磁力支承的柔性推进轴系和船舶的制作方法

1.本发明涉及船舶推进系统技术领域，尤其涉及一种磁力支承的柔性推进轴系和船舶。


背景技术：

2.船舶推进系统是用作推进船舶移动的动力系统，在船舶推进系统中，轴系是指在推进装置中以传动轴为主的一整套设备组成的传动系统，其主要作用是将动力装置的转动传递给螺旋桨，同时将螺旋桨转动产生的推力传递给船体，推动船舶在各种工况下航行。
3.现有技术中，船舶推进系统中的推进轴系是与船体刚性连接，以实现传动轴的扭矩传递、传动轴在船体内的转动支撑以及传动轴对船体的推力作用。
4.显而易见的，现有的刚性连接结构容易致使螺旋桨或动力装置等通过轴系传递给船体的振动较为明显，使得船舶尾部辐射噪声难以控制。


技术实现要素：

5.本发明提供一种磁力支承的柔性推进轴系和船舶，用以解决现有的刚性连接结构容易致使螺旋桨或动力装置等通过轴系传递给船体的振动较为明显的缺陷，实现降低通过轴系向船体传递的振动，降低船舶尾部辐射噪声。
6.本发明提供一种磁力支承的柔性推进轴系，包括：
7.传动轴，所述传动轴的一端连接有螺旋桨；
8.磁力艉轴承，所述磁力艉轴承套设于所述传动轴的一侧；
9.磁力推力轴承，所述磁力推力轴承套设于所述传动轴的另一侧；
10.磁力联轴器，所述磁力联轴器的主动端用于与动力装置连接，所述磁力联轴器的从动端与所述传动轴的另一端连接。
11.根据本发明提供的一种磁力支承的柔性推进轴系，所述磁力艉轴承包括第一定子和第一转子，所述第一转子固定于所述传动轴的一侧外周，所述第一定子用于固定于船体内的基座上，所述第一定子围设于所述第一转子，且所述第一定子和所述第一转子之间具有气隙，所述第一定子具有环绕所述第一转子的第一磁环和轴瓦，所述第一磁环位于所述第一转子的上方，所述第一转子为铁磁性材料。
12.根据本发明提供的一种磁力支承的柔性推进轴系，所述第一磁环环绕所述第一转子的布置区域小于所述轴瓦，所述第一磁环的充磁方向为辐射充磁，所述第一磁环的数量为多个，多个所述第一磁环的磁极沿所述传动轴的轴线方向交错排列布置。
13.根据本发明提供的一种磁力支承的柔性推进轴系，所述磁力推力轴承包括第二定子和第二转子，所述第二转子固定于所述传动轴另一侧的外周，所述第二定子用于固定于船体内的基座上，所述第二定子围设于所述第二转子，且所述第二定子和所述第二转子之间具有气隙，所述第二定子具有多个沿所述传动轴的轴线方向布置的第二磁环，多个所述第二磁环的磁极沿所述传动轴的轴线方向交错排列布置，所述第二转子具有多个沿所述传
动轴的轴线方向布置的第三磁环，多个所述第三磁环的磁极沿所述传动轴的轴线方向交错排列布置，且所述第二转子上每一所述第三磁环与对应的所述第二定子上每一所述第二磁环的磁极相反，以实现所述第二定子与所述第二转子相互耦合。
14.根据本发明提供的一种磁力支承的柔性推进轴系，所述第二转子具有推力轴承环形槽，所述定子具有推力轴承限位环，所述推力轴承限位环位于所述推力轴承环形槽内，且所述推力轴承限位环的两侧与所述推力轴承环形槽的两侧均具有间隙，所述推力轴承限位环朝向所述传动轴的表面设有推力轴瓦，所述推力轴瓦环设于所述推力轴承环形槽的槽底。
15.根据本发明提供的一种磁力支承的柔性推进轴系，所述磁力联轴器包括内转子和外转子，所述外转子与所述传动轴的另一端连接，所述内转子用于与动力装置连接，所述外转子具有环形耦合槽，所述环形耦合槽的两槽壁分别设有从动端磁钢，所述内转子具有环形耦合柱，所述环形耦合柱的内壁和外壁分别设有主动端磁钢，所述环形耦合柱置于环形耦合槽内，且两所述从动端磁钢分别与两所述主动端磁钢相对布置。
16.本发明还提供一种船舶，包括船体、挠性波纹管以及如上述任一种所述的磁力支承的柔性推进轴系；
