一種水潤(rùn)滑橡膠艉軸承及其設(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的設(shè)計(jì)方法：對(duì)傳統(tǒng)的板條式水潤(rùn)滑橡膠艉軸承沿軸向進(jìn)行硬度分區(qū)，將傳統(tǒng)的板條式水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為多個(gè)區(qū)域，從艉端到首端的各個(gè)區(qū)域的橡膠硬度依次增大，且靠近首端的區(qū)域的長(zhǎng)度最大，以使水潤(rùn)滑橡膠艉軸承適應(yīng)實(shí)際負(fù)載，改善軸承的接觸壓力性能。本發(fā)明還提供了相應(yīng)的水潤(rùn)滑橡膠艉軸承。本發(fā)明根據(jù)水潤(rùn)滑橡膠艉軸承壓力分布特征，將整個(gè)長(zhǎng)艉軸承劃分為硬度不同的幾個(gè)區(qū)域，顯著改善了水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的壓應(yīng)力分布，并且有效沿周向延展了接觸區(qū)域，整體上很好地改善了艉軸承的接觸性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種水潤(rùn)滑橡膠艉軸承及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于船舶軸系中艉軸承設(shè)計(jì)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種水潤(rùn)滑橡膠艉軸承及其設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]艉軸承是船舶軸系的重要設(shè)備，承擔(dān)了螺旋槳的大部分重量，是確保船舶軸系正常運(yùn)行的重要一環(huán)。船舶艉軸承先后經(jīng)歷了鐵犁木艉軸承、合金艉軸承、橡膠艉軸承等階段。水潤(rùn)滑橡膠艉軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造、安裝和維護(hù)；采用水潤(rùn)滑，不會(huì)產(chǎn)生潤(rùn)滑油泄漏造成的污染；具有彈塑性水力潤(rùn)滑特性、異物埋沒(méi)性、高減振和抗沖擊特性，因此在船舶中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
[0003]然而水潤(rùn)滑橡膠艉軸承自身也存在一定的不足。由于艉軸承承受螺旋槳集中載荷作用，艉軸承軸瓦承擔(dān)非常大的壓力，軸瓦靠近螺旋槳區(qū)域的壓力遠(yuǎn)大于軸瓦其他區(qū)域，軸瓦表面壓力分布極不均勻。同時(shí)，在軸系低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，如船舶起停瞬間，橡膠艉軸承軸瓦與軸頸表面之間由于潤(rùn)滑不充分，會(huì)出現(xiàn)干摩擦。不均勻的壓力分布、艉軸承襯面與軸頸之間的干摩擦?xí)?duì)橡膠軸瓦造成破壞，影響船舶軸系的性能及產(chǎn)生不必要的振動(dòng)與噪聲。
[0004]水潤(rùn)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(dāng)艉軸承直徑較大，幾何尺寸要求較高時(shí)，常采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。由于螺旋槳重力的懸臂作用，艉軸承壓力分布具有邊緣效應(yīng)，靠近艉端面接觸壓力達(dá)到最大，變形也最大，并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(duì)艉軸承的使用性能與壽命周期有重要的影響。傳統(tǒng)板條式橡膠艉軸承沿軸向采用同一種硬度的橡膠材料，由于螺旋槳的懸臂作用，導(dǎo)致軸瓦各處壓力分布不均。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所針對(duì)的是傳統(tǒng)統(tǒng)一硬度板條式水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的缺陷，提供一種根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況及加工工藝的分布式硬度的設(shè)計(jì)方法，從而在保證艉軸承剛度足夠的前提下，改善軸瓦的應(yīng)力分布狀況，提高其使用壽命，改善其接觸性能。同時(shí)，該分布式硬度設(shè)計(jì)方法，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行相應(yīng)拓展，在滿足加工工藝要求，剛度足夠時(shí)，能夠很好的優(yōu)化其接觸性能。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了 一種水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的設(shè)計(jì)方法，對(duì)傳統(tǒng)的板條式水潤(rùn)滑橡膠艉軸承沿軸向進(jìn)行硬度分區(qū)，將傳統(tǒng)的板條式水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為多個(gè)區(qū)域，從艉端到首端的各個(gè)區(qū)域的橡膠硬度依次增大，且靠近首端的區(qū)域的長(zhǎng)度最大，以使水潤(rùn)滑橡膠艉軸承適應(yīng)實(shí)際負(fù)載，改善軸承的接觸壓力性能。
[0007]作為本發(fā)明的改進(jìn)，當(dāng)水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的長(zhǎng)度大于或等于I米時(shí)，將水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為三個(gè)區(qū)域，這三個(gè)區(qū)域的長(zhǎng)度比例為0.2:0.2:0.6。[0008]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向的三個(gè)區(qū)域硬度分別為70HA、75HA、80HA。
[0009]作為本發(fā)明的改進(jìn)，當(dāng)水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的長(zhǎng)度小于I米時(shí)，將水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為兩個(gè)區(qū)域，這三個(gè)區(qū)域的長(zhǎng)度比例為0.4:0.6。
[0010]按照本發(fā)明的另一方面，還提供了一種水潤(rùn)滑橡膠艉軸承，所述水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為多個(gè)區(qū)域，從艉端到首端的各個(gè)區(qū)域的橡膠硬度依次增大，且靠近首端的區(qū)域的長(zhǎng)度最大，以使水潤(rùn)滑橡膠艉軸承適應(yīng)實(shí)際負(fù)載，改善軸承的接觸壓力性能。
[0011]作為本發(fā)明的改進(jìn)，當(dāng)水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的長(zhǎng)度大于或等于I米時(shí)，水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為三個(gè)區(qū)域，這三個(gè)區(qū)域的長(zhǎng)度比例為
0.2:0.2:0.6。
[0012]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向的三個(gè)區(qū)域硬度分別為70HA、75HA、80HA。
