專利名稱：傳動軸軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于航海船只和尤其(但不專門)用于輪船的傳動軸軸承。
背景技術(shù)：
大多數(shù)現(xiàn)代海軍用船和商船具有利用至少一個船內(nèi)發(fā)動機的在線推進系統(tǒng)，其中所述發(fā)動機藉助一些形式的軸驅(qū)動外部螺旋槳。
取決于船只的尺寸和所要求的性能，可計算發(fā)動機的功率要求、螺旋槳的尺寸和數(shù)量以及因此的傳動軸的尺寸和數(shù)量。為了將功率從發(fā)動機傳遞到螺旋槳上，各軸需要在軸承系統(tǒng)中被承載。用軸承支撐軸的船尾內(nèi)部結(jié)構(gòu)稱為軸管。傳動軸可另外通過船身外的軸承架來支撐，其中另外的軸支撐軸承系統(tǒng)裝配在所述軸承架上。對于該應用，軸通常具有150mm的最小直徑和15mm的所得軸承的最小壁厚。
常規(guī)地，軸支撐軸承以白金屬/油潤滑體系為基礎(chǔ)，但也使用非金屬/水潤滑體系，主要用于海軍應用。
在油潤滑體系中，存在軸管用密封系統(tǒng)。密封具有雙重功能；防止軸/軸承所要求的油潤滑劑損失，和防止水進入軸管。
通常認為，油密封件易于遭到來自含水環(huán)境中存在的外部物質(zhì)的損壞。在某些情況下，這種損壞可引起油損失，結(jié)果損壞軸承或水進入，這也可能對軸承有害。
對于白金屬軸承來說，油的損失可導致過高的溫度，而過高的溫度會引起對軸和軸承無法修補的損壞。類似地，水的進入可能對潤滑體系具有有害的影響，和也可導致對軸和軸承無法修補的損壞。
白金屬/油潤滑體系的替代體系是非金屬軸承/油潤滑體系。在這類應用中使用的非金屬軸承材料的典型實例是由Railko Ltd.制造的石棉纖維增強的酚醛樹脂軸承材料“WA8OH”。非金屬石棉纖維增強的酚醛樹脂軸承對油潤滑劑的損失和水的進入具有增加的耐受力。
常規(guī)地將非金屬軸承制成來源于白金屬軸承的既定設(shè)計，因此可取代金屬軸承。然而，在設(shè)計過程中，非金屬軸承具有額外的步驟，即計算軸與軸承之間的操作間隙。這一額外計算必須適應非金屬材料在油或水中的任何溶脹特性，和導致增加的運轉(zhuǎn)間隙。
非金屬軸承材料的溶脹度取決于軸承的徑向厚度，而且可高達1.5％。結(jié)果，提供1-3mm的運轉(zhuǎn)間隙軸承可能是必須的。大的運轉(zhuǎn)間隙將允許軸的過度徑向位移和可引起增加的軸承摩擦與發(fā)熱。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供減少至少一些前述問題的傳動軸軸承。
根據(jù)本發(fā)明，提供包括基本上為圓筒形軸套的傳動軸軸承，所述軸套的結(jié)構(gòu)包括內(nèi)層和圍繞該內(nèi)層的外層，其中內(nèi)層由包括熱固性樹脂的軸承材料制造，和外層由包括熱固性樹脂的材料制造，和外層在水中具有比軸承材料低的溶脹度。
本發(fā)明的軸承可用作現(xiàn)有金屬和非金屬軸承的直接替代品。內(nèi)部軸承層提供所要求的耐磨和低摩擦特性。外層支撐內(nèi)層和具有較低的溶脹度，從而顯著降低軸承作為整體所經(jīng)歷的溶脹量。結(jié)果，可制造軸承，以提供較小的運轉(zhuǎn)間隙，從而降低過度的徑向位移和避免軸承的過度摩擦和發(fā)熱。
有利地，內(nèi)層包括熱固性樹脂和增強材料。材料的這種組合提供所要求的軸承特性以及耐受潤滑劑的損失和潤滑劑的水污染。
