TW587046B - Propeller shaft bearing - Google Patents
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Description
587046 ⑴ 玖、發明說明. (發明說明應敘明:發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 本發明係有關於使用於航海船隻之一螺旋槳軸之轴承; 更特別的是,本發明並不僅限於船隻。 多數現代之軍監及商船具有推進系統,此種系統使用至 少一位於舷内之引擎經由某形式之軸來驅動一外部之螺旋 槳。 取決於船隻之大小及所需之性能,引擎之動力須求、螺 旋槳之大小及數量與螺旋槳之軸之大小及數量可被計算 出。為了將動力由該引擎傳送至該螺旋槳,每一軸被支撐 於一軸承系統之内。以軸承支禮該軸之位於尾部之内部結 構被稱為’’船尾管'’。該螺旋槳軸可被額外之位於船身之外 的托架所支撐,而額外之軸承系統則被安裝於船身。就此 應用而言,這些轴之直徑至少為150 mm,而壁之厚度至少 應為15 mm。 在傳統上,此轴之支撐軸承基於,’白色金屬/油潤滑’’系 統,雖然’’非金屬/水潤滑’’系統亦被使用(主要用於軍艦)。 在油潤滑系統中,具有一封密系統。這密封具有二個功 能:其一乃防止潤滑油之喪失’而此油乃該轴及袖承所須’ 其二乃防止水之進入該船尾管。 人們大概都接受此理論:油密封(oil seals)易受水含有之 物質之損害。在一些狀沉之下’此損害可使油流失或使水 之進入,品水之進入亦會損害該軸承。 對於白色金屬之軸承來說,油之流失可導致過高之升 溫,此可使該軸及軸承產生無法修復之損害。同樣地’水 (2)587046 之進入對該 無法修復之損害 除了此,,白色金屬/油潤滑手絲…从 月系統,,(外,另一可替代之道乃 承/油潤π系統’’。使用於此類應用之非金屬之 一典型例子係經由石棉,㈣ 軸承材料:Raiko公司所生產夕 王座〈"WA80H”。此非金屬之經由 石棉纖維所加強之驗樹脂之紅 、 何細 < 輪承具有對於潤滑油之流失及 水之進入有較高之耐受度。 上,非金屬之u圣』f 表如此地被製造:具有相同於白 承軸之設計,於是 發明說钥續貰 潤滑系統可造店招+ ^ -- 成知害且可導致該軸及軸承產生 損害。 非金屬之轴 軸承材料之 1之外,另一可替代之道乃 .....1定用於此類應用之非金屬之 典型例子係經由石棉纖維所加強之酉分樹脂之 iko公司所生途+ __________ ^ ^ 在傳統 表如此地被製造:具有相同龙 色金屬之承軸之設計,於县 於疋可取代金屬之軸承。然而,對 於非金屬之軸承來說,在& 斗μ ± Ρ又冲時,必須有一額外之步騾: 叶鼻轴與軸承之間之運 庐韭入泛 1隙。此額外之計算乃為了要順 鲈士、 Λ水中 < 膨脹係數,於是亦就導致一 子乂又 < 運轉間隙。 肩非金屬之軸承材料 、 上士戶命 7脹程度係取決於該軸承之徑向 上〜厗度且可能有丨5%。 轉間隙。一七、 。 疋,可能必須提供1至3 mm之運 位移,於θ 運轉間隙可允許該轴作過量之徑向上之 於疋可導致該軸承之麾枫、@ + 本發明乏—0 $又摩擦之增加及溫度之升高。 < 目的偉要1« 夠減輕上述數個缺殊如此之一螺旋槳轴之轴承:能 本發明提供如此之:至少—些缺點。 大致呈圓柱形之套技#螺旋槳軸之轴承,此轴承包含— -外層,該内層係二該套管具有一内層及環繞該内層之 性樹脂,而該外展“軸承材料所構成’該材料包含熱固 “系由如此之材料所構成:包含—熱固性 587046 Ο) ,該外層之在水中之膨脹作 一^^ 數係低於該軸承材料之膨 樹脂 脹係數。 本發明之軸承可用來直接地取代現存之金屬的 的軸承。彡内層可提供所須之磨耗特性及低摩擦特性二屬 外層支撐該内層且具有低的的膨脹係數, σ 。琢 、疋大巾gl 減少該軸承之整體之膨脹之量。於是 ^ 、疋,该軸承可被製、生 提供一較小之運轉間隙,於是可減少過量之徑向上之绝而 且可避免該軸承之過量之摩檫及升溫。 〈乜移 該内層包含一熱固性樹脂及一加強材料。 丨 一物質之知 合提供所須之軸承特性且可耐受潤滑劑 ' ^ "丨L失及水舞於 潤滑劑之污染。 、Μ 該加強材料可包含一纖維材料,此姑姐7丄 此材科可由下列材料所 組成之群組中選出:蔬菜纖維素纖維(取得 、 亍及内皮_ 維)、黏膠纖維、聚酯、聚醯胺、聚丙烯主_ 、 冲如、方族聚醯胺、 聚苯甲酸也、PTFE纖維、碳纖維及二 飞夕種〈上逑纖唯 之混合物。取好,該纖維材料包含如此 、、曰 ' 合物:佔40% 至100%之對-芳族聚醯胺纖維、佔〇%至3 〇 、 <減維素纖維及 佔0%至5 0%之聚丙烯腈纖維。此組合已被 兄具有相當好 之性能。此纖維材料亦可包含一少量之 、、 、 人两纖維,以辦力 Μ層之強度及產生一磨光效應於該軸。 曰口 該纖維材料包括一紗、-織物或-非織製板片,而.. 料紗、且特別係-充滿樹脂之紗。該加強材 重量百分…為―之重 (4) 發明說明續買 該熱固性樹脂可包 —酚基樹脂、一聚酯基樹脂或一環 氧基樹脂且最好係一S令it Μ - 基樹月曰。该具熱固性樹脂可佔該内 層之2 5 %至6 0 %之重量百分 分比)。 比(最好為3 〇 %至5 〇 %之重量百 3内層可包纟i真充材料。該填充材料可佔該内層之 至65%必重1百分比(最好為〇%至3〇%之重量百分比)。該内 層亦可包含一潤滑材料。該潤滑材料可佔該内層之〇%至 35%之重量百分比(最好為1〇%至15%之重量百分比)。 琢外層可包含一熱固性樹脂及一加強材料。 该外層之加強材料可包含一纖維材料,該材料可由下列 材料所組成之群組中選出:玻璃纖維、碳纖維、蔬菜纖維 素纖維(取得於種子及内皮纖維)、黏膠纖維、聚酯、聚醯 胺、4丙歸腈、芳族聚酿胺、聚苯甲酸峻(p〇lybenzoxyzole) 及二種或多種之上述纖維之混合物。最妤,該外層之纖維 材料包含如此之一混合物:佔4〇%至1〇〇%之玻璃纖維、佔 0 %至3 0 %之纖維素纖維及佔〇 %至5 〇 %之聚丙嫜腈纖維。 該外層之纖維材料可包括一紗、一織物或一非織製板 片,而該材料最好係一紗。 該外層之纖維材料佔該外層之40%至100%之重量百分比 (最好為大約70%之重量百分比)。 該外層之熱固性樹脂包括一酚基樹脂、/聚醋基树脂或 一環氧基樹脂,而該熱固性樹脂最好係一酚基樹脂°孩熱 固性樹脂佔該外層之20%至60%之重量百分比(最好為大約 3 0 %之重量百分比)。 (5) (5) 3δ/ϋ4ϋ 該外層可包含一填充材料。