【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于轴承设计，涉及一种轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承。
技术介绍
1、艉轴承是船舶推进轴系的关键组件，承担着支撑和润滑轴系的重要功能。水润滑艉轴承使用天然水作为润滑介质，具备环境友好和结构简单等优点。然而，水的粘度远低于传统润滑油的粘度，而轴承承载力与粘度成正比。因此，同等条件下水润滑轴承的承载力要明显低于油润滑轴承。当轴系处于低速或启停工况时，流体动压效应减弱，上述问题变得更为突出，此时轴颈与轴瓦间的水膜厚度已与摩擦副表面粗糙度处于同一量级，导致轴承处于混合润滑状态，容易引发严重的摩擦磨损，有时还会出现振动噪声问题。此外，随着现代船舶不断向大型化发展，螺旋桨自身重力和工作时的推力日益增加，一方面会导致轴承载荷大幅增加，另一方面螺旋桨悬垂载荷会引起艉轴发生弯曲变形和偏斜，致使轴颈与轴瓦在边缘处产生局部固体接触，从而引发更严重的摩擦磨损或振动噪声问题，迫切需要有效措施来减小艉轴承的载荷水平并改善其润滑状态。遗憾的是，对于现代化船舶而言，艉轴承的可靠性要求极高，而且工况还需要根据任务不断调整，致使像静压水润滑轴承或动静压水润滑轴承的应用受到限制，而水润滑艉轴承一旦出现问题，所产生的影响可能是灾难性的。
2、得益于我国稀土永磁材料的迅猛发展，一种永磁-水润滑复合轴承的设计被提出，其核心思想是在传统水润滑轴承轴瓦内衬局部布置一定数量的永磁体，从而利用永磁体对艉轴上的磁性轴套施加磁力，使艉轴施加到轴承轴瓦上的载荷大幅减小，从而极大地改善水润滑艉轴承的润滑状态，能有效降低水润滑艉轴承的摩擦磨损，提高其寿命。然而，
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承，克服整体式永磁-水润滑复合轴承设计中存在的结构局限性，提高轴承工况适应性，降低轴承材料方面的要求及轴承在制造、加工、安装方面的难度。本专利技术能够为海洋装备提供更优异的艉轴承，提高其运行稳定性和可靠性，延长关键部件的服役寿命。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承，所述的分体式永磁-水润滑复合轴承应用于船舶推进轴系，包括磁力承载模块、磁性轴套7、磁体安装基座8和水润滑轴承10。所述磁力承载模块与水润滑轴承10沿艉轴1轴向并列布置，在磁力承载模块与水润滑轴承10间的船体12与艉轴1间设有动密封结构9。所述磁力承载模块布置在动密封结构9远离螺旋桨11的一侧，完全与工作介质13隔离，避免磁力承载模块面临介质腐蚀、杂质磨损及海洋生物污染；所述水润滑轴承10布置在动密封结构9外靠近螺旋桨11的一侧，整体浸泡于工作介质13中。
4、所述磁力承载模块包括金属外壳2、位于金属外壳2内的定位格栅3、位于定位格栅3内的永磁体阵列6、位于定位格栅3和永磁体阵列6靠近艉轴1表面一侧的封装层4、位于两侧的防碰磨瓦块5；所述金属外壳2选用磁性材料，为半圆柱壳结构，两侧加工有耳板结构，通过耳板与磁体安装基座8固定连接；所述定位格栅3用于永磁体阵列6的安装定位，与金属外壳2内侧壁面固定连接；所述永磁体依靠磁力吸附于所述金属外壳2内侧壁面之上，布置于所述定位格栅3内，形成永磁体阵列6；所述永磁体阵列6排布方式和单个永磁体的参数根据实际使用要求通过计算分析获得，以满足整个系统对磁力大小的要求；所述封装层4覆盖于所述定位格栅3和永磁体阵列6靠近艉轴1表面一侧，采用非磁性高分子材料，对永磁体进行必要保护；所述防碰磨瓦块5位于磁力承载模块的两侧，采用弹性和抗摩擦磨损性能好的高分子材料制成，具体材料可选择超高分子量聚乙烯、赛龙、聚醚醚酮、聚酰亚胺、尼龙等；所述防碰磨瓦块5外表面固定于金属外壳2内侧壁面，其内表面与磁性轴套7外表面存在一定间隙c2，且c2要略小于封装层4与磁性轴套7外表面间隙c1，确保艉轴1在遭受异常载荷时所述磁性轴套7首先与所述防碰磨瓦块5发生碰撞或摩擦，从而保护所述封装层4及所述永磁体阵列6。
5、所述的磁性轴套7为高导磁的磁性材料，整体为筒状结构，采用轻度过盈配合安装于艉轴1上，永磁体阵列6的磁场作用在所述磁性轴套7上，再由所述磁性轴套7通过接触作用传递给艉轴1，从而部分承担艉轴1及螺旋桨11所受的重力载荷，最终减小艉轴1对水润滑轴承10的载荷作用；所述磁性轴套7的轴向长度大于所述金属外壳2的轴向长度，以防止产生漏磁致使艉轴1表现出磁性。