增強材料可包括選自來源于種子和樹內(nèi)皮的植物纖維素纖維、纖維素粘膠纖維、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、芳族聚酰胺、聚苯并噁唑(polybenzoxyzole)、PTFE纖維和碳纖維中的纖維材料，或兩種或多種這些纖維的共混物。優(yōu)選纖維材料包括40％-100％的對芳族聚酰胺纖維、0％-30％的纖維素纖維和0％-50％的聚丙烯腈纖維的共混物。已發(fā)現(xiàn)材料的這種組合作用尤其良好。纖維材料也可包括小量的玻璃纖維，以增加軸承層的強度和在軸上產(chǎn)生拋光效果。
有利地，纖維材料包括紗線、織造纖維或非織造片材，和優(yōu)選為紗線，尤其是樹脂浸漬的紗線。有利地，增強材料占內(nèi)層重量的15％-60％，和優(yōu)選30％-60％。
熱固性樹脂可包括酚醛基樹脂、聚酯基樹脂或環(huán)氧基樹脂，和優(yōu)選酚醛基樹脂。熱固性樹脂可占內(nèi)層重量的25％-60％，和優(yōu)選30％-50％。
內(nèi)層可包括填料材料。填料材料可占內(nèi)層重量的0％-65％，和優(yōu)選0％-30％。內(nèi)層也可包括潤滑劑材料。潤滑劑材料可占內(nèi)層重量的0％-35％，和優(yōu)選10％-15％。
外層可包括熱固性樹脂和增強材料。
外層的增強材料可包括選自玻璃纖維、碳纖維、來源于種子和樹內(nèi)皮的植物纖維素纖維、纖維素粘膠纖維、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、芳族聚酰胺、聚苯并噁唑中的纖維材料，和或兩種或多種這些纖維的共混物。優(yōu)選外層的纖維材料包括40％-100％的玻璃纖維、0％-30％的纖維素纖維和0％-50％的聚丙烯腈纖維的共混物。
外層的纖維材料可包括紗線、織造織物或非織造片材，和優(yōu)選是紗線。
有利地，外層的纖維材料占外層重量的40％-100％，和優(yōu)選約70％。
有利地，外層的熱固性樹脂包括酚醛基樹脂、聚酯基樹脂或環(huán)氧基樹脂，和優(yōu)選酚醛基樹脂。有利地，熱固性樹脂占外層重量的20％-60％，和優(yōu)選約30％。
外層可包括填料材料。有利地，填料材料占外層重量的0％-65％，和優(yōu)選0％-30％。
內(nèi)層在水中可具有0.5％至1.5％的溶脹度。外層在水中的溶脹度小于0.5％，和優(yōu)選小于0.2％。
內(nèi)層的厚度為5mm-15mm，和優(yōu)選約10mm。外層的寬度可大于30mm。
有利地，傳動軸軸承包括油、水或二元醇基液體潤滑劑。
附圖的簡要說明現(xiàn)參考附圖，通過實施例描述本發(fā)明的實施方案。


圖1是傳動軸軸承的端視圖；圖2是沿圖1的線II-II的軸承側(cè)視圖，和圖3是沿圖2的線III-III的軸承的截面圖。
發(fā)明詳述傳動軸軸承包括基本上為圓筒形的軸套2，在使用過程中它裝配在輪船的軸管(未示出)內(nèi)。軸承可以是單或多軸套組件。在附圖所示的實施例中，軸承分為3個獨立的軸套組件2a、2b、2c，它們的一端與另一端彼此毗鄰。第一部分2a的外徑略大于第二部分2b的外徑，而第二部分2b的外徑略大于第三部分2c的外徑。這是為了簡化軸承插入到軸管內(nèi)的工藝，其中軸承與所述軸管具有重的靜壓配合。