該填充材料佔該 65。/。之重量百分比(最#為〇%至3〇%之重量百分比)。 内層之在水中〈膨脹係數係在〇 5%至I”。之間。該外層 (在水中之膨脹係數係小於G 5%、且最好係小於〇篇。 該内層之厚度係在5 _至15 mm之間、且最好係、1〇職。 該外層之厚度可大於30 mm。 該螺旋槳軸之軸承包含一液態潤滑劑,&潤滑劑係油 基、水基或乙二醇基。 本發明之一實施例將參考後面所附之圖式來舉例說明如 下,其中: 圖1係一螺旋槳軸之軸承之一端視圖; 圖2係該軸承沿著圖1之IMI線之一侧剖面圖,及 圖3係該軸承沿著圖2之ΙΙΙ-ΠΙ線之一橫剖面圖。 本螺旋槳軸之軸承包括一大致呈圓柱形之套管2,在使用 時,該套管被裝配於一船之船尾管(未顯示)之内。該軸承 Z包含單一套管部分或多個套管部分。在顯示於附圖之該 實施例之中,該軸承被分隔為三個分開來之套管部分以、 2b、2c,該三部分相互毗鄰。該第一區段〜之外徑係稍大 於孩第二區段2b之外徑,而後者亦係稍大於該第三區段2c 之外徑。此乃為了要簡化該軸承被插入該船尾管之過程, 有了此簡化,於是就可有一高程度之緊密接合。 一大致呈圓柱形之内徑延伸而貫穿於該套管2,該内徑之 表面提供一軸承表面8給延伸而貫穿於其中之螺旋槳軸(未 碩不)。一弧形之油道1 0以切去部分之方式被提供於該軸承 -10- 587046 (6) 表面8之二侧,以允許一液態潤滑劑流過該軸承。對一具有 單一螺旋槳之船而言,該二油道1 〇通常以在正徑上對向之 方式而佈置,如該附圖所示。而對一具有雙螺旋槳之船而 吕’該二油道通常被佈置於較高之位置:在該套管之水平 直徑之上方約3〇。。該潤滑劑可為油基(〇il based)、水基或乙 一醇基(glycol based)。一軸榫道12被提供於該軸承之外表 面.i可與位於該船尾管之一軸榫相接合,在安裝時有助 於對齊且可阻止該軸承之旋轉。 該軸承之内徑可在150 mm至大於丨,⑻〇 mm之範圍。而其長 度通常係為其直徑之1.5至2.5倍。
及軸承具有一合成4構造··包含一内層丨4及環繞該内層 之一外層16。該内層14係由一非金屬之軸承材料所構成γ 該材料具有低摩擦力之特性;而該外層16係由—非金屬材 料所構成,該材料之膨脹特性(係數)係低於該轴承材料之 膨脹特性。 必門臂丨4炙种水材料包含一埶 、、 …Μ『玍树月曰及一加強材料, 該加強材料被包覆於該樹脂之内。 該加強材料包含一纖維材料 田下列材料所組 成中來k出··蔬菜纖維素纖維 』%裡卞及内皮_ 黏膠纖維、聚酯、聚醯胺、$丙雄腈、芳 A 万狹名醯胺、聚苯 甲 fe e (P〇lybenZ〇XyZ〇le)、pTFE纖維、 ^ 欠截维及二種式多錄 之上述纖維之混合物。例如,該纖維 〇 / 这抖 士的厶 “0/、、 f T J 5 有 40% 至 i〇〇〇/0 (取大约為65 /〇)〈對·芳族聚醯胺 〃、 、 ^ > Π°/5 Ί C\ 0/ i JCL· ΪΛ j 方夭聚月安纖 維、〇 /。至30/。(取好為大约18%)之纖維 不(黏I )纖維及0%至 -11 - ⑺ -----— 發明說明續買 5 0%(最好為大約17取 今输 氷丙烯腈(PAN)纖維。 3,義、、隹材料亦可包4 } 玻璃具有磨損效應, (乂、 %)〈坡璃纖維。雖然 哉們已發現包含一少曰、 . 有其優點’因為它可 〆κ玻璃纖維具 、、 $邊螺旋槳軸之表面磨决 該纖維材料最好 〇 无滿樹脂之紗之形式而祉處呤紗 被纏繞於一模子之φ r 式而供應,该、,'/ ^ ^ , 形成該套管,於是該等纖維在圓周 万向上延伸於該套管。 果有夂要,孩紗可以螺旋之方式 被纏繞,以使該等纖% 取、准可在0周万向上及縱向上延伸。
