CN1016210B - 径向滑动轴承用轴瓦轴套 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向滑动轴承用轴瓦轴套，其特征是制成的轴承用轴瓦轴套上具有沟槽结构或组合面结构。采用本发明可将厚壁板材、特别是复合材料板材成型为厚壁径向滑动轴承用轴瓦轴套，从而取得大幅度降低贵重的轴承合金的消耗和提高滑动轴承工作性能的作用，本发明还有结构简单，成本低廉，制品成型质量好等优点，普通机械厂即可方便地制造。

Description

本发明涉及径向滑动轴承用轴瓦轴套的结构型式及其制造方法。适合于采用较贵重材料板材制造轴承用轴瓦轴套，特别适合于采用层叠复合材料板材制造厚壁轴承用轴瓦轴套。

对于机器上的径向滑动轴承用的轴瓦轴套，公知的技术有：用铜基合金制造的轴承轴瓦轴套;采用离心铸造的钢-铜复合结构轴承或轴瓦轴套及采用钢背复合材料板材制造的轴承或轴瓦轴套。后者主要分钢背多层金属复合材料类和钢背聚合物复合材料类，它们均系层叠状复合材料。由于它们较前两种材料具有一系列的优越性，其在机械工程上得到普遍应用。其中钢背多层金属复合材料在内燃机工业得到广泛的应用。而英国最先发明并曾获得专利的“DU”（钢背聚四氟乙烯复合材料）。“DX”（钢背聚甲醛复合材料）这两种材料的轴瓦轴套也广泛用于机械工程上。此外，公知的技术中还采用其它一些型式的层叠复合材料板材（带材）制造轴瓦轴套。例如日本专利JP58-77916，公开了一种“滑动轴承装置及制造方法”它是用在金属板的一面粘结有按一定间隔并排布置有氟化树酯的层叠复合材料板材并将这种板材加工、下料后沿氟化树酯条纵向直接弯曲成圆筒型的结构方式和制造方法制造一种滑动轴承轴瓦。现在，工业上已能生产多种类型的减摩耐磨层叠复合材料板材。并有多种将层叠复合材料板（带）型材卷制成径向滑动轴承的方法。公知的技术中英国专利GB2101233A公开了一种卷制径向滑动轴承及轴瓦轴套的方法特别设计出在用于制造卷制轴承的层叠复合材料板（带）型材最终下料前在型材下料部位预先加工出V型沟槽的工艺步骤，以避免型材 下料部位出现脱层等质量问题。经这样下料直接卷制的径向滑动轴承其端部材料形态质量较好。但是尽管层叠复合材料优点很大，尽管钢背复合材料综合利用了机械性能好而价格低廉的钢材和摩擦磨损性能好但价格昂贵的轴承合金的优点，具有有效地发挥不同材料的长处，改善滑动轴承的工作性能的优点。但多年来由于局限于直接将板材弯曲成圆筒型的制造方法，因此受层叠复合材料各向异性特点的限制及现有制造技术的限制，使用层叠复合材料板材采用传统的结构型式和冲压技术直接制造出的轴瓦轴套制品常难以控制其成型质量。此外，其成型精度较差的冲压弯曲件也不宜于用作毛坯经大余量机械切削加工为轴瓦产品。因为这样仍会发生诸如产品轴承材料层厚度不均，局部严重减薄之类的质量问题。正由于上述结构、制造问题，因此目前工业上一般只生产壁厚4毫米以下的，轴承材料层也较薄能采用传统冲压工艺制造的，较易控制质量的薄壁钢背复合材料轴瓦轴套。由于轴瓦壁薄，轴承材料层也薄，不宜用在重载，使用条件苛刻要求轴瓦壁轴承材料层均较厚的机器上。鉴于尚无现成的结构和工艺方法能将钢背复合材料板材制成实用性好的厚壁轴瓦轴套的现状，影响了这种材料在重型机械常用厚壁轴瓦轴套范围内的开发应用。

本发明的目的就是为了克服上述缺陷，设计出一种径向滑动轴承用轴瓦轴套新结构及其制造方法，实现将厚壁板（带）型材（以下同）特别是厚壁复合材料板（带）型材制成少切削加工的、成型质量好的径向滑动轴承用轴瓦轴套的目的。