基本上為圓筒形的鏜孔延伸通過軸套2，鏜孔的表面給延伸通過它的傳動軸(未示出)提供軸承表面8。在軸承表面8的兩側(cè)上提供作為挖去部分的兩個弧形油路10，以允許液體潤滑劑流動通過軸承。對于單螺旋槳推動船來說，通常彼此直徑方面相反地布置油路10，如圖中所示。在雙螺旋槳推動船中，油路通常在比軸套的水平直徑上方高約30°角度處布置。潤滑劑可以是油基、水基或二元醇基潤滑劑。在軸承的外表面內(nèi)提供銷槽12它使軸管內(nèi)的銷在安裝過程中輔助校正和防止軸承旋轉(zhuǎn)。
軸承的內(nèi)徑范圍可以是150mm至大于1000mm。其長度通常是其直徑的1.5至2.5倍。
軸承具有包括內(nèi)層14和圍繞該內(nèi)層的外層16的復合結(jié)構(gòu)。由具有低摩擦特性的非金屬軸承材料制造內(nèi)層14，和由溶脹度比軸承材料低的非金屬材料制造外層16。
內(nèi)層14的軸承材料包括熱固性樹脂和包封在樹脂內(nèi)的增強材料。
增強材料包括選自來源于種子和樹內(nèi)皮的植物纖維素纖維、纖維素粘膠纖維、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、芳族聚酰胺、聚苯并噁唑、PTFE纖維和碳纖維中的纖維材料，和或兩種或多種這些纖維的共混物。例如，纖維材料可由40％-100％、和優(yōu)選約65％的對或間芳族聚酰胺纖維，0％-30％、和優(yōu)選約18％的纖維素纖維(粘膠纖維)，和0％-50％、優(yōu)選約17％的聚丙烯腈(PAN)纖維的共混物組成。
纖維材料也可包括小量(即小于7％)玻璃纖維。盡管玻璃纖維具有磨損作用，但我們已發(fā)現(xiàn)包括小量可能是有利的，因為它起到拋光傳動軸表面的作用。
纖維材料優(yōu)選以樹脂浸漬的紗線形式提供，將其繞模具纏繞，形成軸套，結(jié)果是纖維繞軸套圓周向延伸。視需要，可螺旋狀纏繞紗線，以便纖維在圓周向和縱向兩個方向上延伸。
或者，可以織造織物的形式提供纖維材料，在此情況下，纖維將在圓周向和縱向兩個方向上延伸；或以非織造片材如針刺氈的形式提供纖維材料，在此情況下，纖維將在圓周向、徑向和縱向上延伸。
增強材料占內(nèi)層重量的15％-60％，和優(yōu)選30％-60％。
熱固性樹脂優(yōu)選酚醛基樹脂，例如甲酚與甲醛縮聚得到的酚醛基樹脂?；蛘?，可使用聚酯基樹脂或環(huán)氧基樹脂。樹脂通常占內(nèi)層重量的25％-60％，和優(yōu)選30％-50％。
內(nèi)層14也可包括填料材料，例如陶土、白堊或白云石。填料材料典型地占內(nèi)層重量的0％-65％，和優(yōu)選0％-30％。包括填料材料降低軸承的成本，且沒有顯著影響其性能。
內(nèi)層14可包括潤滑劑材料以降低軸承與傳動軸之間的摩擦。這可以是固體潤滑劑，例如石墨、PTFE或二硫化鉬，或液體潤滑劑，例如烴基油、硅油或聚酯基油。潤滑劑材料典型地占內(nèi)層重量的0％-35％，和優(yōu)選10％-15％。
外層16包括熱固性樹脂和包封在樹脂內(nèi)的增強材料。增強材料包括纖維材料，所述纖維材料優(yōu)選包括玻璃纖維，但也可包括碳纖維、來源于種子和樹內(nèi)皮的植物纖維素纖維、纖維素粘膠纖維、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、對或間芳族聚酰胺或聚苯并噁唑，或兩種或多種這些纖維的共混物。優(yōu)選纖維材料包括40％-100％的玻璃纖維、0％-30％的纖維素纖維和0％-50％的聚丙烯腈纖維的共混物。
