvendelsesområde kan utvides og større pålitelighet, lengre levetid og også en liten støt,-reise av lagrene«oppnås.

Den foreliggende oppfinnelse ble gjort for å imøtekomme disse

krav.

Fig. 1 er et skjematisk snitt av et vannsmurt lager i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er et diagram som viser fordelingen av den lokale lagerpåkjenning i lengderetningen i tilfellet av et propellhylse-lager. Fig. 3 er et diagram som viser forholdet mellom kritisk hastighet for sidevibråsjoner og elastisiteten av.lagerelementet i tilfellet av et propellhylse-lager. Fig. 4-9 er snitt langs linjen j£-X på fig. 1 og viser forskjellige utførelsesformer av det vannsmurte lager ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 10 er et skjematisk snitt av et kjent vannsmurt lager.

På fig. 10, som viser et konvensjonelt vannsmurt lager, betegner henvisningstall.1 et lagerbæreorgan, 2 en bøssing, 3 et lagerorgan,

4 en hylse og 5 en roterende aksel som hylsen 4 er fastkrympét på, og

som roterer med denne. Kjølevann strømmer i den retning som er vist ved piler. På grunn av dårlig anlegg mellom hylsen 4 og lagerorganet 3, forårsaket av bøyning, svingning eller unøyaktig oppretting av akselen 5, vil i" en slik lageranordning usedvanlig store lokale lagerbelastninger bygge seg opp og således resultere i fastbrenning (eller unormal slitasje) av lagerorganet 3 og hylsen 4.

Under dé ovennevnte forhold har a) pokkenholt, b) feno1Kbandinger og c) gummi vært brukt som materiale for lagerorganet 3 i vannsmurte lagre som må bære en tung og vekslende last, bg i hvilket akselen dreier seg med en relativ stor periferihastighet.

Erfaringer viser at lagre av pokkenholt oppviser følgende ulem<p>er: 1) Da elastisiteten for pokkenholt er dårlig, vil en usedvanlig s,tor °PPby<-?nin9 av lokal lagerbelastning ha en tendens til å forekomme megét ofte på grunn av lagerets dårlige kontakt, noe som resulterer i C\ .. unormal slitasje, og dessuten vil kavitasjon også ha en tendens til å forekomme på de partier av lagerflaten hvor periodevis en svak løfting av rotasjonsakselen forekommer på grunn av den dynamiske akselutbøyning og/eller svingevirkningen, slik at nedbrytningen av akselhylsen og K lageret øker. 2) Da pokkenholt er et naturlig tremateriale, er tilførselen begren-\ set,og dessuten kan kvaliteten forringes.

I tilfelle^) av lagre som omfatter fenolblandinger, er forholdene følgende: 1) Motstanden av f enolblandinger overfor slitasgye er utmerket, men fastbrenning kan forekomme, og også på grunn av deres manglende elastisitet vil også den lokale spesifikke lagerbelastning bygge seg opp til usedvanlig.store verdier med resulterende fastbrenning og kavita-s j onsnedbrytning. 2) Da fenolblandinger er varmeherdende og derfor har en fremragende motstand mot varme, vil bare et tynt lag av lagerflaten forkulles i tilfellet av fastbrenning, slik at skader på.lagerelementet er meget små. Imidlertid vil temperaturen i et slikt tilfelle bli usedvanlig høy, slik at desto større skader, f.eks. sprekker, vil oppstå på akselhylsen.

I tilfelle av gummilagre er forholdene følgende:

1) Motstanden hos gummi overfor varme er dårlig.^) Ved utilstrekkelig .vannkjøling fulgt av økende utvikling av friksjonsvarme, vil derfor en fullstendig ødeleggelse av lagerorganet lett kunne inntreffe. 2) En stor spesifikk lagerpåkjenning kan ikke tillates, og gummilagrene kan således ikke gjøres små. 3) Gummilagrene har en tendens til å frembringe heft/glide-friksjons-betingelser som resulterer i (gjtøy når akselens omdreiningshastighet

er lav.

Som beskrevet ovenfor er de konvensjonelle vannsmurte lagre be-heftet med visse ulemper eller problemer avhengig av utformningen og kan ikke oppvise de høyere ytelser som det nylig er blitt behov for

ved vannsmurte lagre.

