一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构的制作方法

1.本发明涉及一种通过释放轴承弯曲自由度的应用于船舶长轴结构，具体涉及一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，属于动力传输领域。


背景技术：

2.船舶轴系是实现发动机与推进器的能量传递、同时又将螺旋桨旋转产生的轴向推力通过轴系传递给船体，推进船舶前进的系统，是船舶动力装置系统中必不可少的重要部件。船舶轴系的主要部件有：螺旋桨轴、中间轴、轴承、联轴器，舰轴管装置。船舶轴系由于主机不均匀传递力矩、安装上的误差、制造的误差，以及自身质量的不平衡，会产生轴系的扭转振动和横向振动；螺旋桨在船艇不均匀流场中旋转，产生不均匀的推力和交变弯曲力矩，螺旋桨的激振力可以使船舶推进轴系产生扭转、横向、纵向振动以及这些振动形式的藕合。船舶轴系的动力学分析目的是判断转子系统在额定工况下是否存在扭转、横向回转及纵向振动问题。
3.螺旋桨的转速通常比较低，大致在100-200r/min左右；通常需要尽可能提高轴系的一阶回转振动固有频率，增大轴系的一阶回转固有频率与轴系额定回转频率的避开率，有效避免一阶回转共振。
4.船舶轴系通常的布置形式如图1所示，分别在减速器与支撑轴承、支撑轴承之间以及支撑轴承与螺旋桨系统之间设置联轴器，在传递功率的同时可以补偿两端设备之间的对中误差，该对中误差可能由找中偏差、热膨胀、船体变形、机组运行动态力等因素引起。
5.轴系在运行中联轴器的角向补偿、径向补偿及轴向补偿的偏移形式如图2所示，旋转轴系运行时出现的实际偏移往往是同时兼有三种偏移型式。在轴系动力学理论分析中，膜盘可等效为一个弯曲刚度极低的铰点。单铰点联轴器由于其仅能补偿纯角度偏移，绝大多数的轴系中采用两铰点联轴器实现角向和径向偏移补偿。
6.对于一些特定工况下船舶轴系的动力学分析中，其一阶回转固有频率较低，存在共振风险。


