一、柴油機推力軸承的結構原理
船舶主機通過推力軸、中間軸和艉軸使螺旋槳旋轉。 旋轉的螺旋槳葉片提供水的圓周力和軸向力。 水還會對螺旋槳葉片施加圓周和軸向負力。 螺旋槳上圓周方向的力所形成的力矩,就是主機的動力力矩所要克服的阻力矩。 作用在螺旋槳上的軸向力是使船舶向前移動的推力(或向後拉力)。 螺旋槳的這種推力(或拉力)通過船尾、中間軸和推力軸作用在推力軸承上,並通過推力軸承作用在船體上。 當主機曲軸與推力軸直接連線時,主機曲軸也由推力軸承驅動,達到軸向定位的目的。
對於用作船舶主機的大中型低速柴油機,在主機發動機的設計製造中常安裝柴油機座尾端的推力軸承軸承。 其推力軸承座一般與底座焊接或用螺栓成型。 通過其底座,螺旋槳的軸向推力傳遞到船體,最終推動船舶運動。
單圈推力軸承常用於大中型柴油機,如圖1所示。
推力軸承座為焊接鑄鋼結構。 其中兩個支撐軸承(承載推力軸)和主機飛輪的重量。 推力軸由優質鑄鋼(35號鋼)製成,並用緊密配合的螺栓與飛輪連線。 推力軸的中間部分為止推環,與扇形推力塊5接觸,推力軸的推力通過扇形推力塊傳遞到推力軸承座。 扇形推力塊前後有兩個圓圈,前端一圈承受正向推力,後端一圈承受反向推力。 頂部覆蓋壓塊7,防止推力塊在工作時滑出。
推力塊是由 20 號低碳鋼製成的扇形鋼塊。 推力塊的工作面澆注白色合金,通過塊背面的燕尾槽嵌入槽中,SBSNSBH-B錫基軸承合金常用白色合金材料,易於與低碳鋼材料粘接。 每個推力面由八個推力塊支撐。 推力塊後面的支撐墊片有幾種不同的厚度可供選擇,因此可以更換它們,以便在推力環和推力塊磨損時調整它們之間的軸向間隙。 推力塊和推力環的潤滑是潤滑油噴淋的方法。 推力塊背面的支撐部分僅佔整個扇形角度的一半左右。 工作時,可使其少量擺動到位,以利於潤滑油進入其工作表面,形成油膜。
圖2為L-MC M柴油發動機推力軸承的結構。 機器的推力軸和曲軸整體鍛造,推力環的外法蘭固定傳動凸輪的驅動鏈輪。 這種布置減小了柴油發動機的軸向尺寸。 推力軸承主要由正向車推力塊8、換向推力塊5、推力盤(調節環)等部件組成。 每個推力塊有八個,沿圓周方向排列,排列成扇形圖,約佔 2 3 個周長。 柴油機運轉時,螺旋槳的軸向推力通過艉軸和中間軸傳遞到推力環,從而推動船舶克服水的阻力。 為了防止推力塊跟隨推力環旋轉,在正反推塊上方設定有止動器進行定位。 止推環由來自主軸承潤滑系統的潤滑油潤滑。為了防止潤滑油不僅從軸頸中洩漏出來,在軸頸上設定了軸封。 旋轉油光環2中的推力軸利用離心力將濺到軸上的潤滑油甩出,最後甩掉的油被刮油環刮掉。
推力軸承的關鍵部件是推力塊。 推力塊的結構是隨機的,儘管不完全相同。 但工作原理是一樣的。 圖 3 顯示了推力塊的三維檢視。 推力塊為扇形塊,在靠近推力環的工作面上澆注白合金5,在進油口邊緣2處做圓角或斜面。 在調節環的一側,有1和3,高和低兩邊。 高低面交點的邊緣是工作時的支撐邊緣,工作時靠近調節環的工作面。 推力塊兩側有凸台4,起到支撐和推力塊之間的定位作用。 推力軸承在正常情況下在流體動力潤滑下工作。 在工作中,如圖4所示,推力塊2圍繞支撐邊緣小角度偏轉,使推力塊與推力環3的工作面之間形成楔形空間,通過推力環將潤滑油帶入楔形空間,產生動力油壓力。 推力環的推力通過動力油壓傳遞到推力塊,再通過支撐葉片傳遞到調節環3。
圖 4 顯示了推力塊工作面上的油流量和壓力分布。 當推力增大時,推力塊與推力環之間的間隙減小,油的動壓增大,傳遞的推力增大。 當轉速過低時,動力油壓力變小,可能因油壓不足而發生半液膜潤滑。
二、柴油機推力軸承的調整
圖 5 顯示了一般推力軸承的簡化圖。 前向、反轉推力塊,帶壓板定位。 當推力塊彼此靠近時,壓板處存在間隙 i1 和 i2。 間隙 I1 和 I2 的總和應符合說明,該值可以通過增壓器和減壓板處的墊圈進行調整。 該間隙值確保了推力塊圍繞支撐葉片擺動的靈活性。
正向、可逆止推力塊靠在正向、換向調節環上,正向、可逆調節環用於調節止推塊與止推環之間的間隙和曲軸與軸承之間的軸向相對位置。 推力軸承遊隙是當推力環壓在前推力塊上時,用測厚儀測得的可逆推力塊與推力環之間的遊隙。 這個間隙還可以使軸處於不受軸向力的自由狀態,用測厚儀在正反推環上同時測量,然後將兩個值相加。 此間隙值的大小必須符合說明書的要求,否則必須通過調節環進行調整。 作為臨時調整措施,墊片可以放置在調節環後面,並在以後船舶修理時更換。
在出廠時安裝兩排推力塊時,調節環應按如下方式調整:當止推環與正反推塊之間有1(2)個裝配間隙時,推力軸承附近的最後乙個曲柄的中心線應在推力軸承方向上偏移規定值。 這樣做是為了補償曲軸在執行過程中的熱膨脹,從而保持曲柄臂和主軸承之間的軸向盡可能均勻。