6、所述磁体安装基座8底部与船体12连接；所述磁体安装基座8是磁力承载模块的关键支撑组件，具有轴向、周向、径向调节功能，可以实现对磁力承载模块的位置调节，更好地适应艉轴1可能出现的偏斜问题，同时可以通过调整磁力承载模块与艉轴1的相对距离来设定磁力对艉轴1的吸力大小。
7、所述水润滑轴承10为筒状结构，由金属材质的外壳和高分子材质的内部轴瓦组成，通过轴承座安装于靠近螺旋桨11的船体12上；进一步的，所述水润滑轴承10的轴瓦材料采用润滑性能好的高分子材料，包括超高分子量聚乙烯、赛龙、聚醚醚酮、聚酰亚胺、尼龙等；进一步的，因磁力承载模块减小了水润滑轴承的载荷，因此所述水润滑轴承10可采用短轴承设计，从而提高所述水润滑轴承10的动力学稳定性，同时减小艉轴1偏斜导致的局部磨损问题。
8、本专利技术与现有技术相比，存在以下有益效果：
9、(1)本专利技术通过将整体式永磁-水润滑复合轴承中的永磁体与水润滑轴承进行结构上的拆分，有效地消除了磁力承载模块和水润滑轴承模块在空间、尺寸、性能方面的相互制约，为实现各模块的独立优化设计提供了更大便捷，使各模块的设计、制造、装配、运维等各环节的难度和成本大幅降低。
10、(2)本专利技术可以通过提高永磁体阵列的永磁体数量或优化永磁体阵列的排布方式来提高承载力，使水润滑轴承模块的载荷大幅降低，改善水润滑轴承的润滑状态。与此同时，可以通过缩短水润滑轴承的轴向长度来提高其动力稳定性和对轴颈偏斜的适应性，有利于改善艉轴承偏载引发的艉端磨损效应，即小长径比水润滑轴承与大磁力永磁承载模块的并列式联合承载能够更好地适应艉轴轴系的重载和偏载工况，确保艉轴轴系具有良好的动力学稳定性。
11、(3)现有整体式永磁-水润滑复合轴承中磁力承载模块、磁性轴套、轴承集合在一起，且都浸泡于工作介质中，需兼具磁学性能、摩擦学性能和耐蚀性能，对材料要求极高，研制难度大、成本高昂。本专利技术中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承，其特征在于，所述的分体式永磁-水润滑复合轴承包括磁力承载模块、磁性轴套(7)、磁体安装基座(8)和水润滑轴承(10)；所述磁力承载模块与水润滑轴承(10)沿艉轴(1)轴向并列布置，在磁力承载模块与水润滑轴承(10)间的船体(12)与艉轴(1)间设有动密封结构(9)；所述水润滑轴承(10)布置在动密封结构(9)外靠近螺旋桨(11)的一侧，整体浸泡于工作介质(13)中；
2.根据权利要求1所述的一种轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承，其特征在于：所述磁力承载模块中：所述金属外壳(2)选用磁性材料，为半圆柱壳结构，两侧加工有耳板，通过耳板与磁体安装基座(8)固定连接；所述定位格栅(3)用于永磁体阵列(6)的安装定位，与金属外壳(2)内侧壁面固定连接；所述永磁体依靠磁力吸附于所述金属外壳(2)内侧壁面之上，布置于所述定位格栅(3)内，形成永磁体阵列(6)；所述永磁体阵列(6)排布方式和单个永磁体的参数根据实际使用要求通过计算分析获得，以满足整个系统对磁力大小的要求；所述封装层(4)覆盖于所述定位格栅(3)和永磁体阵列(6)靠近艉
3.根据权利要求1所述的一种轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承，其特征在于：所述的磁力承载模块还包括防碰磨瓦块(5)，位于磁力承载模块的两侧，防碰磨瓦块(5)外表面固定于金属外壳(2)内侧，另一侧面向磁性轴套(7)。
4.根据权利要求4所述的一种轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承，其特征在于：所述防碰磨瓦块(5)内表面与磁性轴套(7)外表面存在间隙C2，且C2小于封装层(4)与磁性轴套(7)外表面间隙C1，确保艉轴(1)在遭受异常载荷时磁性轴套(7)首先与防碰磨瓦块(5)发生碰撞或摩擦，从而保护封装层(4)及永磁体阵列(6)。
5.根据权利要求1所述的一种轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承，其特征在于：所述的磁性轴套(7)为高导磁的磁性材料，整体为筒状结构，采用轻度过盈配合安装于艉轴(1)上，永磁体阵列(6)的磁场作用在所述磁性轴套(7)上，再由磁性轴套(7)通过接触作用传递给艉轴(1)，从而部分承担艉轴(1)及螺旋桨(11)所受的重力载荷，最终减小艉轴(1)对水润滑轴承(10)的载荷作用；所述磁性轴套(7)的轴向长度大于所述金属外壳(2)的轴向长度，以防止产生漏磁致使艉轴(1)表现出磁性。