本发明的目的是这样实现的：在按设计所需用的制造轴承用的复合材料板材上布置有一系列贯穿板（带）型材正或反面（其以有减摩耐磨材料层的一面为正面）表面长宽外形的一般呈直形的沟槽结构或剖分结构，这些沟槽结构或剖分结构使板材产生了一系列薄壁构造， 致使板材的强度在薄壁构造处减弱并易于弯折成型。将这种板材弯折为垂直于中心线的横剖面为正多边形的多面体毛坯，再用常规焊接、胶结、装配技术封闭、联接其上的沟槽结构或剖分（组合）结构使之定型，便可制造出成型精度高的多面体正式毛坯，从而可用少切削量加工成轴瓦轴套。制成的轴瓦轴套上具有一系列独立存在的、沿圆周分布沿其轴线方向或回转体回转母线分布的与上述板材。毛坯有关结构相对应的沟槽结构或组合面结构，或用焊接、粘胶接材料、或装配技术封闭堵塞联接的沟，槽结构或组合面结构。通常用于焊接、粘胶接。装配封闭堵塞轴瓦轴套上的沟槽结构或组合面结构的材料为常见机械工程材料。当轴瓦轴套滑动工作面的有关结构采用含固体润滑剂的材料、自润滑材料封闭、填塞时，轴瓦轴套即具有自润滑性能并可形成自润滑轴瓦轴套。

按沟槽组合面结构的位置分布及贯穿部位的设计方式可将轴瓦轴套新结构分为四个基本类型：1、其回转体内外部结构上分别具有一系列沿圆周分布、沿回转体回转母线方向走向分布的沟槽结构或组合面结构，或用焊接、粘胶接材料、装配技术封闭联接的沟、槽、组合面类结构。2、其回转体远离轴线方向外部结构上具有一系列沿圆周分布、沿回转母线走向分布的沟槽结构或组合面结构，或用焊接、粘胶接材料、装配技术封闭联接的沟、槽、组合面类结构。内部回转面采用板材连续材料层形成。3、其回转体靠近轴线方向的内部结构上具有一系列沿圆周分布、沿回转母线分布的沟槽结构或组合面结构，或用焊接、粘胶接材料、装配技术封闭联接的沟、槽、组合面类结构。外部回转面采用板材连续材料层形成。4、回转体上具有一系列沿圆周分布，沿回转母线分布的贯穿内外表面的组合面结构形成扇形块组合结构。

设计一制造时，可根据需要选择上述结构类型、各结构类型上的沟槽结构、组合面结构等结构应贯穿其一个端面至另一个端面，以利于采用具有沟槽结构或剖分结构的板材弯折成型为横剖面为多边形，侧面有一系列折边的多面体毛坯。将轴瓦轴套毛坯设计为多面体型式，其垂直于轴线的横剖面一般设计为多边形通常是正多边形型式。成型的毛坯上有一系列与侧面折边对应的沟槽结构或组合面结构，或用焊接粘胶结材料、装配技术封闭联接的沟、槽、组合面类的结构。采用这种毛坯其横剖面的几何形状外圆或内圆部位产生一个预先可以估计到的设计一制造形状偏差△′及△″，该偏差影响毛坯的成型精度及加工过程的材料消耗。当采用层叠复合材料板材制造毛坯时还要影响其有用材料层的制造精度及其材料消耗。为减少这一偏差△′及△″须将毛坯侧面折边的数目或横剖面正多边形的数目设计得多一些。根据相应图形的关系一般以轴瓦轴套横剖面外圆或内圆为准设计外切或内接正多边形为设计图形控制毛坯的设计一制造偏差△′及△″。按照上述要求设计的正多边形的边数即为毛坯横剖面正多边形边的数目，亦即毛坯侧面相应的折边的数目。亦即毛坯上，轴瓦轴套上相应的沟槽结构或组合面结构，或用焊接、粘胶接材料装配技术封闭联接的沟槽、组合面类结构的数目，在本发明中规定按如下关系式计算：

$\mathrm{n\; \ge }\frac{\mathrm{180°}}{\mathrm{arc\; Cos(1-}\frac{\mathrm{2△}}{{\phi }_1})}$

