用于衰减轴系横向振动的橡胶轴承

技术领域

本发明涉及轴系振动控制技术，具体涉及一种用于衰减轴系横向振动的橡胶轴承。

背景技术

目前，我国舰船轴系设计规范中普遍采用橡胶轴承，以承受轴系和推进器的重量载荷。当轴系低速重载运行或启停时，橡胶轴承会出现强烈的振动现象，主要体现在三个方面：一是破坏了润滑的形成条件，橡胶轴承无法形成良好的润滑水膜，橡胶轴承与轴形成半干摩擦，易造成摩擦自激振动；二是推进器－轴系更容易产生回旋振动，回旋振动出现时可以通过艉轴承及其密封装置激励尾部结构产生纵向、横向振动辐射噪声；三是容易产生轴系偏摆等，是轴系-艇体形成声学“共鸣箱”，放大轴系动态耦合振动声辐射。因此，在保证轴系安全的前提条件下，如何降低桨轴系统激励通过轴承向艇体的传递尤为重要。

从橡胶轴承振动噪声的形成机理与控制原理看，研究着力点有三个：其一是低噪声推进器的研制，该研究难度较大，进展较为缓慢；其二是尾部结构振动声辐射特性与控制，目标是使振动能量尽可能少的辐射出去，这一部分的研究相对独立；其三是轴系传递特性研究与控制，目标是使推进器激励力尽可能小的传递到结构上。从目前的研究基础看，橡胶轴承低传递特性设计是轴系横向振动噪声控制的主要着力点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于衰减轴系横向振动的橡胶轴承，旨在当轴系运行过程中，减振橡胶轴承在保证轴系稳定运行的前提下，有效降低轴承横向振动引起的结构振动。

为实现上述目的，本发明提供一种用于衰减轴系横向振动的橡胶轴承，橡胶轴承内部嵌入有共振转换器，共振转换器包括依次连通的流体容器、导管以及圆柱缸，其中，圆柱缸内部注入有流体，当橡胶轴承受压时，圆柱缸受压从而发生变形以压缩其内部的流体，进而降低橡胶轴承横向振动引起的结构振动。

优选地，所述橡胶轴承的轴线方向与导管的轴线方向平行设置。

优选地，所述共振转换器相对于橡胶轴承的长度方向设置。

优选地，所述圆柱缸和流体容器的轴线均与橡胶轴承的轴线垂直设置。

优选地，所述橡胶轴承内部嵌有多个共振转换器，多个共振转换器在橡胶轴承的圆周方向均匀布置。

优选地，所述流体容器布置在橡胶轴承远离推进器的一端，圆柱缸布置在橡胶轴承靠近推进器的一端。

优选地，所述橡胶轴承在嵌入共振转换器后经过硫化处理。

优选地，在设计共振转换器时，分析共振转换器各结构尺寸变化对系统插入损失的影响，并研究以固有频率为中心的不同宽频带内的减振效果，以合理选取共振转换器结构参数。

本发明提出的用于衰减轴系横向振动的橡胶轴承，因内嵌共振转换器的减振橡胶轴承不占用任何轴承空间，几乎不改轴承质量，在轴承激励下产生流体的惯性力、沿程阻尼力以及流体的弹性力，实现对原系统振动特性改善，在满足静载荷稳定传递的同时有效衰减轴承脉动激励力向轴承基座的传递，在保证轴系稳定运行的前提下，可以有效降低轴承横向振动引起的结构振动。同时，本橡胶轴承还具有结构简单、工作可靠以及容易实现的优点。

附图说明

图1为本发明用于衰减轴系横向振动的橡胶轴承的结构示意图；

图2为图1中某一轴瓦条的主视结构示意图；

图3为图2所示的侧视结构示意图；

图4为图2所示A-A方向的剖视结构示意图。

图中，1-尾轴，2-导管，3-流体容器，4-轴瓦条，5-圆柱缸。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

由于传统的船用尾轴承的径向支撑刚度较大，且受限于安装空间约束，不具有隔振和降低船舶振动噪声的功能，而尾轴承的支撑刚度对舰船艉部结构的振动和辐射噪声具有重要的影响，若降低推进器激励力通过轴承向艇体结构的传递，必须改善尾轴承的支撑刚度。为此，在保证轴系稳定运行的前提下，可在橡胶轴承内部嵌入共振转换器，通过改变该处轴承支承刚度和阻尼，从而降低轴承振动向艇体的传递（在轴系运转过程中，共振转换器承受了轴承横向压力，轴系横向载荷的变化将改变该装置内流体的工作压强）。