17.所述船体的船艉设有艉端盖，所述艉端盖具有传动孔，所述传动轴的一端穿过所述传动孔并与所述螺旋桨连接，所述挠性波纹管围设于所述传动轴外周，所述挠性波纹管的一端环绕与所述传动孔，并与所述艉端盖的内壁连接，所述挠性波纹管的另一端与所述磁力艉轴承连接，所述磁力艉轴承和所述磁力推力轴承均固定于所述船体内的基座上。
18.根据本发明提供的一种船舶，所述挠性波纹管的轴向补偿位移能力大于所述磁力推力轴承的轴向窜动量。
19.根据本发明提供的一种船舶，所述艉端盖的传动孔处还设有防沙组件，所述防沙组件包括防沙固定盖和j型密封圈，所述防沙固定盖固定于所述艉端盖的外壁，所述j型密封圈环绕于传动轴布置，所述j型密封圈具有固定部和防沙部，所述固定部置于防沙固定盖和艉端盖之间，所述防沙部沿所述固定部远离艉端盖的方向朝向传动轴倾斜布置。
20.根据本发明提供的一种船舶，所述艉端盖的传动孔处还设有气胎密封组件，所述气胎密封组件包括气胎，所述传动孔的侧壁具有气胎固定槽，所述气胎设于所述气胎固定槽内，且所述艉端盖具有连通气胎的充气通道。
21.本发明提供的磁力支承的柔性推进轴系和船舶，通过磁力联轴器将动力装置的输出动力传递给传递轴，以实现螺旋桨的旋转，并通过磁力艉轴承和磁力推力轴承支承传动轴，实现推进轴系与船体的柔性连接。相较于现有技术中的刚性连接结构而言，本发明给出的磁力支承的柔性推进轴系，通过配置磁力艉轴承、磁力推力轴承及磁力联轴器，实现推进轴系与船体的柔性连接，从而显著降低螺旋桨及动力装置激励通过轴系向船体传递，降低船舶尾部辐射噪声。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些
附图获得其他的附图。
23.图1是本发明提供的磁力支承的柔性推进轴系的结构示意图；
24.图2是本发明提供的磁力支承的柔性推进轴系的磁力艉轴承的结构示意图；
25.图3是本发明提供的磁力支承的柔性推进轴系的磁力艉轴承的原理示意图；
26.图4是本发明提供的磁力支承的柔性推进轴系的磁力艉轴承的轴向示意图；
27.图5是本发明提供的磁力支承的柔性推进轴系的磁力推力轴承的结构示意图；
28.图6是本发明提供的磁力支承的柔性推进轴系的磁力推力轴承的原理示意图之一；
29.图7是本发明提供的磁力支承的柔性推进轴系的磁力推力轴承的原理示意图之二；
30.图8是本发明提供的磁力支承的柔性推进轴系的磁力推力轴承的轴向示意图；
31.图9是本发明提供的磁力支承的柔性推进轴系的磁力联轴器的结构示意图；
32.图10是本发明提供的磁力支承的柔性推进轴系的磁力联轴器的防沙组件和气胎密封组件的结构示意图；
33.附图标记：
34.100：船体；
35.101：艉端盖；
36.10：传动轴；
37.11：艉轴；
38.12：推力轴；
39.13：联轴节；
40.20：磁力艉轴承；
41.21：第一定子；
42.211：第一磁环；
43.22：第一转子；
44.30：磁力推力轴承；
45.31：第二定子；
46.311：第二磁环；
47.32：第二转子；
48.321：第三磁环；
49.40：磁力联轴器；
50.41：外转子；
51.411：从动端磁钢；
52.42：内转子；
53.421：主动端磁钢；
54.50：挠性波纹管；
55.60：防沙组件；
56.61：防沙固定盖；
57.61：j型密封圈；
58.70：气胎密封组件；
59.71：气胎；
60.80：螺旋桨；
61.90：艉轴密封装置。
具体实施方式
62.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
63.本发明给出的磁力支承的柔性推进轴系，通过磁力实现柔性支承，根据需要，其可运用于船舶、潜艇或其他需要推进轴系的设备中，本发明不作限制。
