一種具備自動勻載功能的船舶水潤滑艉軸承的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具備自動勻載功能的船舶水潤滑艉軸承，該艉軸承從內(nèi)到外依次包括內(nèi)橡膠層、第一金屬軸套層、第二金屬軸套層、自適應(yīng)材料層和第三金屬軸套層，其中自適應(yīng)材料層分布在第二金屬軸套層與第三金屬軸套層之間，且其厚度沿著艉軸的軸向方向發(fā)生梯度變化，并與船舶艉軸的傾斜角度相適應(yīng)地固化成型。本發(fā)明中還公開了對自適應(yīng)層、金屬軸套層和內(nèi)橡膠層的材質(zhì)及其工作規(guī)格的實施例。通過本發(fā)明，使得水潤滑艉軸承內(nèi)側(cè)的橡膠層受力更為均勻，同時具有結(jié)構(gòu)緊湊、便于操控和自動勻載等特點，有效解決現(xiàn)有船舶艉軸承異常摩擦噪聲的控制難題。
【專利說明】一種具備自動勻載功能的船舶水潤滑艉軸承

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于船舶減振降噪【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種具備自動勻載功能的船舶水潤滑艉軸承。

【背景技術(shù)】
[0002]對于船舶而言，在低速工況下均會不同程度地出現(xiàn)艉部異常噪聲問題，其會影響船員的身心健康，還可能對其航行性能等方面造成不利影響。研究結(jié)果表明，船舶艉部出現(xiàn)異常噪聲不僅與水潤滑材料有關(guān)，而且也與艉軸承自身的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的船舶水潤滑艉軸承通常采用的是內(nèi)側(cè)為橡膠、外側(cè)為金屬結(jié)構(gòu)的水潤滑橡膠軸承，具體如圖1中所示，該艉軸承內(nèi)側(cè)橡膠結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要是依據(jù)所提供的軸承平均載荷來進行的，依此設(shè)計的軸承內(nèi)橡膠所受的載荷為平均載荷，它與使用中的實際載荷分布往往存在很大差異。其原因在于:由于船舶螺旋槳101較重，艉軸102易發(fā)生撓曲，相應(yīng)使得艉軸102與艉軸承103兩中心線間存在有一定傾角，從而使艉軸承103所受載荷分布不均；越是靠近艉端，軸承所受載荷較重；而靠近艏端，軸承所受載荷較輕。由于該軸承并不具備自動勻載功能，這給艉軸承內(nèi)部的橡膠造成很大的不均勻載荷分布，從而在實際應(yīng)用中容易導致軸承艉端橡膠異常損壞，進而影響艉軸承產(chǎn)生異常摩擦噪聲。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種具備自動勻載功能的船舶水潤滑艉軸承，其中通過結(jié)合艉軸承的應(yīng)用特點對其關(guān)鍵組成結(jié)構(gòu)及其設(shè)置方式和工作規(guī)格進行改進，相應(yīng)可使得水潤滑艉軸承內(nèi)側(cè)的橡膠層受力更為均勻，同時具有結(jié)構(gòu)緊湊、便于操控和自動勻載等特點，可有效解決現(xiàn)有船舶艉軸承異常摩擦噪聲的控制難題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種具備自動勻載功能的船舶水潤滑艉軸承，其特征在于，該艉軸承從內(nèi)到外依次包括內(nèi)橡膠層、第一金屬軸套層、第二金屬軸套層、自適應(yīng)材料層和第三金屬軸套層，其中:
[0006]所述內(nèi)橡膠層直接硫化設(shè)置在所述第一金屬軸套層的內(nèi)表面，并且它的內(nèi)表面沿著周向方向均勻間隔分布有多個呈梯形剖面的凹槽；