纖維材料優(yōu)選呈樹脂浸漬的紗線形式，所述紗線繞模具纏繞，形成軸套，結(jié)果是纖維繞軸套圓周向延伸。視需要，可螺旋狀纏繞紗線，以便纖維在圓周向和縱向兩個方向上延伸。
或者，可以以織造織物或非織造片材如針刺氈形式提供纖維材料，在前一情況下，纖維將在圓周向和縱向兩個方向上延伸，在后一情況下，纖維將在圓周向、徑向和縱向上延伸。
熱固性樹脂優(yōu)選酚醛基樹脂，但也可以是聚酯基樹脂或環(huán)氧基樹脂。
外層16的纖維材料占外層重量的15％-80％，和優(yōu)選約70％。熱固性樹脂占外層重量的20％-60％，和優(yōu)選約30％。
外層16可包括填料材料，例如陶土、白堊或白云石。填料材料可占外層重量的0％-65％，和優(yōu)選0％-30％。
內(nèi)層14的厚度通常為5mm-15mm，和優(yōu)選約10mm。外層16的厚度通常大于30mm，最多80mm或更大。在與增強纖維層壓材料或線圈(winding)相垂直的方向上，內(nèi)層在水中的溶脹度通常為0.5％至1.5％，而在同一方向上，外層在水中的溶脹度小于0.5％，和優(yōu)選小于0.2％。
例如，在內(nèi)層厚度為10mm和溶脹度為1％，和外層厚度為50mm和溶脹度為0.1％的500mm軸承的情況下，軸套在水中的厚度僅僅增加0.15mm。500mm軸要求約0.9mm的最小運轉(zhuǎn)間隙，和這僅需要增加到約1.4mm，以適應軸承任何可能的溶脹。
以下給出了內(nèi)層和外層組成的一些實例。
內(nèi)層實施例1實施例2實施例3增強纖維55％ 35％ 35％樹脂45％ 35％ 35％填料0％30％ 20％潤滑劑 0％0％10％外層實施例1實施例2實施例3增強纖維70％ 35％ 40％
樹脂30％ 35％30％填料0％ 30％30％應當理解，還包括其它組成。
盡管內(nèi)層和外層可使用不同的樹脂材料，但那些材料優(yōu)選彼此相類似或至少相容。這允許兩種材料同時固化，從而在兩層之間提供改進的粘接和提供高的層間剪切強度。
權(quán)利要求
1.一種傳動軸軸承，它包括基本上為圓筒形的軸套，所述軸套的結(jié)構(gòu)包括內(nèi)層和圍繞該內(nèi)層的外層，內(nèi)層由包括熱固性樹脂的軸承材料制造，和外層由包括熱固性樹脂的材料制造，和外層在水中具有比軸承材料低的溶脹度。
2.權(quán)利要求1的傳動軸軸承，其中內(nèi)層包括熱固性樹脂和增強材料。
3.權(quán)利要求2的傳動軸軸承，其中增強材料包括選自來源于種子和樹內(nèi)皮的植物纖維素纖維、纖維素粘膠纖維、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、芳族聚酰胺、聚苯并噁唑、PTFE纖維和碳纖維的纖維材料，或兩種或多種這些纖維的共混物。
4.權(quán)利要求3的傳動軸軸承，其中纖維材料包括40％-100％的芳族聚酰胺纖維、0％-30％的纖維素纖維和0％-50％的聚丙烯腈纖維的共混物。
5.權(quán)利要求3-4任何一項的傳動軸軸承，其中纖維材料包括少量的玻璃纖維。
6.權(quán)利要求3-5任何一項的傳動軸軸承，其中纖維材料包括紗線、織造織物或非織造片材，和優(yōu)選為紗線。
7.權(quán)利要求2-6任何一項的傳動軸軸承，其中增強材料占內(nèi)層重量的15％-60％，和優(yōu)選30％-60％。
8.權(quán)利要求2-7任何一項的傳動軸軸承，其中熱固性樹脂包括酚醛基樹脂、聚酯基樹脂或環(huán)氧基樹脂，和優(yōu)選為酚醛基樹脂。
