[发明专利]一种水润滑橡胶艉轴承及其设计方法

说明书

技术领域

本发明属于船舶轴系中艉轴承设计领域，更具体地，涉及一种水润滑橡胶艉轴承及其设计方法。

背景技术

艉轴承是船舶轴系的重要设备，承担了螺旋桨的大部分重量，是确保船舶轴系正常运行的重要一环。船舶艉轴承先后经历了铁犁木艉轴承、合金艉轴承、橡胶艉轴承等阶段。水润滑橡胶艉轴承结构简单，便于制造、安装和维护；采用水润滑，不会产生润滑油泄漏造成的污染；具有弹塑性水力润滑特性、异物埋没性、高减振和抗冲击特性，因此在船舶中的应用越来越广泛。

然而水润滑橡胶艉轴承自身也存在一定的不足。由于艉轴承承受螺旋桨集中载荷作用，艉轴承轴瓦承担非常大的压力，轴瓦靠近螺旋桨区域的压力远大于轴瓦其他区域，轴瓦表面压力分布极不均匀。同时，在轴系低转速运行时，如船舶起停瞬间，橡胶艉轴承轴瓦与轴颈表面之间由于润滑不充分，会出现干摩擦。不均匀的压力分布、艉轴承衬面与轴颈之间的干摩擦会对橡胶轴瓦造成破坏，影响船舶轴系的性能及产生不必要的振动与噪声。

水润滑橡胶艉轴承分为整体式橡胶艉轴承和板条式橡胶艉轴承。当艉轴承直径较大，几何尺寸要求较高时，常采用板条式橡胶艉轴承。板条式橡胶艉轴承分为艉轴承衬套和橡胶轴瓦两部分。由于螺旋桨重力的悬臂作用，艉轴承压力分布具有边缘效应，靠近艉端面接触压力达到最大，变形也最大，并从最大值处向首端逐渐递减。艉轴承艉端面的工作条件恶劣，对艉轴承的使用性能与寿命周期有重要的影响。传统板条式橡胶艉轴承沿轴向采用同一种硬度的橡胶材料，由于螺旋桨的悬臂作用，导致轴瓦各处压力分布不均。

发明内容

本发明所针对的是传统统一硬度板条式水润滑橡胶艉轴承的缺陷，提供一种根据实际负载情况及加工工艺的分布式硬度的设计方法，从而在保证艉轴承刚度足够的前提下，改善轴瓦的应力分布状况，提高其使用寿命，改善其接触性能。同时，该分布式硬度设计方法，可以根据实际应用情况进行相应拓展，在满足加工工艺要求，刚度足够时，能够很好的优化其接触性能。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种水润滑橡胶艉轴承的设计方法，对传统的板条式水润滑橡胶艉轴承沿轴向进行硬度分区，将传统的板条式水润滑橡胶艉轴承的橡胶轴瓦从艉端到首端沿轴向分为多个区域，从艉端到首端的各个区域的橡胶硬度依次增大，且靠近首端的区域的长度最大，以使水润滑橡胶艉轴承适应实际负载，改善轴承的接触压力性能。

作为本发明的改进，当水润滑橡胶艉轴承的长度大于或等于1米时，将水润滑橡胶艉轴承的橡胶轴瓦从艉端到首端沿轴向分为三个区域，这三个区域的长度比例为0.2:0.2:0.6。

作为本发明的改进，所述水润滑橡胶艉轴承的橡胶轴瓦从艉端到首端沿轴向的三个区域硬度分别为70HA、75HA、80HA。

作为本发明的改进，当水润滑橡胶艉轴承的长度小于1米时，将水润滑橡胶艉轴承的橡胶轴瓦从艉端到首端沿轴向分为两个区域，这三个区域的长度比例为0.4:0.6。

按照本发明的另一方面，还提供了一种水润滑橡胶艉轴承，所述水润滑橡胶艉轴承的橡胶轴瓦从艉端到首端沿轴向分为多个区域，从艉端到首端的各个区域的橡胶硬度依次增大，且靠近首端的区域的长度最大，以使水润滑橡胶艉轴承适应实际负载，改善轴承的接触压力性能。

作为本发明的改进，当水润滑橡胶艉轴承的长度大于或等于1米时，水润滑橡胶艉轴承的橡胶轴瓦从艉端到首端沿轴向分为三个区域，这三个区域的长度比例为0.2:0.2:0.6。

作为本发明的改进，所述水润滑橡胶艉轴承的橡胶轴瓦从艉端到首端沿轴向的三个区域硬度分别为70HA、75HA、80HA。

作为本发明的改进，当水润滑橡胶艉轴承的长度小于1米时，水润滑橡胶艉轴承的橡胶轴瓦从艉端到首端沿轴向分为两个区域，这三个区域的长度比例为0.4:0.6。

总体而言，本发明根据水润滑橡胶艉轴承压力分布特征，将整个长艉轴承划分为硬度不同的几个区域，显著改善了水润滑橡胶艉轴承的压应力分布，并且有效沿周向延展了接触区域，整体上很好地改善了艉轴承的接触性能。

附图说明

图1是传统的板条式水润滑橡胶艉轴承示意图；

图2是本发明实施例中一种进行硬度分区后的水润滑橡胶艉轴承示意图；

图3为经过硬度分区设计的1/2轴系—艉轴承三维模型示意图；

图4为图3中的部分艉轴承的三维模型示意图；

图5为改进前后的底部轴瓦接触应力分布曲线对比图；

图6为改进前后的橡胶轴瓦接触压力沿轴向的分布图；