64.下面结合图1-图10描述本发明的磁力支承的柔性推进轴系和船舶。
65.请结合参阅图1，本发明实施例中，磁力支承的柔性推进轴系，包括：
66.传动轴10，所述传动轴10的一端连接有螺旋桨80；
67.磁力艉轴承20，所述磁力艉轴承20套设于所述传动轴10的一侧；
68.磁力推力轴承30，所述磁力推力轴承30套设于所述传动轴10的另一侧；
69.磁力联轴器40，所述磁力联轴器40的主动端用于与动力装置连接，所述磁力联轴器40的从动端与所述传动轴10的另一端连接。
70.传动轴10，即推进轴系中用作传递扭矩和推力的主轴结构，其一端通过法兰连接磁力联轴器40的从动端，另一端可通过法兰或连接键与螺旋桨80固定连接，磁力联轴器40的主动端则与动力装置的输出端通过法兰连接，这样，动力装置的输出端即可将扭矩传递给传动轴10，进而驱动螺旋桨80的旋转。
71.磁力艉轴承20为一种磁力转动轴承，主要用于支承轴系舷外设备的重量，以及因轴系变形或运动而产生的径向负荷，确保轴系在各种工况下正常工作，其内可以为永磁体也可为电磁体，不作限制。磁力推力轴承30用于承受螺旋桨80产生的轴向推力以及静水压力，并传给船体100，从而推动船体100前进或后退。本实施例中，可根据传动轴10的轴线长度设置磁力艉轴承20的数量，也就是说，传动轴10不仅通过一个磁力艉轴承20和一个磁力推力轴承30进行支承，还可通过多个磁力艉轴承20和多个磁力推力轴承30进行支承，不作限制。
72.本实施例中，通过磁力联轴器40将动力装置的输出动力传递给传递轴，以实现螺旋桨80的旋转，并通过磁力艉轴承20和磁力推力轴承30支承传动轴10，实现推进轴系与船体100的柔性连接。相较于现有技术中的刚性连接结构而言，本发明给出的磁力支承的柔性推进轴系，通过配置磁力艉轴承20、磁力推力轴承30及磁力联轴器40，实现推进轴系与船体100的柔性连接，从而显著降低螺旋桨80及动力装置激励通过轴系向船体100传递，降低船舶尾部辐射噪声。
73.本发明一实施例中，传动轴10包括艉轴11和推力轴12，艉轴11的一端连接螺旋桨80，艉轴11的另一端与推力轴12之间通过联轴节13相连接，推力轴12远离艉轴11的一端与磁力联轴器40相连接；磁力艉轴承20套设于艉轴11上，磁力推力轴承30套设于推力轴12上，
此处的磁力艉轴承20和磁力推力轴承30的数量不作限制。本实施例中，推力轴12与联轴节13通过法兰结构相连接，艉轴11与联轴节13通过连接键实现连接，根据需要，此处的联轴节13也可为磁力联轴器40，其具体结构可参考后述。
74.请结合参阅图2至图4，本发明一实施例中，所述磁力艉轴承20包括第一定子21和第一转子22，所述第一转子22固定于所述传动轴10的一侧外周，所述第一定子21用于固定于船体100内的基座上，所述第一定子21围设于所述第一转子22，且所述第一定子21和所述第一转子22之间具有气隙，所述第一定子21具有环绕所述第一转子22的第一磁环211和轴瓦，所述第一磁环211位于所述第一转子22的上方，所述第一转子22为铁磁性材料。
75.上述第一转子22通过连接键固定在传动轴10上，也就是艉轴11上，第一磁环211嵌设于第一定子21朝向第一转子22的内壁中，并与轴瓦围合形成圆环，第一磁环211为永磁体磁环。由于单靠磁悬浮的作用无法对传动轴10精确定位，因此，第一磁环211的磁力只是消除部分轴系重量，传动轴10底部还是支撑在下部的轴瓦上，通过磁环和下部轴瓦的联合使用，一方面可安全定位轴系稳定性，另一方面，大幅减少轴瓦的承载比压，大大降低摩擦、噪音和振动，有效提高轴承整体的性能和使用寿命。
76.进一步的，所述第一磁环211环绕所述第一转子22的布置区域小于所述轴瓦，所述第一磁环211的充磁方向为辐射充磁，所述第一磁环211的数量为多个，多个所述第一磁环211的磁极沿所述传动轴10的轴线方向交错排列布置。