另一可替代之道為, 3緘維材科可以一織物之形式被提 供,該等纖維在圓周方向上及縱向上延伸;該纖維材料亦 可以-非織製板片之方式被提供,如一毛氈—叫,該 等纖維在圓周方向上、徑向上及縱向上延伸。 該加強材料佔該内層之15%至6〇%之重量百分比(最好為 30%至60%之重量百分比)。
該熱固性樹脂最好係一酚基(phenolic based)樹脂,例如甲 酉分基與甲路之縮合物。另一可替代之道為,一聚自旨其 (polyester based)樹脂或一環氧基(epoxy based)樹脂亦可被使 用。該樹脂大致佔該内層之25 %至60%之重量百分比(最好 為3 0%至5 0%之重量百分比)。 該内層1 4亦可包含一填充材料,例如瓷土、白堊或白雲 石。該填充材料通常佔該内層之0%至65%之重量百分比(最 好為0%至3 0%之重量百分比)。一填充材料之使用可減少該 軸承之成本,而不致大幅度地影響其性能。 該内層1 4可包含一潤滑材料,以減低该軸承與該螺旋槳 -12 - 587046 ⑻ 軸之間之摩擦力 PTFE或二石U匕I目 這材料可為一固態潤滑劑, 這材料亦可為一液態潤滑劑 發明詖明續W 例如石墨、 ,例如烴基 (hydrocarbon based)油、矽樹脂油或聚酯基油 常佔該内層之0 %至3 5 %之重量百分比(最好 重量百分比)。 。該潤滑材料通 為10%至15%之 該外層16包含-熱固性樹脂及—加強材料,該加強材料 被=覆於該樹脂之内。該加強材料包括—纖維材料,此材 料最好包含玻璃纖維’但也可包含碳纖维、蔬菜纖維素纖 維(取得於種子及内皮纖維)、黏膠纖維、聚酉旨、聚醯胺、 聚丙缔腈、對-芳族聚醯胺或間_芳族聚醯胺纖維、聚苯甲 T唑(P〇lybenzoxyzole)及二種或多種之上述纖維之混合物。 最好,該纖維材料包含一混合物,其係由4〇%至⑽%之坡 璃纖維、0%至30%之纖維素纖維及〇%至5〇%之$丙缔猜纖 維所組成。 綠I纖維材料最好具有一充滿樹脂之紗之形式,該紗被纏 \模子之中而形成泫套管,於是該等纖維在圓周方向 j延伸於該套管。如果有須要,該紗可以螺旋之方式被罐 九以使違等纖維可在圓周方向上及縱向上延伸。 σ曰代之道為,该纖維材料可以一織物之形式被提 供,涊寺纖維在圓周方向上及縱向上延伸;該纖維材料亦 可以一非織製板片之方式被提供,如一毛氈,該等纖維在 □周方向上、梭向上及縱向上延伸。 …、固性树脂最好係一酚基樹脂,但亦可為一聚酯基枵 脂或一環氧基樹脂。 “、 -13 - 587046 (9) 丨瞧麵 該外層16之纖維材料佔該外層之15%至80%之重量百分 比(最好為大約70%之重量百分比)。該熱固性樹脂佔該外層 之2 0%至6 0%之重量百分比(最好為大約30%之重量百分 比)。 該外層1 6可包含一填充材料’例如瓷:土、白堊或白雲石。 該填充材料可佔該外層之0%至65 %之重量百分比(最好為 0%至3 0%之重量百分比)。
