[发明专利]一种主动降低水润滑轴承磨损的装置及其方法

权利要求书

1.一种主动降低水润滑轴承磨损的方法，其特征在于，通过测量艉轴与水润滑轴承之间的水膜厚度，并进一步计算水膜厚度与摩擦副表面的综合粗糙度比值，判断水润滑轴承的润滑状态，如果水膜厚度与轴承摩擦副表面综合粗糙度的比值h/σ小于或等于4，说明此时水润滑轴承处于混合润滑或边界润滑状态，预示着艉轴外表面与水润滑轴承的轴瓦表面即将发生直接接触摩擦，此时推动水润滑轴承向左或向右移动，远离艉轴。

2.根据权利要求1所述的主动降低水润滑轴承磨损的方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：测量水膜厚度：将艉轴加工成空心艉轴，在艉轴内对应水润滑轴承中心的位置安装超声波探头，利用超声波探头实时测量其正对位置处的超声波的反射回波，并将反射回波发送给中枢控制单元，中枢控制单元接收反射回波并计算出实时水膜厚度h。

步骤2：判断是否需要推动水润滑轴承：中枢控制单元判断水膜厚度与轴承摩擦副表面综合粗糙度的比值h/σ是否小于等于4，如果判断h/σ≤4，则需要推动水润滑轴承；如果判断h/σ4，则不需要推动水润滑轴承，但仍然要利用超声波探头实时测量膜厚比h/σ的动态变化。

步骤3：推动水润滑轴承：在水润滑轴承下端安装轴承座避让单元，轴承座避让单元包括滑动板，在滑动板两端分别通过预紧弹簧和压电陶瓷机构对其施加推力；当h/σ≤4时，启动轴承座避让单元，并根据超声波探头转动到此周向位置的时间确定超声波探头此时所处的相位；如果相位在90°～270°的区间，则增大压电陶瓷的驱动电压使压电陶瓷伸长，并利用双连杆机构放大压电陶瓷的推力，从而推动滑动板挤压预紧弹簧，滑动板带动轴承座、水润滑轴承向左运动，改变水润滑轴承的位置，从而增大水膜厚度，提高艉轴与水润滑轴承之间的间隙，减小或者提前避免艉轴-轴承的接触摩擦磨损；如果相位在0°～90°或270°～360°的区间，则减小压电陶瓷的驱动电压使压电陶瓷缩短，由于预紧弹簧的作用，推动滑动板向右滑动，从而改变水润滑轴承的位置。

步骤4：继续利用超声波探头实时测量艉轴与水润滑轴承之间的水膜厚度，如果判断比值h/σ仍然小于等于4，则继续执行步骤3，以避让艉轴，增大两者之间的间隙或者安全距离。

3.根据权利要求2所述的主动降低水润滑轴承磨损的方法，其特征在于，步骤1的具体测量方法为：旋转空心艉轴并带动超声波探头，最终使得超声波探头处于水平位置，此时超声波探头转动的初始相位为0°；启动船舶电机，艉轴在实际工况中运转，利用旋转的超声波探头实时测量艉轴-水膜分界面的反射信号，并将此信号发送给中枢控制单元，中枢控制单元会利用快速傅里叶变换将反射信号转换为水膜厚度值；通过上述操作可得到超声波探头在任一时刻、任一周向位置的水膜厚度；利用粗糙度仪测量水润滑轴承内表面的粗糙度值以及艉轴外表面的粗糙度值，并计算可得两摩擦副的综合粗糙度σ。

4.一种主动降低水润滑轴承磨损的装置，其特征在于，该装置安装在艉轴系统下部，艉轴系统包括艉轴和水润滑轴承；装置的主体结构包括轴承座避让单元，轴承座避让单元包括滑动板、固定板、预紧弹簧和压电陶瓷机构；滑动板上端与水润滑轴承的轴承座固定连接，滑动板的下方为固定板，滑动板两端分别设置预紧弹簧和压电陶瓷机构；压电陶瓷机构包括压电陶瓷；通过预紧弹簧和压电陶瓷机构对滑动板施加推力，使其在固定板上左右滑动，从而带动与滑动板连接的水润滑轴承左右移动，改变水润滑轴承的位置。

5.根据权利要求4所述的主动降低水润滑轴承磨损的装置，其特征在于，滑动板的一端与固定板上的挡板和固定块通过双头螺柱连接，滑动板的另一端通过压电陶瓷机构与固定板上的U形墙连接；预紧弹簧位于挡板和滑动板之间的双头螺柱上。