一种具备自动匀载功能的船舶水润滑艉轴承的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具备自动匀载功能的船舶水润滑艉轴承，该艉轴承从内到外依次包括内橡胶层、第一金属轴套层、第二金属轴套层、自适应材料层和第三金属轴套层，其中自适应材料层分布在第二金属轴套层与第三金属轴套层之间，且其厚度沿着艉轴的轴向方向发生梯度变化，并与船舶艉轴的倾斜角度相适应地固化成型。本发明中还公开了对自适应层、金属轴套层和内橡胶层的材质及其工作规格的实施例。通过本发明，使得水润滑艉轴承内侧的橡胶层受力更为均匀，同时具有结构紧凑、便于操控和自动匀载等特点，有效解决现有船舶艉轴承异常摩擦噪声的控制难题。
【专利说明】一种具备自动匀载功能的船舶水润滑艉轴承
【技术领域】
[0001]本发明属于船舶减振降噪【技术领域】，更具体地，涉及一种具备自动匀载功能的船舶水润滑艉轴承。
【背景技术】
[0002]对于船舶而言，在低速工况下均会不同程度地出现艉部异常噪声问题，其会影响船员的身心健康，还可能对其航行性能等方面造成不利影响。研究结果表明，船舶艉部出现异常噪声不仅与水润滑材料有关，而且也与艉轴承自身的结构密切相关。
[0003]现有技术中的船舶水润滑艉轴承通常采用的是内侧为橡胶、外侧为金属结构的水润滑橡胶轴承，具体如图1中所示，该艉轴承内侧橡胶结构的设计主要是依据所提供的轴承平均载荷来进行的，依此设计的轴承内橡胶所受的载荷为平均载荷，它与使用中的实际载荷分布往往存在很大差异。其原因在于:由于船舶螺旋桨101较重，艉轴102易发生挠曲，相应使得艉轴102与艉轴承103两中心线间存在有一定倾角，从而使艉轴承103所受载荷分布不均；越是靠近艉端，轴承所受载荷较重；而靠近艏端，轴承所受载荷较轻。由于该轴承并不具备自动匀载功能，这给艉轴承内部的橡胶造成很大的不均匀载荷分布，从而在实际应用中容易导致轴承艉端橡胶异常损坏，进而影响艉轴承产生异常摩擦噪声。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具备自动匀载功能的船舶水润滑艉轴承，其中通过结合艉轴承的应用特点对其关键组成结构及其设置方式和工作规格进行改进，相应可使得水润滑艉轴承内侧的橡胶层受力更为均匀，同时具有结构紧凑、便于操控和自动匀载等特点，可有效解决现有船舶艉轴承异常摩擦噪声的控制难题。
[0005]为实现上述目的，按照本发明，提供了一种具备自动匀载功能的船舶水润滑艉轴承，其特征在于，该艉轴承从内到外依次包括内橡胶层、第一金属轴套层、第二金属轴套层、自适应材料层和第三金属轴套层，其中:
[0006]所述内橡胶层直接硫化设置在所述第一金属轴套层的内表面，并且它的内表面沿着周向方向均匀间隔分布有多个呈梯形剖面的凹槽；
[0007]所述第二金属轴套层设置在所述第一金属轴套层的外表面上，并在第二、第三金属轴套层两者的首尾两端之间分别设置有已固化的聚氨酯环状结构；
[0008]所述自适应材料层填充容纳在由所述第二金属轴套层、第三金属轴套层和已固化的聚氨酯环状结构共同组成的空腔之内，并包括呈液态的聚氨酯材料和设置其中的加热元件；以此方式，当船舶下水之后，加热元件启动并将呈液态的聚氨酯材料升温，同时根据船舶艉轴的倾斜角度与之相适应地固化成型，由此形成厚度沿着艉轴的轴向方向呈梯度变化的固化结构层以实现自动匀载功能。
[0009]作为进一步优选地，所述加热元件优选为加热棒，并且其加热温度被设定为850C -90O。
[0010]作为进一步优选地，所述内橡胶层优选采用纳米碳-丁腈橡胶复合材料制成，并且它的内表面与艉轴相接触的区域分别呈平面型，由此以线接触的方式与艉轴摩擦接触。
[0011]作为进一步优选地，所述内橡胶层的厚度优选被设定为8mm?15_，其邵氏硬度被设定为70A?80A ;所述第一、第二和第三金属轴套层的厚度分别被设定为25mmmm、10mm和25mm ;而完成固化成型之后的所述自适应材料层的厚度范围处于1mm?20mm之间。
