具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，而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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-4所示，本实施例提供一种可重构的大尺寸水润滑轴承，包括至少一个轴承单元，且当轴承单元为多个时，多个轴承单元可沿轴向进行拼接。

轴承单元包括衬套10和内衬板条，衬套10由合金或者黄铜制成，衬套10的内壁开设有多个沿周向分布的滑槽11。多个滑槽11通常是均匀分布在衬套10的内壁上，滑槽11沿衬套10的轴向延伸、并且沿轴向贯穿衬套10，滑槽11的数量为2～20条，滑槽11的横截面形状可以是矩形槽、梯形槽或者燕尾槽。内衬板条可拆卸地安装在滑槽11中，优选内衬板条以过盈连接的方式固定在滑槽11内。由于滑槽11的数量至少为2条，因此，在数量至少为2个的内衬板条中，至少有一个内衬板条为橡胶合金板条21，至少一个内衬板条为复合材料板条22。橡胶合金板条21通过将橡胶衬层211硫化粘接在板条底座212上制成。

图1、2所示的轴承单元具有8条滑槽11，其中2条滑槽11内安装有橡胶合金板条21，剩余6条滑槽11内安装有复合材料板条22。橡胶合金板条21具有良好的缓冲吸振、可协调变形以及静音效果，然而其承载能力较为有限。复合材料板条22在超重载启动初期具有更为优越的摩擦学性能，但是在中高速阶段由于其协调变形能力差，导致弹流润滑性能和抗冲击能力弱于橡胶合金板条21，因此对中高频摩擦噪声抑制能力较差。复合材料可以是赛龙、陶瓷、PK等。因此，图1、2所示的集成多种材料属性板条的可重构水润滑轴承单元为充分发挥不同水润滑材料性能优势提供了可能。

相比于单一材料制成的水润滑轴承，本实施例通过在承载区(通常为轴承下部1/3部分区域)内有机布置不同属性材料的板条实现刚柔复合承载，一方面可以规避大尺寸水润滑橡胶合金轴承在超重载启动时的烧瓦抱轴风险，另一方面可充分利用中高速时大尺寸水润滑橡胶合金轴承较为优良的弹流润滑性能，从而使得大尺寸水润滑轴承从启动到额定转速的整个服役区间综合性能达到最优。

图3、4示出的大尺寸水润滑轴承由3个轴承单元沿轴向拼接而成，两端通过带有螺栓孔的第一挡圈400和第二挡圈500对板条进行轴向定位，位于一端的一个轴承单元具有法兰盘14，法兰盘14通过螺栓与第一挡圈400固定连接。优选地，在相邻的两个轴承单元中，其中一个轴承单元内的衬套10的端面设置有连接凸块12，另一个轴承单元内的衬套10的端面设置有与连接凸块12相适应的连接凹槽13。对于单个的轴承单元而言，连接凸块12的数量至少为两块，连接凹槽13与连接凸块12一一对应设置。将连接凸块12插入到对应的连接凹槽13内，从而可以方便地实现多个轴承单元的连接。事实上，取决于水润滑轴承单元轴向连接数目以及外径尺寸，可根据实际需求重构成任意尺寸的水润滑轴承，因此为大功率船舶推进系统水润滑轴承制造提供了可选方案。

在一个实施例中，轴承单元内的内衬板条包括至少一个橡胶合金板条21和至少三个材质不同的复合材料板条22。在图1、2所示的轴承单元中，8条滑槽11中的2条安装有橡胶合金板条21，剩余6条滑槽11内分别安装有3对不同材料属性(弹性模量、硬度以及泊松比)的复合材料板条，每对复合材料板条分别占据两个相邻的滑槽11，且上述2条橡胶合金板条21也是相邻设置。3种不同材料属性的复合材料板条22分别记为复合材料板条I221、复合材料板条II222和复合材料板条III223。优选3种复合材料板条22的弹性模量的关系为：复合材料板条I221＞复合材料板条II222＞复合材料板条III223，且橡胶合金板条21和3种复合材料板条的位置关系如图2所示，在图2中，一对橡胶合金板条21位于衬套10的左侧，一对复合材料板条I221位于衬套10的上部，一对复合材料板条II222位于衬套10的下部，一对复合材料板条III223位于衬套10的右侧。

图2所示的板条布置方案兼顾了大尺寸水润滑轴承抗偏斜能力、抗冲击能力以及承载能力。该承载方案适用于转子逆时针旋转的应用工况。通过在水平方向布置软质水润滑材料(橡胶合金板条以及复合材料板条III223),达到提高抗水平冲击的能力。由于转子逆时针旋转的水润滑轴承，其抗水平向左冲击能力低于抗水平向右冲击能力，因此在轴承左部布置质地更软的橡胶合金板条。在轴承上部布置弹性模量较大的复合材料板条I221,可最大限度地限制转子沿着轴向的倾斜，保证水润滑轴承的抗偏斜能力。图2所示的板条布置方案在抗偏斜能力、抗冲击能力以及承载能力三者之间达到综合最优。