[0013]作為本發(fā)明的改進(jìn)，當(dāng)水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的長(zhǎng)度小于I米時(shí)，水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為兩個(gè)區(qū)域，這三個(gè)區(qū)域的長(zhǎng)度比例為0.4:0.6。
[0014]總體而言，本發(fā)明根據(jù)水潤(rùn)滑橡膠艉軸承壓力分布特征，將整個(gè)長(zhǎng)艉軸承劃分為硬度不同的幾個(gè)區(qū)域，顯著改善了水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的壓應(yīng)力分布，并且有效沿周向延展了接觸區(qū)域,整體上很好地改善了艉軸承的接觸性能。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是傳統(tǒng)的板條式水潤(rùn)滑橡膠艉軸承示意圖；
[0016]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中一種進(jìn)行硬度分區(qū)后的水潤(rùn)滑橡膠艉軸承示意圖；
[0017]圖3為經(jīng)過(guò)硬度分區(qū)設(shè)計(jì)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(jìn)前后的底部軸瓦接觸應(yīng)力分布曲線對(duì)比圖；
[0020]圖6為改進(jìn)前后的橡膠軸瓦接觸壓力沿軸向的分布圖；
[0021]圖7為改進(jìn)前后的艉軸垂向位移圖；
[0022]圖8改進(jìn)前后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(biāo)記用來(lái)表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0024]1-艉軸承襯套2-橡膠軸瓦。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(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(gè)實(shí)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。
[0026]按照本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法，將對(duì)傳統(tǒng)的板條式水潤(rùn)滑橡膠艉軸承在軸向進(jìn)行硬度分區(qū)。圖1是傳統(tǒng)的板條式水潤(rùn)滑橡膠艉軸承示意圖，圖2為本發(fā)明實(shí)施例中一種進(jìn)行硬度分區(qū)后的水潤(rùn)滑橡膠艉軸承示意圖。[0027]水潤(rùn)滑橡膠艉軸承由艉軸承襯套I和橡膠軸瓦2組成。區(qū)別于其它軸承，水潤(rùn)滑橡膠艉軸承通常長(zhǎng)度較長(zhǎng)，與軸段進(jìn)行接觸并承受壓力。由于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(yīng)，靠近艉端面接觸壓力達(dá)到最大，變形也最大，并從最大值處向首端逐漸遞減，呈現(xiàn)不均勻分布特征。這種長(zhǎng)艉軸承特有的不均勻分布對(duì)于艉軸承的使用壽命，接觸性能有很大的影響。通常情形下整個(gè)艉軸承橡膠采用一個(gè)單值硬度，考慮到壓力的不均勻分布特性，我們創(chuàng)造性地提出，根據(jù)其壓力分布特征，將整個(gè)長(zhǎng)艉軸承的橡膠軸瓦2劃分為硬度不同的幾個(gè)區(qū)域，以適應(yīng)實(shí)際負(fù)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(duì)艉軸承進(jìn)行硬度分區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)，分
區(qū)數(shù)量及硬度取值可參考以下方案:
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，對(duì)傳統(tǒng)的板條式水潤(rùn)滑橡膠艉軸承沿軸向進(jìn)行硬度分區(qū)，將傳統(tǒng)的板條式水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為多個(gè)區(qū)域，從艉端到首端的各個(gè)區(qū)域的橡膠硬度依次增大，且靠近首端的區(qū)域的長(zhǎng)度最大，以使水潤(rùn)滑橡膠艉軸承適應(yīng)實(shí)際負(fù)載，改善軸承的接觸壓力性能，。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的長(zhǎng)度大于或等于I米時(shí)，將水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為三個(gè)區(qū)域，這三個(gè)區(qū)域的長(zhǎng)度比例為0.2:0.2:0.6。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向的三個(gè)區(qū)域硬度分別為70HA、75HA、80HA。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的長(zhǎng)度小于I米時(shí)，將水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為兩個(gè)區(qū)域，這三個(gè)區(qū)域的長(zhǎng)度比例為 0.4:0.6。
5.一種水潤(rùn)滑橡膠艉軸承，其特征在于，所述水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為多個(gè)區(qū)域，從艉端到首端的各個(gè)區(qū)域的橡膠硬度依次增大，且靠近首端的區(qū)域的長(zhǎng)度最大，以使水潤(rùn)滑橡膠艉軸承適應(yīng)實(shí)際負(fù)載，改善軸承的接觸壓力性能。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的長(zhǎng)度大于或等于I米時(shí)，水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為三個(gè)區(qū)域，這三個(gè)區(qū)域的長(zhǎng)度比例為 0.2:0.2:0.6o
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向的三個(gè)區(qū)域硬度分別為70HA、75HA、80HA。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，當(dāng)水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的長(zhǎng)度小于I米時(shí)，水潤(rùn)滑橡膠艉軸承的橡膠軸瓦從艉端到首端沿軸向分為兩個(gè)區(qū)域，這三個(gè)區(qū)域的長(zhǎng)度比例為0.4:0.6。
【文檔編號(hào)】F16C33/04GK103821826SQ201410078319
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】李天勻, 朱翔, 周明帥, 周歡歡, 朱顯明 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué), 中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心