Den foreliggende oppfinnelse ble gjort for å forbedre lagerytelsen under hensyntagen til de ovennevnte problemer ved konvensjonelle vannsmurte lagre. Oppfinnelsen vil fremgå av den følgende be-skrivelse av noen foretrukne utførelseseksempler under henvisning til tegningen.

På fig. 1 er en foring 3^ ve<^ hjelp av et passende klebemiddel bundet til et elastisk lagerelement 3^, f.eks. et elastomert element som på sin side er bundet til innerveggen av en bøssing 2 innpasset i et lagerbæreorgan 1. Der fremkommer således ét sammensatt lagerorgan 3. Foringen 32inå ikke være stivere enn at den kan følge de elastiske deformasjoner av det elastiske lagerelement 3^ og. må være laget av et slikt materiale som tilintetgjøres av seg selv i tilfellet av fastbrenning, dersom dette skulle forekomme, for at ikke temperaturen i lagerorganet 3 skal stige så meget at der forårsakes overflatefeil, f .eks. sprekker, i hylsen 4. For oppnåelse av tilfredsstillende lagerflateegenskaper velges derfor som materiale for foringen 32en syntetisk harpiksforbindelse med en termoplastisi^et som f.eks. tetrafluoreten, polyamid, polyeten eller polyacetal eller et materiale som inneholder slike harpikser, som utgangsmateriale, idet det blandes med et passende fyllstoff i form av fibre eller pulver, f.eks. karbon, grafitt, glass, bronse eller molybdendisulfid. I motsetning til ved konvensjonelle lagre med fenolholdige materialer vil det sammensatte lagerorgan 3 i lageret ifølge den foreliggende oppfinnelse være avskåret fra en temperaturstigning til et unormalt høyt nivå i tilfelle av fastbrenning, slik at alvorlig skade på akselen heller akselhylsen med sikkerhet kan forhindres. Da foringen 32er laget av de materialer som er beskrevet ovenfor, og som kan være forholdsvis vJarmefaste i forhold til pokkenholt og gummi og ha tilfredsstillende selvsmørende egenskaper, oppnås der dessuten utmerkede lagerflateegenskaper mot fastbrenning.

Lagerelementet 3-^ har dessuten en slik pasgancfce, gitt elastisitet at lagerflaten av foringen 32effektivt Flindres i å utsettes for urime-lige store lokale spesifikke lagerpåkjenninger som følge av dårlig anlegg i lageret forårsaket av bøyning, svingning, sideveis forskyvning eller unøyaktig oppretting av akselen 5. Det er viktig at det elastiske lagerelement 3-^velges moderat elastisk, dvs. ikke er altffor elastisk. I et altfor elastisk lager vil nemlig den kritiske omdreiningshastighet for sidesvingninger av akselen bli senket betraktelig og vanligvis medføre uønskede tendenser i forbindelse med den nominelle hastighet for akselen, samtidig som sentreringen av lageret vil være vanskelig å fastsette. Dette vil bli beskrevet i detalj i det følgende i forbindelse med propellhylse-lagre.

På fig. 2 og 3 angir bokstavene A, B, C og D karakteristikkene for henholdsvis et konvensjonelt pokkenholt- (eller fenol-) lager, et lager som f.eks. benytter tetrafluoreten blandet med karbonfiber som fyllstoff istedenfor pokkenholt, et lager ifølge den foreliggende oppfinnelse med det samme materiale som for B i foringen 32og et konvensjonelt gummilager. Som det tydelig fremgår av fig. 2, vil forekomsten av de usedvanlig store lokale spesifikke lagerpåkjenninger på grunn av dårlig anlegg forårsaket av f.eks. bøyningen av akselen 5 i lageret C i henhold til den foreliggende oppfinnelse være tilstrekke-lig undertrykket sammenlignet med pokkenholt- (eller fenol-) lageret A og tetrafluoréten-lageret B, idet den spesifikke belastning er hovedsakelig jevn på samme måte som for gummilageret D. Som det fremgår av fig. 3, er den kritiske hastighet av sidesvingningene for lageret C ifølge den foreliggende oppfinnelse hovedsakelig lik de for pokkenholt- (eller fenol-) lageret A og tetrafluoreten-lageret B, mens de farlige svingninger forekommer i det nominelle hastighetsområde når det gjelder gummilageret D.