該内層14通常具有5 mm至15 mm之一厚度(最好為大約1〇 mm)。該外層1 6通常具有大約30 mm(可高達80 mm或更厚)之 一厚度。在水中,該内層通常具有0.5%至1.5%之膨脹係數(於 垂直於該纖維疊層之方向或纏繞之方向上),而該外層具有 少於0.5%之膨脹係數(最好少於0.2%)於同一方向上。
例如,在 500 mm之軸承之例子中,内 層具有10 mm之厚 度 、内層之 膨 脹係數為1% ,外層具有50 mm之厚度、外層之 膨 脹係數為 0.1 %,在水中, 該套管之厚度> f堇會增加0.15 mm。 一 500 mm之 柏 承須要至少〇 .9 mm之運轉間 隙,而此間隙僅須 被 增加至大 約 1 ·4 mm,即可 順應該軸承之- 任何程度之膨脹。 該内層及 外 層之不同組成之一些例子被提供於下面: 内 層 第1例子 第2例子 第3例子 加 強纖維 55% 35% 35% 樹 脂 45% 35% 35% 填 料 - 0% 3 0% 20% 潤 滑劑 0% 0% 10% 14- 587046 (10) 碉镜,續買 外層 第1例子 第2例子 第 3例子 加強纖維 70% 35% 40% 樹脂 3 0% 35% 3 0% 填料 0% 3 0% 3 0% 我們可暸解到,其它之組成亦可被使用。
雖然不同之樹脂材料可被用於該内層及外層,這些材料 最好彼此類似或至少彼此相容。這可允許二材料可同時地 凝固,於是可提供改良之黏結於該二層之間且可提供較高 之疊層之間之抗剪強度。 圖式代表符號說明
2 套管 2a 、 2b 、 2c 三個套管部分 8 軸承表面 10 二個油道 12 軸榫道 14 内層 16 外層 -15 -
Claims (1)
- 587046 拾、申請專利範圍 1. 一種螺旋槳軸之軸承,包含一大致呈圓柱形之套管,該 套管具有一包括一内層及環繞該内層之一外層的結構, 該内層係由一軸承材料所構成,該材料包含一熱固性樹 月旨,而該外層係由一材料所構成,該材料包含一熱固性 樹脂,且在水中之膨脹係數係低於該軸承材料之膨脹係 數。 2. 根據申請專利範圍第1項之螺旋槳軸之軸承,其中該内 層包含一熱固性樹脂及一加強材料。 3. 根據申請專利範圍第2項之螺旋槳軸之軸承,其中該加 強材料包含一纖維材料,該材料可由下列材料所組成 之群組中選出:蔬菜纖維素纖維(取得於種子及内皮纖 維)、纖維素黏膠纖維、聚酯、聚醯胺、聚丙烯腈、芳 族聚醯胺、聚苯甲酸峡(polybenzoxyzole)、PTFE纖維、碳 纖維及二種或多種之上述纖維之混合物。4. 根據申請專利範圍第3項之螺旋槳軸之軸承,其中該纖 維材料包含一混合物,其係由佔40%至100%之芳族聚醯 胺纖維、佔0%至30%之纖維素纖維及佔0%至50%之聚丙 烯腈纖維所組成。 5. 根據申請專利範圍第3項之螺旋槳軸之軸承,其中該纖 維材料包含少量之玻璃纖維。 6. 根據申請專利範圍第3項之螺旋槳軸之軸承,其中該纖 維材料包含一紗、一織物或一非織製板片,而該材料 最好係一紗。 f讀專麫範國續1 7. 根據申請專利範圍第2項之螺旋槳軸之軸承,其中該加 強材料佔該内層之1 5 %至6 0 %之重量百分比,且最好為 3 0 %至6 0 %之重量百分比。 