参照图1至图4，本优选实施例中，一种用于衰减轴系横向振动的橡胶轴承，橡胶轴承内部嵌入有共振转换器，共振转换器包括依次连通的流体容器3、导管2以及圆柱缸5，其中，圆柱缸5内部注入有流体，当橡胶轴承受压时，圆柱缸5受压从而发生变形以压缩其内部的流体，进而降低橡胶轴承横向振动引起的结构振动。

具体地，参照图2至图4，本实施例中，橡胶轴承的轴线方向与导管2的轴线方向平行设置。共振转换器相对于橡胶轴承的长度方向设置，即共振转换器的长度方向与橡胶轴承的长度方向一致，以提高橡胶轴承的减震效果。圆柱缸5和流体容器3的轴线均与橡胶轴承的轴线垂直设置。

进一步地，橡胶轴承内部嵌有多个共振转换器，多个共振转换器在橡胶轴承的圆周方向均匀布置，从而进一步提高了本橡胶轴承的减震效果。

在实际运行过程中，轴承在轴向存在流体的压力梯度，在圆周方向上板条的承载压力有所不同，但作用在板条表面的外部激励力的衰减模式在径向上是一致的。因此，控制流体容器3布置在橡胶轴承远离推进器的一端（为橡胶轴承受力较小的区域），圆柱缸5布置在橡胶轴承靠近推进器的一端（为橡胶轴承受力较大的区域）。

进一步地，橡胶轴承在嵌入共振转换器后经过硫化处理。

减振橡胶轴承减振效果与共振转换器的流体体积模量、密度以及动力粘性系数有关。通过合理选择共振转换器导管2的通径、导管2的长度以及圆柱缸5的体积，才可有效降低需要控制的轴承振动线谱或窄带。

在设计共振转换器时，需要允许的结构尺寸取值范围内分析减振效果。共振转换器能实现对固有频率为中心的频带内的振动控制，而减振效果与减振频带直接相关。在以固有频率为中心的频带内，频率范围越窄减振效果越好。分析共振转换器各结构尺寸变化对系统插入损失的影响，并研究以固有频率为中心的不同宽频带内的减振效果，从而合理选取共振转换器结构设计参数。

本用于衰减轴系横向振动的橡胶轴承其制造过程如下。

（1）根据支撑轴承的承载情况，初步确定共振转换器结构形式、材料及在橡胶轴承内部的布置位置，共振转换器空腔内部可注入水、油等流体；

（2）根据轴承减振目的、共振转换器的结构形式等，开展共振转换器参数设计，共振转换器可等效为一个质量、弹簧、阻尼三个单元并联的动力吸振器，其动刚度不仅与自身结构参数相关，还与轴承载荷、激励等因素有关；

（3）通过对内嵌共振转换器的橡胶轴承建模计算及试验验证，合理选择共振转换器外接管系的通径、外接管系的长度以及外接腔体的体积，优化共振转换器在轴承内布置位置，获得较优的减振效果；

（4）针对轴承其它减振需求，如扩展减振频带或者消减多线谱峰值，上述共振转换器结构形式可能不满足要求，可对传统结构形式的共振转换器进行改进设计，发展一些变式结构的共振转换器。

（5）在橡胶轴承生产过程中，将共振转换器内嵌到橡胶板条中并进行硫化处理，与橡胶轴承一起进行加工、装配。

本实施例提出的用于衰减轴系横向振动的橡胶轴承，因内嵌共振转换器的减振橡胶轴承不占用任何轴承空间，几乎不改轴承质量，在轴承激励下产生流体的惯性力、沿程阻尼力以及流体的弹性力，实现对原系统振动特性改善，在满足静载荷稳定传递的同时有效衰减轴承脉动激励力向轴承基座的传递，在保证轴系稳定运行的前提下，可以有效降低轴承横向振动引起的结构振动。同时，本橡胶轴承还具有结构简单、工作可靠以及容易实现的优点。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。