Under henvisning til fig. 4-9 vil forskjellige utførelsesformer av lagrene ifølge oppfinnelsen bli beskrevet i det følgende.

I den første utførelsesf orm, som er vist på fig. 4, er der i Z •:—» lengderetningen i innerflaten av foringen 32 dannet en flerhet av smørespor 3^, til gjennomstrømning av vann. Alle eller noen av smøre-sporene 3g strekker seg inn i eller inn til det elastiske lagerelement 3^, slik at smøresporene 3^avgrenser de frie flater av det elastiske lagerelement 3-^ og deler foringen 32i adskilte avsnitt f or effektivt. å tillate den elastiske deformasjon av det sammensatte lagerorgan 3.

En annen utførelsesform, som er vist på fig. 5, har hovedsakelig den samme oppbygning som utførelsesformen på fig. 4 med unntagelse av at det elastiske lagerelement 3^også er oppdelt i avsnitt i r lengderetningen. LagerÉégmentene, som hvert omfatter det i avsnitt oppdelte elastiske lagerelement foret med den oppdelte foring, dekker tilsammen innerflaten av bøssingen 2 og holdes fast i stilling ved forankring av holdeplater 34til bøssingen 2„ved settskruer eller lignende. Denne annen utførelsesform har derfor den fordel at fremstillingen såvel som demontering eg montering av lageret lettes vesentlig.

Den tredje utførelsesform, som er vist på fig. 6, er i oppbygning hovedsakelig lik den anne^n utførelsesform på fig. 5, med unntagelse av at lageravsnittene, som omfatter det i avsnitt oppdelte lagerelement foret med foringen, holdes i stilling på bøssingen ved hjelp av svalehaleforbindelser. Nærmere bestemt er der i lengderetningen i inner-fjjåfcen av bøssingen 2 tildannet like mange svalehalespor 3^ som der er lageravsnitt eller -segmenter, og motsvarende svalehaleribber på de elastiske lageravsnitt eller -segmenter 31er satt inn i svalehale-sporjene 3^. Lageravsnittene eller -segmentene kan derfor holdes sikrere i stilling enn ved den annen utførelsesform. Siden formen og dimensjonene av svalehaleforbindelsene kan standardiseres, kan fremstilling og fornyet montasje av de sammensatte lagre 3 lettes vesentlig, med medfølgende reduksjon i installasjons- og reparasjonsomkostninger. Da det elastiske lagerelement 3^er laget av et elastisk materiale, kan lageravsnittene eller -segmentene lett passes inn i de motsvarende svalehalespor 3i bøssingen 2, og det er ikke påkrevet å maskinere svalehalesporene med en høy grad av nøyaktighet.

Den fjerde utførelsesform, som er vist på fig. 7, er en modifika-sjon av den tredje utførelsesform på fig. 6. En kjerne 3g er innleiret i det elastiske lagerelement 3^, slik at dette kan hindres i å bøyes eller vris når lagersegmentene eller -avsnittene fremstilles, monteres eller demontéres. En slik kjerne kan også anvendes ved den annen ut-førelsesform. Dessuten er der i den flate av svalehaleribben på lagersegmentet eller avsnittet som berører bunnen av svalehalesporet 3^i bøssings# (2,dannet en eller flere uttagninger 3^, slik at elastisiteten av det elastiske lagerelement 3^kan justeres passende. Slike uttagninger kan også anvendes i overflaten av lagersegmentet aller -avsnittet ved den tredje utførelsesform eller i den overflate som ligger an mot den innvendige flate av bøssingen 2 ved den annen utførelsesform.

En femte.utførelsesform, som er vist på fig. 8, er i oppbygning hovedsakelig lik den tredje utførelsesform på fig. 6, bortsett fra at svalehaleribben 3^ på lageravsnittet eller -segmentet består av et stivt element 3g som er sikkert bundet til det elastiske lagerelement 3 med f.eks. et klebemiddel erler på annen passende måte og er laget av stivt'materiale, f.eks. metall eller en fenolforbindelse. Lagersegmentene eller -avsnittene kan derfor forankres.sikrere til bøssingen 2, og deformasjonen av lagersegmentene eller -avsnittene kan forhindres under fremstilling, demontering og fornyet sammenstilling.