技术实现要素：

7.本发明为了解决船舶轴系对于一些特定工况下船舶轴系的动力学分析中，其一阶回转固有频率较低，存在共振风险的问题，进而需要提供一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构。
8.本发明通过以下方案解决上述技术问题：
9.一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，它包括第一联轴器、第一传动轴、第一支撑轴承组件、第二联轴器、第二传动轴、第二支撑轴承组件、第三联轴器、第三传动轴和第四联轴器；第一联轴器、第一传动轴、第一支撑轴承组件、第二联轴器、第二传动轴、第二支撑轴承组件、第三联轴器、第三传动轴和第四联轴器沿轴向方向顺次连接，且减速器与第一联轴器的一端固定连接，第四联轴器的一端与螺旋桨系统连接。
10.进一步地，第一支撑轴承组件与第二支撑轴承组件结构相同。
11.进一步地，第一支撑轴承组件包括基座法兰、橡胶垫、深沟球轴承和短轴；深沟球轴承套装在短轴上，基座法兰套装在深沟球轴承外部，且基座法兰和深沟球轴承之间设有橡胶垫。
12.进一步地，橡胶垫包裹在深沟球轴承的外圈上。
13.进一步地，第一支撑轴承组件还包括第一挡环和第二挡环，短轴包括第一短轴和第二短轴，第一短轴和第二短轴同轴相对设置，第一挡环和深沟球轴承内圈套设在第一短轴上，第二挡环套设在第一短轴和第二短轴上，深沟球轴承内圈位于第一挡环和第二挡环之间。
14.进一步地，第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器和第四联轴器为结构相同的联轴器。
15.进一步地，第一联轴器的一端与减速器转轴的输出端固定连接，第一联轴器的另一端与第一传动轴的一端固定连接，第一传动轴的另一端与第一支撑轴承组件第一短轴固定连接，第一支撑轴承组件的第二短轴与第二联轴器的一端固定连接，第二联轴器的另一端与第二传动轴的一端固定连接，第二传动轴的另一端与第二支撑轴承组件的第一短轴固定连接，第二支撑轴承组件的第二短轴与第三联轴器的一端固定连接，第三联轴器的另一端与第三传动轴的一端固定连接，第四联轴器的一端与螺旋桨系统转轴输入端固定连接，第三传动轴的另一端与第四联轴器的一端固定连接。
16.本发明最为突出的特点和显著的有益效果是：
17.1.本技术在减速器与螺旋桨系统之间设置若干个释放弯曲自由度的第一支撑轴承组件3。减速器与释放弯曲自由度的第一支撑轴承组件3，释放弯曲自由度的第一支撑轴承组件3之间，释放弯曲自由度的第一支撑轴承组件3与螺旋桨系统之间布置单铰点联轴器。第一支撑轴承组件3是由深沟球轴承外圈设置橡胶垫构成，深沟球轴承起到径向支撑作用，通过外圈放置橡胶垫使得轴承外圈与基座法兰可相对转动，相当于释放了轴系此处的弯曲自由度，可补偿同轴度误差，在轴系简化中相当于单铰点联轴器与支撑轴承的复合系统。图3所示的轴系结构布置形式，单铰点联轴器与释放弯曲自由度的第一支撑轴承组件3形式，构成双铰点轴系系统，可实现角向和径向偏移补偿功能；释放弯曲自由度的第一支撑轴承组件3的弯曲刚度大大高于单铰点联轴器弯曲刚度。图3轴系系统相较于目前常规应用的图2系统，将其中一个单铰点联轴器替换为释放弯曲自由度的支撑轴承，在满足轴系各项补偿功能的同时，又提高该位置弯曲刚度。进而提高轴系一阶回转固有频率，改善轴系动力学特性。
18.2、轴系改进原有的双铰点联轴器与第一支撑轴承组件采用单铰点联轴器与释放弯曲自由度的支撑轴承布置形式，增大轴系整体刚度，提高轴系一阶回转固有频率，改善轴系的动力学特性。降低了轴系系统对不平衡响应的敏感度，提高系统稳定性。
19.3、改进后的轴系结构较原有轴系结构，减少了联轴器组件，精简结构。改进后，轴系整体重量降低，提高船舶航行或作战机动性。
20.4、深沟球轴承外圈加橡胶垫，增加系统阻尼，能有效抑制转子系统对船体的振动。
21.5、本技术根据固有频率公式w＝k/m^0.5，其中，w为计算固有频率，k为轴系弯曲等效刚度，m为轴系等效质量。由于长轴系跨距较大，轴系等效质量的降低能力受到限制，只能
寻求通过增大轴系弯曲等效刚度方法，可在增大轴系一阶回转固有频率，提高一阶回转固有频率与工作转速的避开率，使得轴系具有良好的动力学特性。
附图说明
22.图1为现有技术船舶轴系结构布置形式示意图。
23.图2为联轴器的角向补偿、径向补偿及轴向补偿的偏移形式示意图，图中a饺点为角向补偿，b饺点为径向补偿，c饺点为轴向补偿。
24.图3为本技术整体结构示意图。
具体实施方式
25.具体实施方式一：结合图3对本实施方式进行说明，本实施方式给出的一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，其特征在于：它包括第一联轴器1、第一传动轴2、第一支撑轴承组件3、第二联轴器4、第二传动轴5、第二支撑轴承组件6、第三联轴器7、第三传动轴8和第四联轴器9；第一联轴器1、第一传动轴2、第一支撑轴承组件3、第二联轴器4、第二传动轴5、第二支撑轴承组件6、第三联轴器7、第三传动轴8和第四联轴器9沿轴向方向顺次连接，且减速器与第一联轴器1的一端固定连接，第四联轴器9的一端与螺旋桨系统连接。
26.本技术的轴系改进原有的双铰点联轴器与支撑轴承布置形式，采用单铰点联轴器与释放弯曲自由度的支撑轴承布置形式，增大轴系整体刚度，提高轴系一阶回转固有频率，改善轴系的动力学特性。降低了轴系系统对不平衡响应的敏感度，提高系统稳定性。此布置形式可用于传动长轴系系统，如船舶艉轴系统或航空垫升轴系系统等。
27.具体实施方式二：结合图3对本实施方式进行说明，本实施方式给出的一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，第一支撑轴承组件3与第二支撑轴承组件6结构相同。其它结构连接关系和具体实施方式一相同。
28.具体实施方式三：结合图3对本实施方式进行说明，本实施方式给出的一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，第一支撑轴承组件3包括基座法兰、橡胶垫、深沟球轴承和短轴；深沟球轴承套装在短轴上，基座法兰套装在深沟球轴承外部，且基座法兰和深沟球轴承之间设有橡胶垫。其它结构连接关系和具体实施方式一相同。
29.具体实施方式四：结合图3对本实施方式进行说明，本实施方式给出的一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，橡胶垫包裹在深沟球轴承的外圈上。其它结构连接关系和具体实施方式二相同。
30.具体实施方式五：结合图3对本实施方式进行说明，本实施方式给出的一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，其特征在于：第一支撑轴承组件3还包括第一挡环和第二挡环，短轴包括第一短轴和第二短轴，第一短轴和第二短轴同轴相对设置，第一挡环和深沟球轴承内圈套设在第一短轴上，第二挡环套设在第一短轴和第二短轴上，深沟球轴承内圈位于第一挡环和第二挡环之间。第一短轴和第二短轴通过键连接同轴设置。其它结构连接关系和具体实施方式四相同。
31.具体实施方式六：结合图3对本实施方式进行说明，本实施方式给出的一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，第一联轴器1、第二联轴器4、第三联轴器7和第四联轴器9为结构相同的联轴器。第一联轴器1为膜盘联轴器、膜片联轴器或齿式联轴器，其它结构连接
关系和具体实施方式二相同。
32.具体实施方式七：结合图3对本实施方式进行说明，本实施方式给出的一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，第一联轴器1的一端与减速器转轴的输出端固定连接，第一联轴器1的另一端与第一传动轴2的一端固定连接，第一传动轴2的另一端与第一支撑轴承组件3第一短轴固定连接，第一支撑轴承组件3的第二短轴与第二联轴器4的一端固定连接，第二联轴器4的另一端与第二传动轴5的一端固定连接，第二传动轴5的另一端与第二支撑轴承组件6的第一短轴固定连接，第二支撑轴承组件6的第二短轴与第三联轴器7的一端固定连接，第三联轴器7的另一端与第三传动轴8的一端固定连接，第四联轴器9的一端与螺旋桨系统转轴输入端固定连接，第三传动轴8的另一端与第四联轴器9的一端固定连接。其它结构连接关系和具体实施方式二相同。
33.以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

