一種水潤滑橡膠艉軸承及其設計方法
2023-06-04 02:46:41
一種水潤滑橡膠艉軸承及其設計方法
【專利摘要】本發明公開了一種水潤滑橡膠艉軸承的設計方法：對傳統的板條式水潤滑橡膠艉軸承沿軸向進行硬度分區，將傳統的板條式水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為多個區域，從艉端到首端的各個區域的橡膠硬度依次增大，且靠近首端的區域的長度最大，以使水潤滑橡膠艉軸承適應實際負載，改善軸承的接觸壓力性能。本發明還提供了相應的水潤滑橡膠艉軸承。本發明根據水潤滑橡膠艉軸承壓力分布特徵，將整個長艉軸承劃分為硬度不同的幾個區域，顯著改善了水潤滑橡膠艉軸承的壓應力分布，並且有效沿周向延展了接觸區域，整體上很好地改善了艉軸承的接觸性能。
【專利說明】一種水潤滑橡膠艉軸承及其設計方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於船舶軸系中艉軸承設計領域，更具體地，涉及一種水潤滑橡膠艉軸承及其設計方法。
【背景技術】
[0002]艉軸承是船舶軸系的重要設備，承擔了螺旋槳的大部分重量，是確保船舶軸系正常運行的重要一環。船舶艉軸承先後經歷了鐵犁木艉軸承、合金艉軸承、橡膠艉軸承等階段。水潤滑橡膠艉軸承結構簡單，便於製造、安裝和維護；採用水潤滑，不會產生潤滑油洩漏造成的汙染；具有彈塑性水力潤滑特性、異物埋沒性、高減振和抗衝擊特性，因此在船舶中的應用越來越廣泛。
[0003]然而水潤滑橡膠艉軸承自身也存在一定的不足。由於艉軸承承受螺旋槳集中載荷作用，艉軸承軸瓦承擔非常大的壓力，軸瓦靠近螺旋槳區域的壓力遠大於軸瓦其他區域，軸瓦表面壓力分布極不均勻。同時，在軸系低轉速運行時，如船舶起停瞬間，橡膠艉軸承軸瓦與軸頸表面之間由於潤滑不充分，會出現幹摩擦。不均勻的壓力分布、艉軸承襯面與軸頸之間的幹摩擦會對橡膠軸瓦造成破壞，影響船舶軸系的性能及產生不必要的振動與噪聲。
[0004]水潤滑橡膠艉軸承分為整體式橡膠艉軸承和板條式橡膠艉軸承。當艉軸承直徑較大，幾何尺寸要求較高時，常採用板條式橡膠艉軸承。板條式橡膠艉軸承分為艉軸承襯套和橡膠軸瓦兩部分。由於螺旋槳重力的懸臂作用，艉軸承壓力分布具有邊緣效應，靠近艉端面接觸壓力達到最大，變形也最大，並從最大值處向首端逐漸遞減。艉軸承艉端面的工作條件惡劣，對艉軸承的使用性能與壽命周期有重要的影響。傳統板條式橡膠艉軸承沿軸向採用同一種硬度的橡膠材料，由於螺旋槳的懸臂作用，導致軸瓦各處壓力分布不均。
【發明內容】
[0005]本發明所針對的是傳統統一硬度板條式水潤滑橡膠艉軸承的缺陷，提供一種根據實際負載情況及加工工藝的分布式硬度的設計方法，從而在保證艉軸承剛度足夠的前提下，改善軸瓦的應力分布狀況，提高其使用壽命，改善其接觸性能。同時，該分布式硬度設計方法，可以根據實際應用情況進行相應拓展，在滿足加工工藝要求，剛度足夠時，能夠很好的優化其接觸性能。
[0006]為了實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了 一種水潤滑橡膠艉軸承的設計方法，對傳統的板條式水潤滑橡膠艉軸承沿軸向進行硬度分區，將傳統的板條式水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為多個區域，從艉端到首端的各個區域的橡膠硬度依次增大，且靠近首端的區域的長度最大，以使水潤滑橡膠艉軸承適應實際負載，改善軸承的接觸壓力性能。
[0007]作為本發明的改進，當水潤滑橡膠艉軸承的長度大於或等於I米時，將水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為三個區域，這三個區域的長度比例為0.2:0.2:0.6。[0008]作為本發明的改進，所述水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向的三個區域硬度分別為70HA、75HA、80HA。
[0009]作為本發明的改進，當水潤滑橡膠艉軸承的長度小於I米時，將水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為兩個區域，這三個區域的長度比例為0.4:0.6。
[0010]按照本發明的另一方面，還提供了一種水潤滑橡膠艉軸承，所述水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為多個區域，從艉端到首端的各個區域的橡膠硬度依次增大，且靠近首端的區域的長度最大，以使水潤滑橡膠艉軸承適應實際負載，改善軸承的接觸壓力性能。
[0011]作為本發明的改進，當水潤滑橡膠艉軸承的長度大於或等於I米時，水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為三個區域，這三個區域的長度比例為
0.2:0.2:0.6。
[0012]作為本發明的改進，所述水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向的三個區域硬度分別為70HA、75HA、80HA。
[0013]作為本發明的改進，當水潤滑橡膠艉軸承的長度小於I米時，水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為兩個區域，這三個區域的長度比例為0.4:0.6。