77.即，此处的第一磁环211在圆周方向的布置角度是小于180
°
的，需知的是，此处的第一磁环211仅布置于第一转子22的上方，以保证第一转子22仅受到向上的吸力来减少轴瓦的承载比压。本实施例中，可根据艉轴11的具体重量进行第一磁环211的布置范围，以保证稳定轴系稳定的同时，有效降低摩擦、噪音和振动。
78.请结合参阅图5至图8，本发明一实施例中，所述磁力推力轴承30包括第二定子31和第二转子32，所述第二转子32固定于所述传动轴10另一侧的外周，所述第二定子31用于固定于船体100内的基座上，所述第二定子31围设于所述第二转子32，且所述第二定子31和所述第二转子32之间具有气隙，所述第二定子31具有多个沿所述传动轴10的轴线方向布置的第二磁环311，多个所述第二磁环311的磁极沿所述传动轴10的轴线方向交错排列布置，所述第二转子32具有多个沿所述传动轴10的轴线方向布置的第三磁环321，多个所述第三磁环321的磁极沿所述传动轴10的轴线方向交错排列布置，且所述第二转子32上每一所述第三磁环321与对应的所述第二定子31上每一所述第二磁环311的磁极相反，以实现所述第二定子31与所述第二转子32相互耦合。
79.上述结构中，第二转子32通过连接键固定于传动轴10上，也就是前述所说的推力轴12上，多个第二磁环311嵌设在第二定子31朝向第二转子32的内壁中，多个第三磁环321嵌设在第二转子32朝向第二定子31的内壁中，第二磁环311和第三磁环321均为永磁体磁环。在推力轴12处于平衡位置时，相反磁极的第二磁环311和第三磁环321相对布置，在受到推力时，第二转子32随推力轴12的移动而移动，使得多个第三磁环321与多个第二磁环311错位，由于第三磁环321和第二磁环311的磁力耦合作用，会给定子提供相应的轴向推力，以推动船体100进行相应的移动。整个过程中磁力推力轴承30的第二定子31和第二转子32不接触，无噪音和振动产生，且在推力工况变化时也不会产生冲击效应。
80.并且，所述第二转子32具有推力轴12承环形槽，所述定子具有推力轴12承限位环，
所述推力轴12承限位环位于所述推力轴12承环形槽内，且所述推力轴12承限位环的两侧与所述推力轴12承环形槽的两侧均具有间隙，所述推力轴12承限位环朝向所述传动轴10的表面设有推力轴12瓦，所述推力轴12瓦环设于所述推力轴12承环形槽的槽底。
81.具体的，此处所说的推力轴12承环形槽的截面呈t字型槽，推力轴12承限位环的截面呈t字型状，即整个第二定子31的截面呈工字型状。这样，一方面方便装配，另一方面，通过推力轴12瓦可实现推力轴12的稳定支撑。本发明中，可通过辅助系统，向推力轴12瓦与推力轴12承环形槽之间提供润滑冷却用滑油，以减小推力轴12承内的摩擦，降低振动和噪声。
82.另外，推力轴12承限位环的边缘与推力轴12承环形槽之间具有间隙，可选的，该间隙小于磁力推力轴承30的轴向窜动量，以保证稳定推进。
83.请结合参阅图9，本发明一实施例中，所述磁力联轴器40包括内转子42和外转子41，所述外转子41与所述传动轴10的另一端连接，所述内转子42用于与动力装置连接，所述外转子41具有环形耦合槽，所述环形耦合槽的两槽壁分别设有从动端磁钢411，所述内转子42具有环形耦合柱，所述环形耦合柱的内壁和外壁分别设有主动端磁钢421，所述环形耦合柱置于环形耦合槽内，且两所述从动端磁钢411分别与两所述主动端磁钢421相对布置。
84.这样，内转子42和外转子41在周向方向产生一定的相对位移时，在磁力的作用下就能传递相应的扭矩负载，由于磁力联轴器40在传递扭矩负载时，内转子42和外转子41不直接接触，因此可大幅减少动力装置的振动向轴系传递，以控制噪声。本实施例中，外转子41与推力轴12通过法兰结构相连接，内转子42与动力装置的输出端也是通过法兰结构相连接。