Den sjette utførelsesform, som er vist på fig. 9, er i oppbygning hovedsakelig låk; den femte utførelsesform på fig. 8, med unntagelse av at en eller flere uttagninger©r anordnet i en eller begge side-flater av svalehaleribben på det stive element 3g (og/eller i hver sidevegg av svalehalesporet i bøssingen 2) og elastomere holdeelementer 3g er passet inn i og fast bundet til uttagningene med et passende klebemiddel. Seiv når det stive element 3g er løsere innpasset i det motsvarende svalehalesposr3^enn hva som er tilfellet i den femte utførelsesform, vil derfor lagersegmentet eller -avsnittet bli fast forankret i stilling ved hjelp av de elastomere holdeelementer 3^.

Den sjette utførelsesform har således den fordel at monteringen eller demonteringen av lagersegmentene eller -avsnittene kan gjøres enda lettere, og at det ikke er nødvendig å maskinere svalehaleforbindelsene med en større grad av nøyaktighet.

Hittil er den foreliggende oppfinnelse blitt beskrevet i forbindelse med bærelagre, men det skal forstås at den også kan anvendes ved andre lagre, f.eks. aksiallagre, som kan oppfattes som et spesial-tilfelle av de ovenfor.™ beskrevne lagre, når diameteren på akselen 5 er uendelig. Dessuten vil den foreliggende oppfinnelse også kunne anvendes for lagre som smøres i slike væsker som ligner vann eller sjøvann, f.eks. i en oppløsning inneholdende oppløselige stoffer som tjener til bortledning av varme som utvikles i lagerf låtene,^ og gir smøringseffekt for lagerflåtene, som vanligvis er i en tilstand av grense&møring. Dessuten skal det forstås at man kan foreta forskjellige modifikasjoner uten å gå ut over den foreliggendeooppfinnelses idé.

Lagre som er innrettet til å benyttes i vann eller lignende ifølge den foreliggende oppfinnelse, har således følgende fordeler, som hovedsakelig tilveiebringes ved bruk av det sammensatte lagerorgan og kan realiseres i forskjellige utførelsesformer: 1) Når foringen er laget av en termoplastisk istedenfor en herdende harpiksforbindelse kan den slites ut på en sikker måte og ikke slik at akselen eller hylsen ødelegges selv om fastbrenning av lageret sfc&lle forekomme. Utskiftning av et utslitt lager kan utføres lett og øko-nomisk. 2) En termoplastisk harpiks som danner foringenykan velges slik at den selv har selvsmørende egenskaper eller gis forbedrede selvsmørende egenskaper ved blanding med et eller flere passende fyllstoffer og også har en høyere varmefasthet enn gummi eller pokkenholt. Derfor er forekomsten av fast^enning) som vanligvis initieres lokalt meget ^godt^) forhindret, slik at foringen får en bedre lagerflateytelse for større påkjenninger. 3) Når den elastiske bæreevne av det sammensatte lagerorgan effektivt (t^lveTe^rin^^^å^" J7ved at det elastiske lagerelement^cjis . en passende elastisitet, f.eks. ved bruk av et ^elastomert-materiale, J ^og. ved -"at låringen har" mJndre VtTvhét på grtfrin _av~de 'iboende 'egen-'" '"J, skaper for den. termoplastiske harpiks, noe som tillater den å følge den elastiske deformasjon av det elastiske lagerelement, samt også ved at der foreligger smørespor, som ikke bare tjener til smøring av lageret,, men også mer effektivt tillater elastisk deformasjon av det sammensatte lagerorgan, idet smøresporene avgrenser de frie deformasjonsflater for det elastiske lagerelement og deler foringen i adskilte avsnitt som om de svevet fritt på det elastiske lagerelement, vil de usedvanlig store lokale lagerbelastninger som bygger seg opp på grunn av dårlig anlegg, lett kunne forhindres, og en jevn fordeling av lagerbelastningen kan også sikres; Dessuten vil faren for kavitasjonsnedbrytning elimi-neres . 4) Da den forbedrede lagerflate-egenskap av foringen, som beskrevet under punkt 2, og den.jevne fordeling av lagerbelastningen oppnådd ved det sammensatte lagerorgan som beskrevet under punkt 3, virker multi-plikativt til forbedring av lagerytelsen, vil bæreevnen kunne økes betraktelig, slik at anvendelsesområdet kan utvides til større lagerbelastninger, samtidig som der oppnås ikke bare en lengre levetid for lageret, men også en større pålitelighet. Som et resultat kan dessuten lengden av lagrene reduseres, slik at de kan gjøres kompakte og økono-miske. Når lagerlengden reduseres, kan faren for usedvanlig store lokale oppbygninger av spesifikke belastninger reduseres ytterligere. 5) Da det elastiske lagerelement ikke skal tjene som lagerflate, kan der velges et hvilket som helst passende materiale med en Youngs modul (eller gummihardhet) og form valgt i henhold til funksjonen som bæreorgan. Elastisiteten for det elastiske lagerelement kan velges slik at oppbygningen av usedvanlig store, lokaibe spesifikke belastninger på grunn av dårlig anlegg kan forhindres og reduksjonen i resonansfrek-vens for sidesvingningene eller turtallet av rotasjonsakselen kan neglisjeres. 6) Siden lagermaterlalet i motsetning til et pokkenholtlager ikke er naturlig, men syntetisk, er der ingen fare for at kvaliteten av lagrene blir ufordelaktig påvirket ved knapphet på naturlige ressurser. Lagermaterialer med jevn kvalitet kan produseres ved passende kvalitets-kontroll- teknikk. 7) Når foringen er laget av en slik tetrafluoreten-forbindelse at dens maksimale heftfriksjonskoeffisient blir mindre enn glidefriksjons-koeffisienten, vil muligheten for heft/glide-friksjonsforhold, som ofte foreligger ved gummilagre ved lave hastigheter, være utelukket. En slik foring passer derfor best til bruk i lagre i orlogsskip hvor frem-bringelse av støy må reduseres til et minimum.

