【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于轴承设计，涉及一种多级变刚度变阻尼复合轴承。
技术介绍
0、技术背景
1、艉轴承是一种径向液体滑动轴承，有时也被称为尾轴承，它位于船舶推进轴系靠近螺旋桨侧，对整个螺旋桨和轴系起到径向支撑作用，是船舶推进系统中一个极为关键的部件。无论是水面还是水下舰船，螺旋桨运转时引发的惯性力、非均匀流场对螺旋桨的激振力和其它各种不确定性载荷将主要通过艉轴承传递到艉轴承支座上，进而激起船体结构的振动和声辐射，所以艉轴承对船舶振动噪声水平有着重要影响。特别是对现代化船舶来说，过大的振动噪声不仅影响船舶上精密仪器的精度与性能，更会让船员遭受听力损伤的风险。同时，艉轴和螺旋桨的巨大重量将使艉轴承承受严重的偏载并使艉轴产生不可忽略的倾斜和弯曲变形，在边缘处轴颈与轴瓦可能产生局部接触，从而引发严重的摩擦磨损或振动噪声。随着船舶吨位的增加，这种偏载带来的不利影响将更为突出。此外，对于巡逻船、海警船而言，其工况需要根据任务不断变化，如在隐蔽巡逻时需要低转速运行，而紧急机动时又需要高转速运行。低转速时轴承流体动压效应弱，艉轴承将处于极为不利的混合润滑状态，高转速意味着轴系载荷大、振动大，艉轴承同样需要能适应这种变工况。因此，艉轴承必须具有良好的载荷适应性、变形顺从性和优异的抗摩擦磨损性能，从而能适应上述各种环境和工况。
2、为了改善艉轴承性能，目前人们主要从轴瓦材料和结构优化设计两方面入手。在材料方面，早期主要采用金属基材料和木质基材料，但金属材料存在海水腐蚀和对轴颈磨损严重等问题，而木质基材料存在资源性限制，现在都较少使用
3、综上所述，目前艉轴承的设计还无法满足其综合性能要求，迫切需要开展新的设计。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种多级变刚度变阻尼复合轴承，可以使轴承更好地应对变工况、重载和偏载等情况，能有效降低轴承局部摩擦磨损，拟制轴系振动，减少甚至消除振动所诱发的噪声问题。此外，该轴承天然具备对复杂非线性动态载荷的自适应性，用于船舶艉轴承时能极大增强船舶机动灵活性，提高轴系关键部件的可靠性。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种多级变刚度变阻尼复合轴承，其包括：轴瓦1、变刚度变阻尼夹层2、金属外壳3；所述轴瓦1为筒状结构；所述金属外壳3为筒状结构，作为该复合轴承的支撑结构件。所述变刚度变阻尼夹层2位于轴瓦1与金属外壳3二者夹层之间。
4、进一步地，所述轴瓦1为单层结构，其材料采用超高分子量聚乙烯、赛龙、聚醚醚酮、聚酰亚胺等摩擦磨损性能佳的高分子材料。
5、进一步地，所述变刚度变阻尼夹层2包含多级变刚度变阻尼胞元阵列，所述多级变刚度变阻尼胞元沿艉轴承轴向与径向阵列于轴瓦1与金属外壳3之间，起到对轴瓦1的支撑作用。
6、进一步地，所述多级变刚度变阻尼轴瓦胞元为塔状结构，包括多级子结构(第一级子结构、第二级子结构、第三级子结构……第n级子结构)，各级子结构的顶端曲率与轴瓦1外壁面曲率相同，各级子结构的底端曲率与金属外壳3内壁面曲率相同，第一级子结构顶端初始时与轴瓦1外壁面接触，之后的第二级子结构至第n级子结构与轴1瓦外壁面均为间隙配合，且配合间隙随子结构级数增大而增大，所述各级子结构的底端全部与金属外壳3内壁面固定连接。
7、进一步地，所述第一级子结构横截面为矩形结构，所述第二级子结构至第n级子结构横截面为回形，所述各级子结构间存在一定间隙，第一级子结构布置于多级变刚度轴瓦胞元正中心处，第二级子结构至第n级子结构以第一级子结构为中心，逐级向外扩张布置，形成胞元结构。
8、进一步地，在设计所述多级变刚度变阻尼轴瓦胞元的各级子结构时，可以从舰船推进轴系承受的实际动态负荷出发，优先选择具备适宜弹性模量和阻尼特性的材料。在面临材料选择限制时，还可以通过调整多级变刚度变阻尼胞元结构的形状与尺寸，实现对不同负载工况的有效响应，极大程度地保证刚度和阻尼调节的灵活性，增强动态响应调节的普适性。
9、本专利技术的有益效果在于：