85.请结合参阅图1，此外，本发明还提供一种船舶，包括船体100、挠性波纹管50以及如上述任一种所述的磁力支承的柔性推进轴系；
86.所述船体100的船艉设有艉端盖101，所述艉端盖101具有传动孔，所述传动轴10的一端穿过所述传动孔并与所述螺旋桨80连接，所述挠性波纹管50围设于所述传动轴10外周，所述挠性波纹管50的一端环绕与所述传动孔，并与所述艉端盖101的内壁连接，所述挠性波纹管50的另一端与所述磁力艉轴承20连接，所述磁力艉轴承20和所述磁力推力轴承30均固定于所述船体100内的基座上。
87.艉端盖101与船体100的船艉结构通过螺栓连接，挠性波纹管50的一端通过法兰结构连接于艉端盖101的内壁，以封闭传动孔，另一端通过法兰结构连接于磁力艉轴承20的定子，并结合船体100内的基座，以实现对磁力艉轴承20的稳定支撑；磁力推力轴承30则与船体100内的基座通过螺栓连接，以实现稳定支撑。本实施例中，通过所设置的挠性波纹管50，一方面可实现密封，避免海水进入船体100内，另一方面，可隔离动力系统的振动向船体100传递，以控制噪声，此外，挠性波纹管50还可补偿轴系整舱浮筏在各方向上的位移，保证轴系的稳定转动和推力传递。
88.另外，在该轴系上还设置有艉轴密封装置90，艉轴密封装置90套设于传动轴10上，并且，其一端与磁力艉轴承20的第一定子21通过法兰结构连接，实现固定，通过艉轴密封装置90可隔离海水。并且，艉轴密封装置90上还设有海水入口和海水出口，海水出口连通于磁力艉轴承20的气隙，这样，除了磁力推力轴承30和磁力联轴器40布置在舱内，其余设备均与海水接触，通过辅助系统给艉轴密封装置90的海水入口可提供冷却和润滑用的海水，海水会自海水出口经磁力艉轴承20、挠性波纹管50以及传动孔流至舷外。
89.进一步的，所述挠性波纹管50的轴向补偿位移能力大于所述磁力推力轴承30的轴向窜动量。
90.这样，可保证磁力推力轴承30的稳定推力作用，提高推进轴系整体的稳定性。
91.请结合参阅图10，另外，本发明一实施例中，所述艉端盖101的传动孔处还设有防沙组件60，所述防沙组件60包括防沙固定盖61和j型密封圈61，所述防沙固定盖61固定于所述艉端盖101的外壁，所述j型密封圈61环绕于传动轴10布置，所述j型密封圈61具有固定部和防沙部，所述固定部置于防沙固定盖61和艉端盖101之间，所述防沙部沿所述固定部远离艉端盖101的方向朝向传动轴10倾斜布置。
92.通过所设置的j型密封圈61可避免外界海水中的泥沙进入艉轴11承和艉轴密封装置90，同时也不会影响润滑用海水的排出，保证各设备安全稳定的运行。本实施例中，防沙固定盖61环设于传动轴10，并与艉端盖101的外壁通过螺栓连接固定，固定部卡嵌于防沙固定盖61与艉端盖101之间形成的卡环槽内。
93.请结合参阅图10，另外，所述艉端盖101的传动孔处还设有气胎密封组件70，所述气胎密封组件70包括气胎71，所述传动孔的侧壁具有气胎71固定槽，所述气胎71设于所述气胎71固定槽内，且所述艉端盖101具有连通气胎71的充气通道。
94.气胎71正常情况下是处于放气状态，给磁力艉轴承20和艉轴密封装置90的提供的冷却海水可以通过气胎71和轴间隙以及前述j型密封排向艇外，当挠性波纹管50破损时，辅助系统会通过充气通道向气胎71充气，气胎71在气压的作用下压紧传动轴10，以封堵舷外的海水，避免船体100内进水。本实施例中，气胎71具有多个胎纹，以充气后保证封堵的密封性。
95.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。