9.權(quán)利要求2-8任何一項的傳動軸軸承，其中熱固性樹脂占內(nèi)層重量的25％-60％，和優(yōu)選30％-50％。
10.前述任何一項權(quán)利要求的傳動軸軸承，其中內(nèi)層包括填料材料。
11.權(quán)利要求10的傳動軸軸承，其中填料材料占內(nèi)層重量的0％-65％，和優(yōu)選0％-30％。
12.前述任何一項權(quán)利要求的傳動軸軸承，其中內(nèi)層包括潤滑劑材料。
13.權(quán)利要求12的傳動軸軸承，其中潤滑劑材料占內(nèi)層重量的0％-35％，和優(yōu)選10％-15％。
14.前述任何一項權(quán)利要求的傳動軸軸承，其中內(nèi)層在水中的溶脹度為0.5％至1.5％。
15.前述任何一項權(quán)利要求的傳動軸軸承，其中內(nèi)層的厚度為5mm-15mm，和優(yōu)選約10mm。
16.前述任何一項權(quán)利要求的傳動軸軸承，其中外層包括熱固性樹脂和增強材料。
17.權(quán)利要求16的傳動軸軸承，其中外層的增強材料包括選自玻璃纖維、碳纖維、來源于種子和樹內(nèi)皮的植物纖維素纖維、纖維素粘膠纖維、聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈、芳族聚酰胺、聚苯并噁唑的纖維材料，或兩種或多種這些纖維的共混物。
18.權(quán)利要求17的傳動軸軸承，其中外層的纖維材料包括40％-100％的玻璃纖維、0％-30％的纖維素纖維0％-50％的聚丙烯腈纖維的共混物。
19.權(quán)利要求17或18的傳動軸軸承，其中外層的纖維材料包括紗線、織造織物或非織造片材，和優(yōu)選為紗線。
20.權(quán)利要求16-19任何一項的傳動軸軸承，其中外層的纖維材料占外層重量的15％-80％，和優(yōu)選約70％。
21.權(quán)利要求16-20任何一項的傳動軸軸承，其中外層的熱固性樹脂包括酚醛基樹脂、聚酯基樹脂或環(huán)氧基樹脂，和優(yōu)選為酚醛基樹脂。
22.權(quán)利要求16-21任何一項的傳動軸軸承，其中熱固性樹脂占外層重量的20％-60％，和優(yōu)選約30％。
23.前述任何一項權(quán)利要求的傳動軸軸承，其中外層包括填料材料。
24.權(quán)利要求23的傳動軸軸承，其中填料材料占外層重量的0％-65％，和優(yōu)選0％-30％。
25.前述任何一項權(quán)利要求的傳動軸軸承，其中外層在水中的溶脹度小于0.5％，和優(yōu)選小于0.2％。
26.前述任何一項權(quán)利要求的傳動軸軸承，其中外層的厚度大于30mm。
27.前述任何一項權(quán)利要求的傳動軸軸承，其包括油、水或二元醇基液體潤滑劑。
全文摘要
一種傳動軸軸承，包括基本上為圓筒形的軸套(2)，所述軸套的結(jié)構(gòu)包括內(nèi)層(14)和圍繞該內(nèi)層的外層(16)。內(nèi)層(14)由包括熱固性樹脂的軸承材料制造，和外層(16)由包括熱固性樹脂的材料制造，和外層在水中具有比軸承材料低的溶脹度。
文檔編號F16C33/20GK1596345SQ02823728
公開日2005年3月16日 申請日期2002年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月30日
發(fā)明者A·R·W·巴隆, T·D·比斯維爾, P·J·胡爾雷 申請人:雷爾科有限公司