Claims

1. Vannsmurt lager, karakterisert ved at et sammensatt lagerorgan som innbefatter et elastisk lagerelement foret med en termoplastisk harpiks, er forankret til den innvendige vegg av en bøssing montert i et bæreorgan.

2. Lager som angitt i krav 1, karakterisert ved at det omfatter en flerhet av smørespor av hvilke i det minste noen har en slik form at de i dybden strekker seg inn til eller inn i det elastiske lagerelement, idet sporene er dannet i lengderetningen i innerflaten av det sammensatte lagerorgan.

3. Lager som angitt i krav 2, karakterisert ved at det elastiske lagerelement i lengderetningen er oppdelt i avsnitt langs smøresporene.

4. Lager som angitt i krav 3, karakterisert ved en kjernedel som er omsluttet av hver av de elastiske lagerelement-segmenter eller -avsnitt.

5. Lager som angitt i krav 3, karakterisert ved at flatene av hvert av de elastiske lagerelement-segmenter eller -avsnitt som berører innerflaten av bøssingen, har en eller flere uttagninger med passende form.

6. Lager som angitt i krav 4, karakterisert ved at flaten av hvert av de elastiske lagerelement-segmenter eller -avsnitt som berører innerflaten av bøssingen, har en eller flere uttagninger med passende form.

7. Lager som angitt i krav 3, karakterisert ved at de elastiske lagerelement-segmenter eller -avsnitt er forankret til bøs-singen ved svalehaleforbindelser.

8. Lager som angitt i krav 7, karakterisert ved at kjernedelen er omsluttet av hvert av de elastiske lagerelement-segmenter eller -avsnitt.

9. Lager som angitt i krav 7, karakterisert ved at flaten av hvert av de elastiske lagerelement-segmenter eller -avsnitt som berører bunnen av motsvarende svalehalespor utformet i bøssingen, har en eller flere uttagninger av passende form.

10. Lager som angitt i krav 8, karakterisert ved at f&åten av hvert av de elastiske lagerelement-segmenter eller -avsnitt som berører bunnen av de motsvarende svalehalespor utformet i bøssingen hafaearéller flere uttagninger med passende form.

11. Lager som angitt i krav 7, karakterisert ved at de partier av hvert av de elastiske lagerelement-segmenter eller -avsnitt som skal passe inn i motsvarende svalehalespor uttatt i bøssingen, er laget av et stivt materiale.

12. Lager som angitt i krav 11, karakterisert ved at en eller flere uttagninger er tildannet i hver av eller begge side-vegger i svalehalesporet i bø ssingen og/eller hver side av de svale-haleformede partier av det stive materiale, og at et eller flere elastomere holdeelementer er passet inn i uttagningen eller uttagningene