式中：△-表示以轴瓦轴套外圆（或内圆）为准设计正多边形几何形状时，轴瓦轴套外圆或内圆的外切或内接正多边形的形状偏差。

φ₁-表示在轴瓦轴套外圆（或内圆）处最小正多边形（外切正多边形或内接正多边形）的外切圆（或内接圆）的直径。

n-表示以轴瓦轴套外圆（或内圆）为准设计的毛坯横剖面正 多边形的边数，亦即轴瓦轴套、毛坯上有关相应结构的数目。

计算后使在垂直于轴瓦轴套轴线的横剖面上轴瓦轴套的内圆或外圆，按该数目设计产生的外切或内接正多边形其各自的形状偏差径向圆跳动值能控制在GB1184-80国家标准1-12级内。自由设计任意选择时，最大不超过4mm（△≤4mm）。用于制造轴瓦轴套及其毛坯的板材按轴瓦轴套或其多面体毛坯展开图进行设计。板材上设计出与轴瓦轴套或其毛坯的相应沟槽结构、组合面结构对应的、沿轴瓦轴套回转体回转母线分布的一般成直形的沟槽结构或剖分结构：使其贯穿板材长宽外形，致使板材产生一系列厚度不大于6毫米的薄壁截（剖）面，以便容易弯折成型为多面体毛坯。沟槽结构、剖分结构或其相应薄壁截（剖）面结构的数目根据弯折成形制造多面体毛坯的形状精度确定：或直接根据多面体毛坯横剖面多边形边的数目确定。根据不同的供料方式：当直接采用具有足够数目的沟槽结构或剖分结构的板材来制造轴瓦轴套时，其生产-工艺流程为根据轴瓦轴套，或其毛坯的结构、尺寸确定板材下料尺寸→进行板材下料→将下好料的板材矫平→对板材厚度部位进行加工。精确控制板材厚度尺寸→对板材长宽外形尺寸进行加工、精确控制板材长宽外形尺寸→直接将板材在工具上手工弯折定型为轴瓦轴套多面体粗毛坯，或采用冲压技术成型为多面体粗毛坯→根据轴瓦轴套的结构、性能要求采用焊接或胶接通用技术、工艺及装配方式将轴瓦轴套毛坯定型为精毛坯→将轴瓦轴套精毛坯经机械加工成产品;当采用无沟槽或剖分结构的板材来制造轴瓦轴套时，只需在对板材厚度和对板材长宽外形尺寸进行加工工序之间增加一道根据需要精确加工出板材上的沟、槽结构的工作。其余同上述工艺流程。

本发明与现有技术相比较，有产品结构简单、制造容易、生产周 期短、成型精度高等优点。毛坯既可手工成型又可采用机械设备成型，用通用机床即可制造产品。特别有利于采用层叠复合材料板材制造厚壁轴瓦轴套，从而降低贵重的轴承合金材料消耗，并有利于提高产品的技术-经济指标。本发明既是轴瓦轴套一种具体结构型式的发明，也是一种将板材简便地制成成型精度高、型状复杂的毛坯制品的方法发明，例如采用具有纵横交错的沟槽结构的板材使之容易冲压成型半球形轴瓦，又如按照微分原则当毛坯正多边形的边数取得足够多时（此时n→∞），毛坯的形状接近于圆形及圆筒形：毛坯的精度等级因而可达很高的级别，对于机械上常用的直径大于φ25mm的轴瓦轴套采用本发明时，可采用由材料制造厂直接提供的具有剖分结构（剖分面间隙等于或接近于零）、或沟槽结构的板材，或采用切口铣刀、锯片铣刀加工再产生出具有很窄宽度沟槽结构的板材。当采用这样的板材制造内径为φ25mm的普通轴套时，毛坯的形状精度其径向圆跳动等级可达10级以上。所制造的轴瓦轴套直径越大，毛坯的形状精度越易达到较高的等级。采用工具和焊接、胶接、装配技术能容易地控制毛坯和产品质量。