8. 根據申請專利範圍第2項之螺旋槳軸之軸承,其中該熱 固性樹脂包括一酚基樹脂、一聚酯基樹脂或一環氧基 樹脂,而該熱固性樹脂最好係一酚基樹脂。 9. 根據申請專利範圍第2項之螺旋槳軸之軸承,其中該熱 固性樹脂佔該内層之2 5 %至6 0 %之重量百分比,且最好 為30%至50%之重量百分比。 10. 根據申請專利範圍第1項之螺旋槳軸之軸承,其中該内 層包含一填充材料。 11. 根據申請專利範圍第1 〇項之螺旋槳軸之軸承,其中該 填充材料佔該内層之0 %至6 5 %之重量百分比,且最好為 0 %至3 0 %之重量百分比。 12. 根據申請專利範圍第1項之螺旋槳軸之軸承,其中該内 層包含一潤滑材料。 13. 根據申請專利範圍第1 2項之螺旋槳軸之軸承,其中該 潤滑材料佔該内層之0 %至3 5 %之重量百分比,且最好為 10%至15%之重量百分比。 14. 根據申請專利範圍第1項之螺旋槳軸之軸承,其中該内 層在水中之膨脹係數為0.5%至1.5%。 15. 根據申請專利範圍第1項之螺旋槳軸之軸承,其中該内 層之厚度為5 mrrj至15 mm,且最好為大約10 mm。 587046 f讀專與範屬續買 Π·根據申請專利範圍第16項之螺旋槳軸之軸承,其中該 外層之加強材料包含一纖維材料,該材料可由下列材 料所組成之群組中選出:坡璃纖維、碳纖維、蔬菜纖 維素纖維(取得於種子及内皮纖維)、纖維素黏膠纖維^ 聚酯、聚醯胺、聚丙烯腈、芳族聚醯胺、聚苯甲酸唑 (P〇lybenzoxyzole)及二種或多種之上述纖維之混合物。 18·根據申請專利範圍第丨7項之螺旋槳軸之軸承,其中該 外層〈纖維材料包含一混合物,其係由佔4〇%至1〇〇%之 玻璃纖維、佔0%至3〇%之纖維素纖維及佔〇%至5〇%之聚 丙烯腈纖維所組成。 19.根據申請專利範圍第1 7項之螺旋槳軸之軸承,其中該 外層之纖維材料包括一紗、一織物或一非織製板片, 而該材料最好係一紗。 2〇·根據申請專利範圍第1 6項之螺旋槳軸之軸承,其中該 外層之纖維材料佔該外層之15%至80%之重量百分比, 且最好為大約70%之重量百分比。 21.根據申請專利範圍第1 6項之螺旋槳軸之軸承,其中該 外層之熱固性樹脂包括一酚基樹脂、一聚酯基樹脂或— ^氧基樹脂,而該熱固性樹脂最好係一酚基樹脂。 ’艮據申請專利範圍第1 6項之螺旋槳軸之軸承,其中該 熱固性樹脂佔該外層之2〇%至6 0%之重量百分比,且最 好為大約30%之重量百分比。 〜根據申凊專利範圍第1項之螺旋槳軸之軸承’其中該外 層包含一填充材料。 587046 f讀專满範1續I 24. 根據申請專利範圍第23項之螺旋槳軸之軸承,其中該 填充材料佔該外層之0 %至6 5 %之重量百分比,且最好為 0 % 至 3 0 %。 25. 根據申請專利範圍第1項之螺旋槳軸之軸承,其中該外 層之在水中之膨脹係數係小於0.5%,且最好係小於 0.2%。 26. 根據申請專利範圍第1項之螺旋槳軸之軸承,其中該外 層之厚度係大於30 mm。 27. 根據申請專利範圍第1項之螺旋槳軸之軸承,包含一液 態潤滑劑,該潤滑劑係油基、水基或乙二醇基。
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