技术特征：
1.一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，其特征在于：它包括第一联轴器(1)、第一传动轴(2)、第一支撑轴承组件(3)、第二联轴器(4)、第二传动轴(5)、第二支撑轴承组件(6)、第三联轴器(7)、第三传动轴(8)和第四联轴器(9)；第一联轴器(1)、第一传动轴(2)、第一支撑轴承组件(3)、第二联轴器(4)、第二传动轴(5)、第二支撑轴承组件(6)、第三联轴器(7)、第三传动轴(8)和第四联轴器(9)沿轴向方向顺次连接，且减速器与第一联轴器(1)的一端固定连接，第四联轴器(9)的一端与螺旋桨系统连接。2.根据权利要求1所述一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，其特征在于：第一支撑轴承组件(3)与第二支撑轴承组件(6)结构相同。3.根据权利要求2所述一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，其特征在于：第一支撑轴承组件(3)包括基座法兰、橡胶垫、深沟球轴承和短轴；深沟球轴承套装在短轴上，基座法兰套装在深沟球轴承外部，且基座法兰和深沟球轴承之间设有橡胶垫。4.根据权利要求3所述一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，其特征在于：橡胶垫包裹在深沟球轴承的外圈上。5.根据权利要求4所述一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，其特征在于：第一支撑轴承组件(3)还包括第一挡环和第二挡环，短轴包括第一短轴和第二短轴，第一短轴和第二短轴同轴相对设置，第一挡环和深沟球轴承内圈套设在第一短轴上，第二挡环套设在第一短轴和第二短轴上，深沟球轴承内圈位于第一挡环和第二挡环之间。6.根据权利要求1所述一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，其特征在于：第一联轴器(1)、第二联轴器(4)、第三联轴器(7)和第四联轴器(9)为结构相同的联轴器。7.根据权利要求5或6所述一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，其特征在于：第一联轴器(1)的一端与减速器转轴的输出端固定连接，第一联轴器(1)的另一端与第一传动轴(2)的一端固定连接，第一传动轴(2)的另一端与第一支撑轴承组件(3)第一短轴固定连接，第一支撑轴承组件(3)的第二短轴与第二联轴器(4)的一端固定连接，第二联轴器(4)的另一端与第二传动轴(5)的一端固定连接，第二传动轴(5)的另一端与第二支撑轴承组件(6)的第一短轴固定连接，第二支撑轴承组件(6)的第二短轴与第三联轴器(7)的一端固定连接，第三联轴器(7)的另一端与第三传动轴(8)的一端固定连接，第四联轴器(9)的一端与螺旋桨系统转轴输入端固定连接，第三传动轴(8)的另一端与第四联轴器(9)的一端固定连接。

技术总结
一种释放轴承弯曲自由度的船舶长轴结构，本发明涉及一种通过释放轴承弯曲自由度的应用于船舶长轴结构，本发明为了解决船舶轴系对于一些特定工况下船舶轴系的动力学分析中，其一阶回转固有频率较低，存在共振风险的问题，它包括第一联轴器、第一传动轴、第一支撑轴承组件、第二联轴器、第二传动轴、第二支撑轴承组件、第三联轴器、第三传动轴和第四联轴器；第一联轴器、第一传动轴、第一支撑轴承组件、第二联轴器、第二传动轴、第二支撑轴承组件、第三联轴器、第三传动轴和第四联轴器沿轴向方向顺次连接，且减速器与第一联轴器的一端固定连接，第四联轴器的一端与螺旋桨系统连接。本发明属于动力传输领域。动力传输领域。动力传输领域。


技术研发人员：刘欣欣 宋铎 邢立峰 冯家兴
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七0三研究所
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/6/27