[发明专利]一种具有功能分区结构的水润滑尾轴承

说明书

本发明公开了一种具有功能分区结构的水润滑尾轴承，包括橡胶内衬、高模量中间衬层和最外部的合金衬套，橡胶内衬的顶部和底部为未开槽区域，并且在橡胶内衬底部的未开槽区域中心处设有沿其轴向的缺口，橡胶内衬除去未开槽区域以外都是开槽区域，所述橡胶内衬的开槽区域的内表面设有均布的水槽；所述高模量中间衬层夹在橡胶内衬和合金衬套之间，所述高模量中间衬层底部设有与橡胶内衬的缺口配合的轴向凸起，轴向凸起顶部与橡胶内衬平齐，所述轴向凸起中部设有一个梯形截面水槽。该轴承结构简单，充分利用了多种材料和结构的优点，能够提高轴承的承载能力、润滑性能，满足轴承冷却及泥沙排泄需求，使轴承的综合性能最佳。

技术领域

本发明属于船舶机械领域，涉及一种水润滑尾轴承，具体涉及一种具有功能分区结构的水润滑尾轴承，是一种可以利用多种材料及结构的优点，提高运行时的承载能力、润滑性能、冷却能力和泥沙排泄能力的水润滑尾轴承。

背景技术

目前船舶尾轴承以油润滑白合金轴承为主，泄露的滑油会对航行水域造成污染，随着人们环保意识的增强和环保法规的日趋严格，水润滑轴承成为目前研究的热点。水润滑尾轴承是以水作为润滑介质，润滑水来源丰富、安全性好，而且省去了滑油和白合金的消耗，具有良好的社会效益和经济效益。但是水的黏度较低，润滑水的最小膜厚常常只有几微米，在低速重载和频繁启停工况下，水润滑尾轴承经常处于混合摩擦的状态，大量的摩擦热会进一步恶化轴承的性能，甚至将内衬烧毁。除此之外，目前常用的开式水润滑尾轴承无法避免泥沙污染的问题，当船舶在内河航行或者进出港口时，大量的泥沙会进入到轴承间隙，使内衬的摩擦磨损加剧。为了增强轴承的冷却散热和泥沙排泄能力，通常在轴承的内衬上设置一定数量的水槽，但是水槽会降低轴承的承载能力。增大内衬材料的弹性模量可以提高轴承的承载能力，但是轴承不易形成动压润滑。这些因素对水润滑尾轴承的材料和结构性能提出了更高的要求。

在轴承结构优化的研发上，研究人员主要集中在轴承的水槽横截面形状及水槽的布置方式等方面。水槽横截面形状可分为梯形、V形、U形等，不同横截面形状的水槽对轴承性能的影响各不相同，有文献研究表明：V形槽流场速度最大，但衬层变形较大，梯形槽承载面积大，衬层变形较小，但流动性能较差，U形槽的性能则介于两者之间，通过将V型槽用于轴承的负压区，梯形槽用于轴承的承压区，可以综合两种沟槽的优点，使轴承的冷却性能与承载性能均达到满意的程度。根据水槽在轴承周向的分布，轴承可分为部分开槽轴承和全开槽轴承，有研究表明：半开槽轴承的摩擦系数小于全开槽轴承，承载能力大于全开槽轴承，这是因为水润滑轴承的承压区主要分布在轴承的下半部，水槽的开设会使润滑水膜的压力分布不连续，相同的载荷下全开槽轴承的润滑状态更为恶劣。但是半开槽轴承的温升较大，在冷却水断流的工况下，能迅速上升到60℃以上，而全开槽轴承则可以持续在50℃下运转。另外对于开式水润滑轴承，冷却水中的杂质颗粒会在重力作用下沉降到轴承底部，使半开槽轴承的摩擦磨损加剧，而全开槽轴承的排泄能力较强，杂质颗粒的影响较小。因此，设置水槽就是通过牺牲一部分的承载能力、摩擦学性能来提高轴承的冷却性能和杂质排泄能力，可以通过优化水槽的结构来使轴承的综合性能达到最佳。

在轴承材料的研发方面，衬套一般使用海军黄铜或锡青铜，内衬材料的种类较多，主要包括橡胶及其改性物、高分子材料及其改性物等。橡胶和高模量塑料是目前性能较好，研究较为热门的轴承材料。橡胶(比如丁腈橡胶)的抗冲击和吸振能力强，弹性模量较小，对因制造误差、安装不当以及船体变形引起的尾轴失中适应性好，而且在运行中更易形成动压润滑，但是其承载能力较小。高模量塑料(比如超高分子量聚乙烯、、聚四氟乙烯、聚氨酯等)弹性模量较大，承载能力强，但是不利于轴承形成动压润滑。可以通过将薄层橡胶铺设在高模量塑料内衬上，形成复合结构，从而充分利用两种材料的优势，提升轴承的性能。

综上所述，水润滑尾轴承的结构和材料优化，对于水润滑尾轴承性能的提升有着非常重要的意义，可以有效提高运行时的承载能力、润滑性能、冷却能力和泥沙排泄能力，延长其服役时间，利于水润滑尾轴承的推广应用。

发明内容