論水潤滑賽龍軸承間隙配合工藝

林威 陳海明 劉小磊

摘? ? 要：水潤滑軸承作為一種結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)保節(jié)能且安裝方便的軸承，被普遍應(yīng)用于各種船舶中。其中，水潤滑賽龍軸承的各項(xiàng)性能都優(yōu)越于傳統(tǒng)的銅、巴氏合金、尼龍、鐵弗尼、電木、鐵梨木、碳精、氨基聚合物及層壓板等材料制作的軸承，尤其是賽龍軸承具有穩(wěn)定的化學(xué)特性而不存在老化問題。水潤滑賽龍軸承與軸的配合運(yùn)行間隙，直接影響到軸承與軸之間的摩擦性能，以及整個(gè)軸系的振動(dòng)性能。本文以某16m拖帶船的賽龍水潤滑尾軸承在實(shí)際使用中出現(xiàn)的問題及加工改進(jìn)為例，闡述賽龍水潤滑軸承的運(yùn)行間隙的幾個(gè)問題。

關(guān)鍵詞：拖帶船;賽龍水潤滑軸承;軸承運(yùn)行間隙;熱膨脹余量;水脹余量

中圖分類號：U664.2? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： The water lubricated Bearing， as a kind of bearing with simple structure， environmental protection， energy saving and convenient installation， is widely used in various ships. Among them， the properties of the water lubricated Thordon bearing are superior to those made of traditional copper， pastel alloy， nylon， ferny， electric wood， iron pear wood， carbon essence， amino polymer and laminates， especially the Thordon bearing has stable chemical properties without aging problems. The running clearance between the water-lubricated Thordon bearing with the shaft directly affects the friction performance between the bearing and the shaft， as well as the vibration performance of the whole shafting. In this paper， the problems of the running clearance of the water lubricated Thordon tail bearings of a 16 m tow boat in practical use and the improvement of processing are discussed.

Key words： 16m tow boat; Water lubricated Thordon bearing; Running clearance; Heat Expansion margin; Water expansion margin

1? ? ?前言

隨著造船技術(shù)日益進(jìn)步，水潤滑軸承從最早的由鐵梨木制作到現(xiàn)今使用SPA、賽龍及橡膠等高分子復(fù)合材料制作經(jīng)歷了一百多年。作為一種抗沖擊性好、阻尼性能優(yōu)良、制作成本低且符合環(huán)保精神的船舶零部件，深受國內(nèi)外船舶行業(yè)的關(guān)注。但是水潤滑軸承也存在自身的缺點(diǎn)：由于水的黏度小，加上其特定的結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致軸承的承載力降低，而且在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承的摩擦系數(shù)偏大，導(dǎo)致軸承發(fā)熱，振動(dòng)與噪音很明顯，如果軸承間隙不合理甚至?xí)绊懙酱暗氖褂脡勖?。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，要對軸承運(yùn)行間隙的參數(shù)進(jìn)行合理的計(jì)算和加工。

2? ? ?水潤滑軸承實(shí)例分析

2.1? ?應(yīng)用實(shí)例

2017年顯利（珠海）造船有限公司承建了一艘16m拖帶船，采用單軸系動(dòng)力傳輸、整體式尾軸管設(shè)計(jì)（見圖1）。其使用開放式水潤滑軸承尾軸管，其尾軸承是賽龍復(fù)合材料制成，通過主機(jī)海水泵提供冷卻水從軸承前端進(jìn)水口進(jìn)入軸承，再從軸承尾端開放處流出船外，供水壓力大于船體吃水深度所產(chǎn)生的壓力，供水量足以帶走船舶正常航行時(shí)軸系因摩擦而產(chǎn)生的熱量，以此起到尾軸與軸承之間的冷卻潤滑作用，因此其軸與軸承的配合間隙必須滿足冷卻潤滑功能的要求。

為了便于安裝且滿足軸與軸封之間的密封性，設(shè)計(jì)時(shí)軸與軸承之間留有間隙，加工并安裝完畢后實(shí)際測量軸與軸承的半徑間隙在0.150～0.200 mm之間。該船正式試航時(shí)，主機(jī)運(yùn)作平穩(wěn)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)正常，航行過程中尾軸軸承振動(dòng)在允許值范圍內(nèi)，并且軸承溫度低于水溫+20 ℃。但正式交付船東使用后，船方反饋軸承在長期使用過程中出現(xiàn)了過熱情況。經(jīng)檢查，冷卻水供水壓力穩(wěn)定正常，排除是冷卻水出口堵塞導(dǎo)致冷卻不到位引起發(fā)熱;入塢檢查，主軸及尾軸管外形未發(fā)現(xiàn)有變形刮擦，但尾軸承內(nèi)襯套橡膠有明顯的磨損。經(jīng)過仔細(xì)檢查，排除了由于外物進(jìn)入軸承導(dǎo)致的磨損，以及其他外力造成的損傷。