[0007]所述第二金屬軸套層設(shè)置在所述第一金屬軸套層的外表面上，并在第二、第三金屬軸套層兩者的首尾兩端之間分別設(shè)置有已固化的聚氨酯環(huán)狀結(jié)構(gòu)；
[0008]所述自適應(yīng)材料層填充容納在由所述第二金屬軸套層、第三金屬軸套層和已固化的聚氨酯環(huán)狀結(jié)構(gòu)共同組成的空腔之內(nèi)，并包括呈液態(tài)的聚氨酯材料和設(shè)置其中的加熱元件；以此方式，當船舶下水之后，加熱元件啟動并將呈液態(tài)的聚氨酯材料升溫，同時根據(jù)船舶艉軸的傾斜角度與之相適應(yīng)地固化成型，由此形成厚度沿著艉軸的軸向方向呈梯度變化的固化結(jié)構(gòu)層以實現(xiàn)自動勻載功能。
[0009]作為進一步優(yōu)選地，所述加熱元件優(yōu)選為加熱棒，并且其加熱溫度被設(shè)定為850C -90O。
[0010]作為進一步優(yōu)選地，所述內(nèi)橡膠層優(yōu)選采用納米碳-丁腈橡膠復(fù)合材料制成，并且它的內(nèi)表面與艉軸相接觸的區(qū)域分別呈平面型，由此以線接觸的方式與艉軸摩擦接觸。
[0011]作為進一步優(yōu)選地，所述內(nèi)橡膠層的厚度優(yōu)選被設(shè)定為8mm?15_，其邵氏硬度被設(shè)定為70A?80A ;所述第一、第二和第三金屬軸套層的厚度分別被設(shè)定為25mmmm、10mm和25mm ;而完成固化成型之后的所述自適應(yīng)材料層的厚度范圍處于1mm?20mm之間。
[0012]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點:
[0013]1、由于該水潤滑艉軸承中增設(shè)有自適應(yīng)材料層且其軸向方向厚度發(fā)生梯度變化，并根據(jù)艉軸系受力狀態(tài)自動適應(yīng)其傾斜角度而成型，相應(yīng)能夠克服現(xiàn)有技術(shù)的艉軸承在軸向上受力不均勻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力集中問題；
[0014]2、通過對艉軸承自適應(yīng)材料層的材質(zhì)、加工方式以及對自適應(yīng)功能起到較大影響的關(guān)鍵參數(shù)等方面進行研究，所獲得的艉軸承對于各類船舶以及潛器均體現(xiàn)出良好的自適應(yīng)能力，測試表明能夠更好地承受軸系載荷和吸收軸系振動，同時有效消除艉軸承的異常摩擦噪聲；
[0015]3、通過對艉軸承其他結(jié)構(gòu)層的工作規(guī)格與自適應(yīng)材料層進行匹配改進，測試表明所獲得的艉軸承具有較大的強度、模量和阻尼損耗，由此進一步提高對軸系載荷和軸系振動的吸收能力；
[0016]4、按照本發(fā)明所獲得的水潤滑軸承結(jié)構(gòu)緊湊、便于加工制造，同時具有自動勻載、低噪聲和較長使用壽命等特點，因而尤其適于作為各類船舶或潛器的水潤滑艉軸承用途。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的艉軸承結(jié)構(gòu)及其所受載荷的分析示意圖；
[0018]圖2a是按照本發(fā)明優(yōu)選實施例所構(gòu)建的水潤滑艉軸承的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0019]圖2b是按照本發(fā)明優(yōu)選實施例所構(gòu)建的水潤滑艉軸承的結(jié)構(gòu)端視圖；
[0020]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0021]1-內(nèi)橡膠層2-第一金屬軸套層3-第二金屬軸套層4-自適應(yīng)材料層41-已固化的聚氨酯環(huán)狀結(jié)構(gòu)42-呈液態(tài)的聚氨酯材料5-第三金屬軸套層101-螺旋槳102-艉軸103-艉軸承