[0012]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点:
[0013]1、由于该水润滑艉轴承中增设有自适应材料层且其轴向方向厚度发生梯度变化，并根据艉轴系受力状态自动适应其倾斜角度而成型，相应能够克服现有技术的艉轴承在轴向上受力不均匀而产生的内应力集中问题；
[0014]2、通过对艉轴承自适应材料层的材质、加工方式以及对自适应功能起到较大影响的关键参数等方面进行研究，所获得的艉轴承对于各类船舶以及潜器均体现出良好的自适应能力，测试表明能够更好地承受轴系载荷和吸收轴系振动，同时有效消除艉轴承的异常摩擦噪声；
[0015]3、通过对艉轴承其他结构层的工作规格与自适应材料层进行匹配改进，测试表明所获得的艉轴承具有较大的强度、模量和阻尼损耗，由此进一步提高对轴系载荷和轴系振动的吸收能力；
[0016]4、按照本发明所获得的水润滑轴承结构紧凑、便于加工制造，同时具有自动匀载、低噪声和较长使用寿命等特点，因而尤其适于作为各类船舶或潜器的水润滑艉轴承用途。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是现有技术的艉轴承结构及其所受载荷的分析示意图；
[0018]图2a是按照本发明优选实施例所构建的水润滑艉轴承的结构侧视图；
[0019]图2b是按照本发明优选实施例所构建的水润滑艉轴承的结构端视图；
[0020]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:
[0021]1-内橡胶层2-第一金属轴套层3-第二金属轴套层4-自适应材料层41-已固化的聚氨酯环状结构42-呈液态的聚氨酯材料5-第三金属轴套层101-螺旋桨102-艉轴103-艉轴承
【具体实施方式】
[0022]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0023]图2a是按照本发明优选实施例所构建的水润滑艉轴承的结构侧视图，图2b是按照本发明优选实施例所构建的水润滑艉轴承的结构端视图。如图2a和2b中所示，该水润滑艉轴承从内到外依次包括内橡胶层1、第一金属轴套层2、第二金属轴套层3、自适应材料层4和第三金属轴套层5，由此共同构成了轴承结构，其中所述自适应材料层4分布在第二金属轴套层3与第三金属轴套层5之间，且其厚度沿着艉轴的轴向方向发生梯度变化，并与船舶艉轴的倾斜角度相适应地固化成型。
[0024]按照本发明的一个优选实施例，对于上述内橡胶层I，它优选采用纳米碳-丁腈橡胶复合材料制成，并直接硫化在第一金属轴套层2的内表面上；为了进一步提高与艉轴之间的相互作用，在本发明中优选还对其内表面沿着周向方向均匀分布有多个呈梯形剖面的凹槽；此外，该内表面与艉轴相接触的区域还可以特别被设计呈平面型，由此以线接触的方式与艉轴摩擦接触。
[0025]所述第一、第二和第三金属轴套层2、3和5的材质可选自青铜、黄铜、铝青铜或钢，并经过表面防锈处理；所述自适应材料层4在加工之初包括呈液态的聚氨酯材料42和设置其中的加热元件等，其中考虑到船舶艉轴承的应用环境和自适应材料层对此工作环境的适用性等问题，所述已固化的聚合物环状结构41具备一定的高度，并选择为聚氨酯材料构成，而容纳在空腔中的聚合物同样选择为聚氨酯材料。
[0026]其主要工作机理是，在常温下，上述聚氨酯混合物呈液态且保持不会发生变质，而当加热到适当的温度之后，则迅速发生固化成型反应。具体而言，所述自适应材料层填充容纳在由所述第二金属轴套层3、第三金属轴套层5以及已固化的聚合物环状结构41共同组成的空腔之内，当船舶下水之后，譬如为加热棒并配备有适当的电路元件的加热元件启动，并将呈液态的聚氨酯聚合物升温，同时根据船舶艉轴的倾斜角度与之相适应地固化成型，由此形成厚度沿着艉轴的轴向方向呈梯度变化的固化结构层，进而很好地实现了自动匀载功能。
