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，該艉軸承從內到外依次包括內橡膠層、第一金屬軸套層、第二金屬軸套層、自適應材料層和第三金屬軸套層，其中自適應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生梯度變化，并與船舶艉軸的傾斜角度相適應地固化成型。本發明中還公開了對自適應層、金屬軸套層和內橡膠層的材質及其工作規格的實施例。通過本發明，使得水潤滑艉軸承內側的橡膠層受力更為均勻，同時具有結構緊湊、便于操控和自動勻載等特點，有效解決現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
【技術領域】
[0001]本發明屬于船舶減振降噪【技術領域】，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】
[0002]對于船舶而言，在低速工況下均會不同程度地出現艉部異常噪聲問題，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。研究結果表明，船舶艉部出現異常噪聲不僅與水潤滑材料有關，而且也與艉軸承自身的結構密切相關。
[0003]現有技術中的船舶水潤滑艉軸承通常采用的是內側為橡膠、外側為金屬結構的水潤滑橡膠軸承，具體如圖1中所示，該艉軸承內側橡膠結構的設計主要是依據所提供的軸承平均載荷來進行的，依此設計的軸承內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易發生撓曲，相應使得艉軸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，這給艉軸承內部的橡膠造成很大的不均勻載荷分布，從而在實際應用中容易導致軸承艉端橡膠異常損壞，進而影響艉軸承產生異常摩擦噪聲。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種具備自動勻載功能的船舶水潤滑艉軸承，其中通過結合艉軸承的應用特點對其關鍵組成結構及其設置方式和工作規格進行改進，相應可使得水潤滑艉軸承內側的橡膠層受力更為均勻，同時具有結構緊湊、便于操控和自動勻載等特點，可有效解決現有船舶艉軸承異常摩擦噪聲的控制難題。
[0005]為實現上述目的，按照本發明，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，該艉軸承從內到外依次包括內橡膠層、第一金屬軸套層、第二金屬軸套層、自適應材料層和第三金屬軸套層，其中:
[0006]所述內橡膠層直接硫化設置在所述第一金屬軸套層的內表面，并且它的內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置有已固化的聚氨酯環狀結構；
[0008]所述自適應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狀結構共同組成的空腔之內，并包括呈液態的聚氨酯材料和設置其中的加熱元件；以此方式，當船舶下水之后，加熱元件啟動并將呈液態的聚氨酯材料升溫，同時根據船舶艉軸的傾斜角度與之相適應地固化成型，由此形成厚度沿著艉軸的軸向方向呈梯度變化的固化結構層以實現自動勻載功能。
[0009]作為進一步優選地，所述加熱元件優選為加熱棒，并且其加熱溫度被設定為850C -90O。
[0010]作為進一步優選地，所述內橡膠層優選采用納米碳-丁腈橡膠復合材料制成，并且它的內表面與艉軸相接觸的區域分別呈平面型，由此以線接觸的方式與艉軸摩擦接觸。
[0011]作為進一步優選地，所述內橡膠層的厚度優選被設定為8mm?15_，其邵氏硬度被設定為70A?80A ;所述第一、第二和第三金屬軸套層的厚度分別被設定為25mmmm、10mm和25mm ;而完成固化成型之后的所述自適應材料層的厚度范圍處于1mm?20mm之間。
[0012]總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優點:
[0013]1、由于該水潤滑艉軸承中增設有自適應材料層且其軸向方向厚度發生梯度變化，并根據艉軸系受力狀態自動適應其傾斜角度而成型，相應能夠克服現有技術的艉軸承在軸向上受力不均勻而產生的內應力集中問題；
[0014]2、通過對艉軸承自適應材料層的材質、加工方式以及對自適應功能起到較大影響的關鍵參數等方面進行研究，所獲得的艉軸承對于各類船舶以及潛器均體現出良好的自適應能力，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構層的工作規格與自適應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、按照本發明所獲得的水潤滑軸承結構緊湊、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是現有技術的艉軸承結構及其所受載荷的分析示意圖；
[0018]圖2a是按照本發明優選實施例所構建的水潤滑艉軸承的結構側視圖；
[0019]圖2b是按照本發明優選實施例所構建的水潤滑艉軸承的結構端視圖；
[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構，其中:
[0021]1-內橡膠層2-第一金屬軸套層3-第二金屬軸套層4-自適應材料層41-已固化的聚氨酯環狀結構42-呈液態的聚氨酯材料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僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。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征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0023]圖2a是按照本發明優選實施例所構建的水潤滑艉軸承的結構側視圖，圖2b是按照本發明優選實施例所構建的水潤滑艉軸承的結構端視圖。如圖2a和2b中所示，該水潤滑艉軸承從內到外依次包括內橡膠層1、第一金屬軸套層2、第二金屬軸套層3、自適應材料層4和第三金屬軸套層5，由此共同構成了軸承結構，其中所述自適應材料層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生梯度變化，并與船舶艉軸的傾斜角度相適應地固化成型。
[0024]按照本發明的一個優選實施例，對于上述內橡膠層I，它優選采用納米碳-丁腈橡膠復合材料制成，并直接硫化在第一金屬軸套層2的內表面上；為了進一步提高與艉軸之間的相互作用，在本發明中優選還對其內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，該內表面與艉軸相接觸的區域還可以特別被設計呈平面型，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的材質可選自青銅、黃銅、鋁青銅或鋼，并經過表面防銹處理；所述自適應材料層4在加工之初包括呈液態的聚氨酯材料42和設置其中的加熱元件等，其中考慮到船舶艉軸承的應用環境和自適應材料層對此工作環境的適用性等問題，所述已固化的聚合物環狀結構41具備一定的高度，并選擇為聚氨酯材料構成，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且保持不會發生變質，而當加熱到適當的溫度之后，則迅速發生固化成型反應。具體而言，所述自適應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狀結構41共同組成的空腔之內，當船舶下水之后，譬如為加熱棒并配備有適當的電路元件的加熱元件啟動，并將呈液態的聚氨酯聚合物升溫，同時根據船舶艉軸的傾斜角度與之相適應地固化成型，由此形成厚度沿著艉軸的軸向方向呈梯度變化的固化結構層，進而很好地實現了自動勻載功能。
[0027]此外，由于除了自適應材料層之外的其他結構層的具體參數同樣對于最終制得的艉軸承的工作性能同樣產生較大影響，因此按照本發明在一個優選實施例中，所述內橡膠層的厚度優選被設定為8mm?15mm,其邵氏硬度被設定為70A?80A ;所述第一、第二和第三金屬軸套層的厚度分別被設定為25mmmm、10mm和25mm ;而完成固化成型之后的所述自適應材料層的厚度范圍處于1mm?20mm之間。上述規格參數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明的所述自適應材料層的自適應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置已固化的聚氨酯環狀結構41 ;然后，向由第二、第三金屬軸套層和已固化的聚氨酯環狀結構41共同組成的空腔內填充液態的聚氨酯材料42，該聚氨酯材料在船舶下水后啟動加熱裝置發生固化反應，固化反應時得以保持與艉軸的傾斜角度相適應，由此形成厚度沿著艉軸的軸向方向呈梯度變化的自適應材料層。
[0030]綜上所述，本發明的船舶水潤滑軸承通過對其結構進行研究和設計，增設有自適應材料層且其軸向方向厚度發生梯度變化，由此可根據艉軸系受力狀態自動適應其傾斜角度而成型，相應可克服現有技術的艉軸承在軸向上受力不均勻而產生的內應力集中問題。該艉軸承結構緊湊、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]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
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，該艉軸承從內到外依次包括內橡膠層(I)、第一金屬軸套層(2)、第二金屬軸套層(3)、自適應材料層(4)和第三金屬軸套層(5)，其中: 所述內橡膠層(I)直接硫化在所述第一金屬軸套層(2)的內表面，并且它的內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置有已固化的聚氨酯環狀結構(41)； 所述自適應材料層(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狀結構(41)共同組成的空腔之內，并包括呈液態的聚氨酯材料(42)和設置其中的加熱元件；以此方式，當船舶下水之后，加熱元件啟動并將呈液態的聚氨酯材料(42)升溫，同時根據船舶艉軸的傾斜角度與之相適應地固化成型，由此形成厚度沿著艉軸的軸向方向呈梯度變化的固化結構層以實現自動勻載功能。
2.如權利要求1所述的船舶水潤滑艉軸承，其特征在于，所述加熱元件優選為加熱棒，并且其加熱溫度被設定為85°C -90°C。
3.如權利要求1或2所述的船舶水潤滑艉軸承，其特征在于，所述內橡膠層(I)優選采用納米碳-丁腈橡膠復合材料制成，并且它的內表面與艉軸相接觸的區域分別呈平面型，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，所述內橡膠層的厚度優選被設定為8mm?15mm,其邵氏硬度被設定為70A?80A ;所述第一、第二和第三金屬軸套層的厚度分別被設定為25mmmm、10mm和25mm ;而完成固化成型之后的所述自適應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 優先權日:2014年6月6日
【發明者】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