[0014]總體而言，本發明根據水潤滑橡膠艉軸承壓力分布特徵，將整個長艉軸承劃分為硬度不同的幾個區域，顯著改善了水潤滑橡膠艉軸承的壓應力分布，並且有效沿周向延展了接觸區域,整體上很好地改善了艉軸承的接觸性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是傳統的板條式水潤滑橡膠艉軸承示意圖；
[0016]圖2是本發明實施例中一種進行硬度分區後的水潤滑橡膠艉軸承示意圖；
[0017]圖3為經過硬度分區設計的1/2軸系一艉軸承三維模型示意圖；
[0018]圖4為圖3中的部分艉軸承的三維模型示意圖；
[0019]圖5為改進前後的底部軸瓦接觸應力分布曲線對比圖；
[0020]圖6為改進前後的橡膠軸瓦接觸壓力沿軸向的分布圖；
[0021]圖7為改進前後的艉軸垂向位移圖；
[0022]圖8改進前後的艉軸底部軸瓦軸向位移圖；
[0023]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:
[0024]1-艉軸承襯套2-橡膠軸瓦。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。
[0026]按照本發明的設計方法，將對傳統的板條式水潤滑橡膠艉軸承在軸向進行硬度分區。圖1是傳統的板條式水潤滑橡膠艉軸承示意圖，圖2為本發明實施例中一種進行硬度分區後的水潤滑橡膠艉軸承示意圖。[0027]水潤滑橡膠艉軸承由艉軸承襯套I和橡膠軸瓦2組成。區別於其它軸承，水潤滑橡膠艉軸承通常長度較長，與軸段進行接觸並承受壓力。由於螺旋槳重力的懸臂作用，橡膠軸承的壓力分布具有邊緣效應，靠近艉端面接觸壓力達到最大，變形也最大，並從最大值處向首端逐漸遞減，呈現不均勻分布特徵。這種長艉軸承特有的不均勻分布對於艉軸承的使用壽命，接觸性能有很大的影響。通常情形下整個艉軸承橡膠採用一個單值硬度，考慮到壓力的不均勻分布特性，我們創造性地提出，根據其壓力分布特徵，將整個長艉軸承的橡膠軸瓦2劃分為硬度不同的幾個區域，以適應實際負載，改善軸承的接觸壓力性能。
[0028]綜合前期的研究及加工、工藝、成本的影響，在對艉軸承進行硬度分區設計時，分
區數量及硬度取值可參考以下方案:
[0029]
【權利要求】
1.一種水潤滑橡膠艉軸承的設計方法，其特徵在於，對傳統的板條式水潤滑橡膠艉軸承沿軸向進行硬度分區，將傳統的板條式水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為多個區域，從艉端到首端的各個區域的橡膠硬度依次增大，且靠近首端的區域的長度最大，以使水潤滑橡膠艉軸承適應實際負載，改善軸承的接觸壓力性能，。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，當水潤滑橡膠艉軸承的長度大於或等於I米時，將水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為三個區域，這三個區域的長度比例為0.2:0.2:0.6。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向的三個區域硬度分別為70HA、75HA、80HA。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，當水潤滑橡膠艉軸承的長度小於I米時，將水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為兩個區域，這三個區域的長度比例為 0.4:0.6。
5.一種水潤滑橡膠艉軸承，其特徵在於，所述水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為多個區域，從艉端到首端的各個區域的橡膠硬度依次增大，且靠近首端的區域的長度最大，以使水潤滑橡膠艉軸承適應實際負載，改善軸承的接觸壓力性能。
6.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，當水潤滑橡膠艉軸承的長度大於或等於I米時，水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為三個區域，這三個區域的長度比例為 0.2:0.2:0.6o
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向的三個區域硬度分別為70HA、75HA、80HA。
8.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，當水潤滑橡膠艉軸承的長度小於I米時，水潤滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為兩個區域，這三個區域的長度比例為0.4:0.6。
【文檔編號】F16C33/04GK103821826SQ201410078319
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月5日 優先權日:2014年3月5日
【發明者】李天勻, 朱翔, 周明帥, 周歡歡, 朱顯明 申請人:華中科技大學, 中國艦船研究設計中心