[0027]此外，由于除了自适应材料层之外的其他结构层的具体参数同样对于最终制得的艉轴承的工作性能同样产生较大影响，因此按照本发明在一个优选实施例中，所述内橡胶层的厚度优选被设定为8mm?15mm,其邵氏硬度被设定为70A?80A ;所述第一、第二和第三金属轴套层的厚度分别被设定为25mmmm、10mm和25mm ;而完成固化成型之后的所述自适应材料层的厚度范围处于1mm?20mm之间。上述规格参数能够使得所制得的水润滑艉轴承具有更大的强度、模量及阻尼损耗，大量的测试表明，其能够更好地承受轴系载荷和吸收轴系振动，同时有效消除艉轴承的异常摩擦噪声。
[0028]下面将具体解释按照本发明的所述自适应材料层的自适应固化成型工艺方法过程。
[0029]首先，在第二金属轴套层与第三金属轴套层之间于首尾两端分别设置已固化的聚氨酯环状结构41 ;然后，向由第二、第三金属轴套层和已固化的聚氨酯环状结构41共同组成的空腔内填充液态的聚氨酯材料42，该聚氨酯材料在船舶下水后启动加热装置发生固化反应，固化反应时得以保持与艉轴的倾斜角度相适应，由此形成厚度沿着艉轴的轴向方向呈梯度变化的自适应材料层。
[0030]综上所述，本发明的船舶水润滑轴承通过对其结构进行研究和设计，增设有自适应材料层且其轴向方向厚度发生梯度变化，由此可根据艉轴系受力状态自动适应其倾斜角度而成型，相应可克服现有技术的艉轴承在轴向上受力不均匀而产生的内应力集中问题。该艉轴承结构紧凑、便于加工制造，同时具有自动匀载、低噪声和较长使用寿命等特点，因而尤其适于作为船舶水润滑艉轴承用途。
[0031]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种具备自动匀载功能的船舶水润滑艉轴承，其特征在于，该艉轴承从内到外依次包括内橡胶层(I)、第一金属轴套层(2)、第二金属轴套层(3)、自适应材料层(4)和第三金属轴套层(5)，其中: 所述内橡胶层(I)直接硫化在所述第一金属轴套层(2)的内表面，并且它的内表面沿着周向方向均匀间隔分布有多个呈梯形剖面的凹槽； 所述第二金属轴套层(3)设置在所述第一金属轴套层(2)的外表面上，并在第二、第三金属轴套层(3，5)两者的首尾两端之间分别设置有已固化的聚氨酯环状结构(41)； 所述自适应材料层(4)填充容纳在由所述第二金属轴套层、第三金属轴套层和已固化的聚氨酯环状结构(41)共同组成的空腔之内，并包括呈液态的聚氨酯材料(42)和设置其中的加热元件；以此方式，当船舶下水之后，加热元件启动并将呈液态的聚氨酯材料(42)升温，同时根据船舶艉轴的倾斜角度与之相适应地固化成型，由此形成厚度沿着艉轴的轴向方向呈梯度变化的固化结构层以实现自动匀载功能。
2.如权利要求1所述的船舶水润滑艉轴承，其特征在于，所述加热元件优选为加热棒，并且其加热温度被设定为85°C -90°C。
3.如权利要求1或2所述的船舶水润滑艉轴承，其特征在于，所述内橡胶层(I)优选采用纳米碳-丁腈橡胶复合材料制成，并且它的内表面与艉轴相接触的区域分别呈平面型，由此以线接触的方式与艉轴摩擦接触。
4.如权利要求1-3任意一项所述的船舶水润滑艉轴承，其特征在于，所述内橡胶层的厚度优选被设定为8mm?15mm,其邵氏硬度被设定为70A?80A ;所述第一、第二和第三金属轴套层的厚度分别被设定为25mmmm、10mm和25mm ;而完成固化成型之后的所述自适应材料层的厚度范围处于1mm?20mm之间。
【文档编号】F16C33/24GK104074871SQ201410250988
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】何琳, 帅长庚, 杨雪, 吕志强, 夏东 申请人:中国人民解放军海军工程大学, 北京燕拓减振科技有限公司