在一个实施例中，如图3、4所示，当轴承单元的数量大于等于三个时，轴承单元根据位置的不同分为第一轴承单元100、第二轴承单元200和第三轴承单元300。其中第一轴承单元100位于靠近桨叶的一端的端部，第二轴承单元200位于远离桨叶的一端的端部，第三轴承单元300位于第一轴承单元100和第二轴承单元200之间。在第一轴承单元100内，衬套10的下部设置有橡胶合金板条21。在第二轴承单元200内，衬套10的上部设置有复合材料板条。在第三轴承单元300内，衬套10的下部设置有复合材料板条。

根据弹流润滑理论可知，水润滑轴承两端为水膜动压泄压区，而沿轴向中间部位为主要的水膜动压产生区。因此，水润滑轴承的承载区主要位于沿着轴向的中间部位。在外载荷较大的应用工况中，可将复合材料板条放置于中间水润滑轴承单元底部，以保证水润滑轴承的承载能力。在大功率船舶推进系统中，螺旋桨悬臂作用使得轴承界面承受不均匀载荷，靠近桨叶的一端产生严重磨损，并提前导致水润滑板条的报废。为了保证水润滑轴承在轴向具有一定的抗偏斜能力以降低磨损，在第一轴承单元100下部放置橡胶合金板条21，第二轴承单元200上部放置复合材料板条，在限制最大偏斜的同时又保证了水润滑轴承的可协调变形能力。另一方面，由于本实施例的大尺寸水润滑轴承是由水润滑轴承单元连接而成，当内衬板条由于过度磨损而失效时，无需对沿轴向的整根板条进行更换，只需更换水润滑轴承单元内的失效板条。因此，节约了水润滑衬层材料，降低了维修成本。

在本发明中，选用水润滑橡胶合金承载方式，在启动初期面临烧瓦抱轴的风险。选用复合材料材料承载方式虽然可在一定程度上避免上述风险，但又失去橡胶合金材料在中高速由于水囊效应带来的优越弹流润滑性能以及缓冲吸振能力。为了充分发挥橡胶合金材料和复合材料材料在大功率船舶推进系统中不同速度区段的优势，本发明采用了刚柔复合承载的思想，在轴向通过对具有不同材料属性的板条进行有机重组，协调橡胶合金板条21以及复合材料材料在低速以及中高速区段的性能优势，使大尺寸水润滑轴承在宽泛的速度范围内综合性能达到最优。如图1所示，在具有8个滑槽11的单个轴承单元中，橡胶合金板条21、复合材料板条I、复合材料板条II和复合材料板条III各自的数量和安装位置的不同，就会产生对应数量的承载方案。随着连接的轴承单元的数量的增多，比如图2中的3个轴承单元，承载方案会成指数式增长。根据润滑理论和材料学知识，结合不同的应用场景，可自由选取最优的刚柔复合承载方案。

本发明提供一应用案例的算例分析，具体如下：

在船舶推进系统中，由于螺旋桨的悬臂作用，转轴在水润滑轴承内通常处于不对中状态，向着螺旋桨的一侧倾斜。图5给出了三种承载方案：(1)高柔性承载；(2)高刚性承载；(3)刚柔复合承载。为了验证本发明提出的可重构刚柔复合承载的优越性，按下表缩比模型参数进行混合润滑对比分析。

表1缩比模型参数

图6为三种承载方案的总承载力的分析结果对比图，从图6可知，在相同的偏心率下，高柔性承载方案的承载能力最低，而高刚性承载方案与刚柔复合承载方案的承载能力相差不大。这表明在偏心率较高时，在纯柔性承载中加入刚性承载板条可以提升其承载能力。

图7为三种承载方案的接触载荷的分析结果对比图，从图7所示，尽管高刚性承载可以获得较为优越的承载能力，但是在偏斜转子下的接触效应明显。此外，虽然高柔性承载可以获得较为优越的抗转子偏斜能力，但是其承载能力逊于高刚性承载方案。然而，通过轴向有机重构形成的刚柔复合承载方案，在保证承载能力的同时兼具轴向抗转子偏斜能力。因此，对于在大功率船舶推进系统中应用的大尺寸水润滑轴承，通过在承载区(通常为轴承下部1/3部分区域)对具有不同材料属性的板条进行有机重组可实现水润滑轴承服役性能达到最优。

图8为三种承载方案在2000N的外载荷和1500r/min的工况下轴向接触压力3D分布对比图，由图8所示，高刚性承载的接触分布面积明显大于刚柔复合承载与柔性承载方式。综上，刚柔复合承载方案兼具高刚性承载方案与高柔性承载方案的优势。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。