6.根据权利要求1所述的一种轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承，其特征在于：所述磁体安装基座(8)底部与船体(12)连接；所述磁体安装基座(8)是磁力承载模块的关键支撑组件，具有轴向、周向、径向调节功能，实现对磁力承载模块的位置调节，同时可以通过调整磁力承载模块与艉轴(1)的相对距离来设定磁力对艉轴(1)的吸力大小。
7.根据权利要求1所述的一种轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承，其特征在于：所述水润滑轴承(10)为筒状结构，由金属材质的外壳和高分子材质的内部轴瓦组成，通过轴承座安装于靠近螺旋桨(11)的船体(12)上。
8.根据权利要求1所述的一种轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承，其特征在于：所述防碰磨瓦块(5)采用弹性和抗摩擦磨损性能好的高分子材料制成，包括超高分子量聚乙烯、赛龙、聚醚醚酮、聚酰亚胺、尼龙。
9.根据权利要求1所述的一种轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承，其特征在于：所述水润滑轴承(10)可采用短轴承结构设计，其轴瓦材料采用润滑性能好的高分子材料。
10.一种权利要求1-9任一所述的轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承，其特征在于：所述的分体式永磁-水润滑复合轴承应用于船舶推进轴系，通过永磁体阵列(6)和水润滑轴承(10)协同作用，实现对艉轴(1)和螺旋桨(11)的轴向并列式联合支撑。
...【技术特征摘要】
1.一种轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承，其特征在于，所述的分体式永磁-水润滑复合轴承包括磁力承载模块、磁性轴套(7)、磁体安装基座(8)和水润滑轴承(10)；所述磁力承载模块与水润滑轴承(10)沿艉轴(1)轴向并列布置，在磁力承载模块与水润滑轴承(10)间的船体(12)与艉轴(1)间设有动密封结构(9)；所述水润滑轴承(10)布置在动密封结构(9)外靠近螺旋桨(11)的一侧，整体浸泡于工作介质(13)中；
2.根据权利要求1所述的一种轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承，其特征在于：所述磁力承载模块中：所述金属外壳(2)选用磁性材料，为半圆柱壳结构，两侧加工有耳板，通过耳板与磁体安装基座(8)固定连接；所述定位格栅(3)用于永磁体阵列(6)的安装定位，与金属外壳(2)内侧壁面固定连接；所述永磁体依靠磁力吸附于所述金属外壳(2)内侧壁面之上，布置于所述定位格栅(3)内，形成永磁体阵列(6)；所述永磁体阵列(6)排布方式和单个永磁体的参数根据实际使用要求通过计算分析获得，以满足整个系统对磁力大小的要求；所述封装层(4)覆盖于所述定位格栅(3)和永磁体阵列(6)靠近艉轴(1)表面一侧，采用非磁性高分子材料，对永磁体进行保护。
3.根据权利要求1所述的一种轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承，其特征在于：所述的磁力承载模块还包括防碰磨瓦块(5)，位于磁力承载模块的两侧，防碰磨瓦块(5)外表面固定于金属外壳(2)内侧，另一侧面向磁性轴套(7)。
4.根据权利要求4所述的一种轴向并列的分体式永磁-水润滑复合轴承，其特征在于：所述防碰磨瓦块(5)内表面与磁性轴套(7)外表面存在间隙c2，且c2小于封装层(4)与磁性轴套(7)外表面间隙c1，确保艉轴(1)在遭受异常载荷时磁性轴套(7)首先与防碰磨瓦块(5)发生碰撞或摩擦，从而保护封装层(4)及永磁体阵列(6)。
5.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：马国军，郭铭，周孟德，刘巍，吴成伟，夏阳，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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