2.2? ?水潤滑軸承結(jié)構(gòu)與特性

通過對現(xiàn)場實(shí)際測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)主要原因是軸承與主軸之間的間隙不合理導(dǎo)致軸系運(yùn)轉(zhuǎn)過程中摩擦損耗太大，并且產(chǎn)生發(fā)熱。為此，船廠技術(shù)人員對軸與軸承的配合間隙進(jìn)行了重新計(jì)算，軸與軸承尺寸如圖2所示。

這里所指的間隙是軸與軸承的徑向運(yùn)行間隙，即軸外徑與軸承內(nèi)徑之差值，是保證軸與軸承正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

水潤滑賽龍軸承的摩擦系數(shù)低于大多數(shù)金屬和非金屬材料軸承。在低轉(zhuǎn)速和啟動(dòng)階段，軸與軸承之間會(huì)有直接接觸，因此摩擦很大;當(dāng)軸速達(dá)到0.5 m/s線速度時(shí)，進(jìn)入軸承的水就會(huì)形成一層潤滑膜，使得軸與軸承的接觸減小，摩擦也會(huì)相應(yīng)的減小;當(dāng)軸速大于1.5 m/s線速度時(shí)，這層潤滑膜就會(huì)產(chǎn)生流體動(dòng)力膜使軸與軸承表面分開，使摩擦降至最低;如果速度繼續(xù)增高，潤滑膜則會(huì)產(chǎn)生剪切力，摩擦又會(huì)有所上升。

在船舶行駛過程中，水除了作為潤滑液的存在，還要作為載體帶走摩擦產(chǎn)生的熱量。因此只有足夠的運(yùn)行間隙，才能保證在滿足熱膨脹余量和水脹余量的同時(shí)，還要有充足的水量給軸承潤滑和冷卻。

2.3? ?水潤滑軸承的間隙計(jì)算

通常賽龍軸承的運(yùn)行間隙要比金屬軸承的運(yùn)行間隙稍大一些，通過對熱膨脹余量和水膨脹余量的計(jì)算來確定軸承的內(nèi)徑尺寸，以此來對比現(xiàn)有軸承是否合格（見圖3）。

2.3.1? 熱膨脹余量

（1）徑向熱膨脹余量，可按下式計(jì)算：

經(jīng)過實(shí)際測量，軸承內(nèi)徑尺寸為95.78 mm，軸承與軸最大間隙只有0.20 mm，而軸承需要的最小運(yùn)行間隙為0.35 mm。最后經(jīng)過分析得出結(jié)論：由于此船動(dòng)力傳輸設(shè)備軸與軸承安裝配合間隙過小導(dǎo)致軸承過熱并 磨損，因此需要對軸系或者軸承進(jìn)行加工處理。其中軸承尺寸符合計(jì)算要求，只需要對軸系進(jìn)行加工處理。

在選用配套間隙時(shí)，通常應(yīng)采用0.005 D至0.0075 D之間的間隙值，最大維修間隙應(yīng)控制在0.015 D以內(nèi)。最后對軸進(jìn)行加工，軸承與軸的實(shí)際間隙增加到0.47 mm，重新安裝多次試航，沒有再出現(xiàn)軸承發(fā)熱磨損的情況。

3? ? ?總結(jié)

水潤滑賽龍軸承相比于其他傳統(tǒng)水潤滑軸承具有更優(yōu)良的物理特性，其運(yùn)用范圍也比傳統(tǒng)水潤滑軸承更加廣泛。但在安裝使用時(shí)還應(yīng)充分考慮到其實(shí)際運(yùn)行過程中的運(yùn)行間隙，因?yàn)楹侠淼倪\(yùn)行間隙可以給軸承的內(nèi)孔收縮提供足夠的安全余量，這是保證船舶軸系安全正常工作的重要條件。如果運(yùn)行間隙不充足，就會(huì)引起軸與軸承磨損加快，軸承表面出現(xiàn)損傷并且產(chǎn)生發(fā)熱，縮短軸承使用壽命;如果運(yùn)行間隙過大，則會(huì)導(dǎo)致軸承承托力不夠，軸系運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至影響到船舶的安全行駛。相信在以后的不斷發(fā)展中，水潤滑賽龍軸承的潤滑性能和機(jī)理將得到更深入的研究和完善，并且將會(huì)在更多的領(lǐng)域發(fā)揮其作用。

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