10、(1)本专利技术多级变刚度变阻尼复合轴承中的轴瓦直接与轴颈接触，轴瓦材料采用超高分子量聚乙烯、赛龙、聚醚醚酮、聚酰亚胺、尼龙等摩擦磨损性能佳的高分子材料，此类材料拥有良好的自润滑性能，能有效改善艉轴承在低速重载下的润滑特性，降低摩擦功耗，极大地增强艉轴承的抗磨损能力，从而显著延长轴承的使用寿命。
11、(2)本专利技术多级变刚度变阻尼复合轴承中的夹层选用具有良好弹性和阻尼特性的材料，能够弱化轴颈倾斜、偏载和重载等恶劣工况的不良影响，降低荷载的不均匀性。同时，夹层材料良好的阻尼特性对抑振发挥着关键作用，降低振动对结构寿命和噪声造成的负面影响。
12、(3)本专利技术多级变刚度变阻尼复合轴承中的夹层采用多级结构，随着载荷的增加，各级子结构将依次与轴瓦接触，致使轴瓦的接触刚度和阻尼都逐渐增加，从而形成对载荷的自适应性，能够快速自动响应轴系振动，显著增强轴系的动力学稳定性。
13、(4)变刚度变阻尼轴承夹层的刚度和阻尼调节可以通过选用不同材料来实现，也可以对变刚度变阻尼胞元中子结构的级数、尺寸、形状等进行调节，各级子结构可以采用同种材料，也可以采用不同材料，赋予了设计上的灵活性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种多级变刚度变阻尼复合轴承，其特征在于，所述的多级变刚度变阻尼复合轴承包括轴瓦(1)、变刚度变阻尼夹层(2)、金属外壳(3)；所述轴瓦(1)为筒状结构；所述金属外壳(3)为筒状结构，作为该复合轴承的支撑结构件；所述变刚度变阻尼夹层(2)位于轴瓦(1)与金属外壳(3)二者夹层之间。
2.根据权利要求1所述的一种多级变刚度变阻尼复合轴承，其特征在于，所述轴瓦(1)为单层结构，其材料采用超高分子量聚乙烯、赛龙、聚醚醚酮、聚酰亚胺的高分子材料。
3.根据权利要求1所述的一种多级变刚度变阻尼复合轴承，其特征在于，所述变刚度变阻尼夹层(2)包含多级变刚度变阻尼胞元阵列，所述多级变刚度变阻尼胞元沿艉轴承轴向与径向阵列于轴瓦(1)与金属外壳(3)之间，起到对轴瓦(1)的支撑作用。
4.根据权利要求3所述的一种多级变刚度变阻尼复合轴承，其特征在于，所述多级变刚度变阻尼轴瓦胞元为塔状结构，包括多级子结构：第一级子结构、第二级子结构、第三级子结构……第N级子结构；各级子结构的顶端曲率与轴瓦(1)外壁面曲率相同，各级子结构的底端曲率与金属外壳(3)内壁面曲率相同
5.根据权利要求4所述的一种多级变刚度变阻尼复合轴承，其特征在于，所述第一级子结构横截面为矩形结构，所述第二级子结构至第N级子结构横截面为回形，所述各级子结构间存在一定间隙，第一级子结构布置于多级变刚度轴瓦胞元正中心处，第二级子结构至第N级子结构以第一级子结构为中心，逐级向外扩张布置，形成胞元结构。
6.根据权利要求4所述的一种多级变刚度变阻尼复合轴承，其特征在于，在设计所述多级变刚度变阻尼轴瓦胞元的各级子结构时，基于舰船推进轴系承受的实际动态负荷，选择具备适宜弹性模量和阻尼特性的材料；在材料选择受限时，通过调整多级变刚度变阻尼胞元结构的形状与尺寸，实现对不同负载工况的响应。
...【技术特征摘要】
1.一种多级变刚度变阻尼复合轴承，其特征在于，所述的多级变刚度变阻尼复合轴承包括轴瓦(1)、变刚度变阻尼夹层(2)、金属外壳(3)；所述轴瓦(1)为筒状结构；所述金属外壳(3)为筒状结构，作为该复合轴承的支撑结构件；所述变刚度变阻尼夹层(2)位于轴瓦(1)与金属外壳(3)二者夹层之间。
2.根据权利要求1所述的一种多级变刚度变阻尼复合轴承，其特征在于，所述轴瓦(1)为单层结构，其材料采用超高分子量聚乙烯、赛龙、聚醚醚酮、聚酰亚胺的高分子材料。
3.根据权利要求1所述的一种多级变刚度变阻尼复合轴承，其特征在于，所述变刚度变阻尼夹层(2)包含多级变刚度变阻尼胞元阵列，所述多级变刚度变阻尼胞元沿艉轴承轴向与径向阵列于轴瓦(1)与金属外壳(3)之间，起到对轴瓦(1)的支撑作用。
4.根据权利要求3所述的一种多级变刚度变阻尼复合轴承，其特征在于，所述多级变刚度变阻尼轴瓦胞元为塔状结构，包括多级子结构：第一级子结构、第二级子结构、第三级子结构……第n级子结构；各级...
【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，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。