【具體實施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0023]圖2a是按照本發(fā)明優(yōu)選實施例所構(gòu)建的水潤滑艉軸承的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖，圖2b是按照本發(fā)明優(yōu)選實施例所構(gòu)建的水潤滑艉軸承的結(jié)構(gòu)端視圖。如圖2a和2b中所示，該水潤滑艉軸承從內(nèi)到外依次包括內(nèi)橡膠層1、第一金屬軸套層2、第二金屬軸套層3、自適應(yīng)材料層4和第三金屬軸套層5，由此共同構(gòu)成了軸承結(jié)構(gòu)，其中所述自適應(yīng)材料層4分布在第二金屬軸套層3與第三金屬軸套層5之間，且其厚度沿著艉軸的軸向方向發(fā)生梯度變化，并與船舶艉軸的傾斜角度相適應(yīng)地固化成型。
[0024]按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，對于上述內(nèi)橡膠層I，它優(yōu)選采用納米碳-丁腈橡膠復(fù)合材料制成，并直接硫化在第一金屬軸套層2的內(nèi)表面上；為了進一步提高與艉軸之間的相互作用，在本發(fā)明中優(yōu)選還對其內(nèi)表面沿著周向方向均勻分布有多個呈梯形剖面的凹槽；此外，該內(nèi)表面與艉軸相接觸的區(qū)域還可以特別被設(shè)計呈平面型，由此以線接觸的方式與艉軸摩擦接觸。
[0025]所述第一、第二和第三金屬軸套層2、3和5的材質(zhì)可選自青銅、黃銅、鋁青銅或鋼，并經(jīng)過表面防銹處理；所述自適應(yīng)材料層4在加工之初包括呈液態(tài)的聚氨酯材料42和設(shè)置其中的加熱元件等，其中考慮到船舶艉軸承的應(yīng)用環(huán)境和自適應(yīng)材料層對此工作環(huán)境的適用性等問題，所述已固化的聚合物環(huán)狀結(jié)構(gòu)41具備一定的高度，并選擇為聚氨酯材料構(gòu)成，而容納在空腔中的聚合物同樣選擇為聚氨酯材料。
[0026]其主要工作機理是，在常溫下，上述聚氨酯混合物呈液態(tài)且保持不會發(fā)生變質(zhì)，而當加熱到適當?shù)臏囟戎?，則迅速發(fā)生固化成型反應(yīng)。具體而言，所述自適應(yīng)材料層填充容納在由所述第二金屬軸套層3、第三金屬軸套層5以及已固化的聚合物環(huán)狀結(jié)構(gòu)41共同組成的空腔之內(nèi)，當船舶下水之后，譬如為加熱棒并配備有適當?shù)碾娐吩募訜嵩?，并將呈液態(tài)的聚氨酯聚合物升溫，同時根據(jù)船舶艉軸的傾斜角度與之相適應(yīng)地固化成型，由此形成厚度沿著艉軸的軸向方向呈梯度變化的固化結(jié)構(gòu)層，進而很好地實現(xiàn)了自動勻載功能。
[0027]此外，由于除了自適應(yīng)材料層之外的其他結(jié)構(gòu)層的具體參數(shù)同樣對于最終制得的艉軸承的工作性能同樣產(chǎn)生較大影響，因此按照本發(fā)明在一個優(yōu)選實施例中，所述內(nèi)橡膠層的厚度優(yōu)選被設(shè)定為8mm?15mm,其邵氏硬度被設(shè)定為70A?80A ;所述第一、第二和第三金屬軸套層的厚度分別被設(shè)定為25mmmm、10mm和25mm ;而完成固化成型之后的所述自適應(yīng)材料層的厚度范圍處于1mm?20mm之間。上述規(guī)格參數(shù)能夠使得所制得的水潤滑艉軸承具有更大的強度、模量及阻尼損耗，大量的測試表明，其能夠更好地承受軸系載荷和吸收軸系振動，同時有效消除艉軸承的異常摩擦噪聲。
[0028]下面將具體解釋按照本發(fā)明的所述自適應(yīng)材料層的自適應(yīng)固化成型工藝方法過程。
[0029]首先，在第二金屬軸套層與第三金屬軸套層之間于首尾兩端分別設(shè)置已固化的聚氨酯環(huán)狀結(jié)構(gòu)41 ;然后，向由第二、第三金屬軸套層和已固化的聚氨酯環(huán)狀結(jié)構(gòu)41共同組成的空腔內(nèi)填充液態(tài)的聚氨酯材料42，該聚氨酯材料在船舶下水后啟動加熱裝置發(fā)生固化反應(yīng)，固化反應(yīng)時得以保持與艉軸的傾斜角度相適應(yīng)，由此形成厚度沿著艉軸的軸向方向呈梯度變化的自適應(yīng)材料層。
[0030]綜上所述，本發(fā)明的船舶水潤滑軸承通過對其結(jié)構(gòu)進行研究和設(shè)計，增設(shè)有自適應(yīng)材料層且其軸向方向厚度發(fā)生梯度變化，由此可根據(jù)艉軸系受力狀態(tài)自動適應(yīng)其傾斜角度而成型，相應(yīng)可克服現(xiàn)有技術(shù)的艉軸承在軸向上受力不均勻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力集中問題。該艉軸承結(jié)構(gòu)緊湊、便于加工制造，同時具有自動勻載、低噪聲和較長使用壽命等特點，因而尤其適于作為船舶水潤滑艉軸承用途。
[0031]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具備自動勻載功能的船舶水潤滑艉軸承，其特征在于，該艉軸承從內(nèi)到外依次包括內(nèi)橡膠層(I)、第一金屬軸套層(2)、第二金屬軸套層(3)、自適應(yīng)材料層(4)和第三金屬軸套層(5)，其中: 所述內(nèi)橡膠層(I)直接硫化在所述第一金屬軸套層(2)的內(nèi)表面，并且它的內(nèi)表面沿著周向方向均勻間隔分布有多個呈梯形剖面的凹槽； 所述第二金屬軸套層(3)設(shè)置在所述第一金屬軸套層(2)的外表面上，并在第二、第三金屬軸套層(3，5)兩者的首尾兩端之間分別設(shè)置有已固化的聚氨酯環(huán)狀結(jié)構(gòu)(41)； 所述自適應(yīng)材料層(4)填充容納在由所述第二金屬軸套層、第三金屬軸套層和已固化的聚氨酯環(huán)狀結(jié)構(gòu)(41)共同組成的空腔之內(nèi)，并包括呈液態(tài)的聚氨酯材料(42)和設(shè)置其中的加熱元件；以此方式，當船舶下水之后，加熱元件啟動并將呈液態(tài)的聚氨酯材料(42)升溫，同時根據(jù)船舶艉軸的傾斜角度與之相適應(yīng)地固化成型，由此形成厚度沿著艉軸的軸向方向呈梯度變化的固化結(jié)構(gòu)層以實現(xiàn)自動勻載功能。
2.如權(quán)利要求1所述的船舶水潤滑艉軸承，其特征在于，所述加熱元件優(yōu)選為加熱棒，并且其加熱溫度被設(shè)定為85°C -90°C。
3.如權(quán)利要求1或2所述的船舶水潤滑艉軸承，其特征在于，所述內(nèi)橡膠層(I)優(yōu)選采用納米碳-丁腈橡膠復(fù)合材料制成，并且它的內(nèi)表面與艉軸相接觸的區(qū)域分別呈平面型，由此以線接觸的方式與艉軸摩擦接觸。
4.如權(quán)利要求1-3任意一項所述的船舶水潤滑艉軸承，其特征在于，所述內(nèi)橡膠層的厚度優(yōu)選被設(shè)定為8mm?15mm,其邵氏硬度被設(shè)定為70A?80A ;所述第一、第二和第三金屬軸套層的厚度分別被設(shè)定為25mmmm、10mm和25mm ;而完成固化成型之后的所述自適應(yīng)材料層的厚度范圍處于1mm?20mm之間。
【文檔編號】F16C33/24GK104074871SQ201410250988
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】何琳, 帥長庚, 楊雪, 呂志強, 夏東 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學, 北京燕拓減振科技有限公司