以下结合附图描述本发明的实施例。

图1是本发明第1个类型新结构主视图。

图2是本发明第1个类型新结构横截面示意图。

图3是本发明第2个类型新结构主视图。

图4是本发明第2个类型新结构横截面示意图。

图5是本发明第3个类型新结构主视图。

图6是本发明第3个类型新结构横截面示意图。

图7是本发明第4个类型新结构主视图。

图8是本发明第4个类型新结构横截面示意图。

图9是本发明一种具体类型结构的主视图。

图10是本发明一种具体类型结构横截面示意图。

图11是本发明新结构的毛坯多边形，多面体主视图。

图12是本发明新结构的毛坯横截面示意图。

图13是本发明毛坯横剖面正多边形边数计算示意图。

图中φ₂表示相应于计算正多边形边数的毛坯横剖面上轴瓦轴套外圆或内圆的直径。

参照图3、图4、图10、图13，一种采用钢-青铜层叠复合材料板材制造的轴套（直套），其尺寸规格为：d×D×L＝520×570×400，其内壁为青铜材料层，厚度为δ₂＝3±0.1mm。首先选用第2个基本类型结构型式。因轴套尺寸较大，所用板材可拼接制造。采用横剖面为正多边形的多面体毛坯，以轴套外圆设计毛坯横剖面多边形的边数，以轴套内壁青铜层厚度公差作为控制毛坯成型精度的形状精度要求，即△＝0.1mm，按前述关系式得n＝119（条）据金属加工工艺手册直 接半精车、精车毛坯为产品。由设计得出毛坯各部加工余量、总体尺寸为：t₁＝1.2mm，t₂＝1.5mm，t₃＝1.5mm，L′＝L+2t₃＝403mm，φ₁＝D+2t₁+2△′，φ₂＝d-2t₂-△″，△′-表示毛坯横剖面最外侧正多边形半径方向的径向圆跳动偏差，△″-表示毛坯横剖面内侧正多边形半径方向的径向圆跳动偏差。由于轴套尺寸大，毛坯切削加工量小，毛坯公称尺寸较轴套公称尺寸差别不大，取△′＝△″＝△，按公式△＝φ₁/2-φ₂/2＝φ₁/2·（1-cos (180°)/(n) ）。得φ₁＝572.6mm，φ₂＝516.8mm。最后进行板材设计，采用钢背上具剖分结构的板材，剖分结构为平面，其分别平行于轴套展开图回转母线，剖分结构穿透钢背抵达钢-青铜材料分介面。由于n＝119（条），板材上相应的剖分结构的数目为n′＝n-1＝118（条），板材总厚度为δ₁＝δ+t₁+t₂+△＝27.8mm，板材上青铜层厚度为δ₂′＝δ₂+t₂+△＝4.6mm，板材的最小弯折厚度为4.6mm。板材展开尺寸以毛坯横剖面内侧正多边形计算为L′×S＝403×1620.59（平方毫米）。相应于板材钢背上的剖分结构在青铜层表面设计出118条工艺切口以利其弯折成形。切口深度0.5mm。

加工时，通常应以轴瓦轴套滑动工作面为准设计毛坯的成型定位基准。采用工具将具有较薄弯折截面的材料手工成型为毛坯或将具有较厚弯折截面的板材机械成型为毛坯。弯折成型的毛坯采用常规的焊接、胶结、装配技术定型。轴瓦轴套的加工采用工具使毛坯处于稳定准确的定位状态直接经半精加工、精加工为产品。

Claims (5)

1、一种用具有沟槽结构、剖分(组合)面结构的复合材料、其它材料板(带)型材卷制制造的径向滑动轴承用轴瓦轴套，其特征在于：

轴瓦轴套上具有一系列沿圆周布置、沿其轴线方向分布的沟、槽或组合面结构，用机械工程材料封闭、填塞、粘结的沟、槽结构或组合面结构。

2、根据权利要求1所述的径向滑动轴承用轴瓦轴套，其特征在于：

轴瓦轴套上的沟、槽、组合面类结构的数目限定为使在垂直于轴瓦轴套中心轴线的轴瓦轴套横截剖面的内圆或外圆按该数目设计的内接或外切正多边形其各自的形状偏差径向圆跳动值控制在国家标准1-12级内，任意选择时最大不超过4毫米的范围。

3、一种用具有沟、槽结构、剖分（组合）面结构的复合材料、其它材料板（带）型材卷制制造径向滑动轴承用轴瓦轴套的方法，包括以下步骤，其特征在于：

把具有沟、槽、剖分（组合）面类结构的单个板（带）型材沿其沟、槽、剖分（组合）面类结构的易于弯折的薄壁截面结构处弯折卷制，制成一种具有中心（轴）线且有一系列沿轴线方向分布，沿周圈布置的沟、槽、剖分（组合）面类结构的而垂直于中心轴线的横截剖面为多边形形式的多面体状径向滑动轴承用轴瓦轴套粗毛坯，

把前述粗毛坯上的沟、槽、剖分（组合）面类结构用机械工程材料及焊接、粘结、装配类技术予以封闭、堵塞、粘结联接起来，使轴瓦轴套粗毛坯定型，成为精毛坯，

把前述精毛坯机械加工为径向滑动轴承用轴瓦轴套产品。

4、根据权利要求3所述的径向滑动轴承用轴瓦轴套的制造方法，其特征是直接用来弯折卷制轴承用轴瓦轴套毛坯的板（带）型材其相应于沟、槽、组合（剖分）面类结构的薄壁截剖面部位厚度不大于6毫米。

5、根据权利要求3所述的径向滑动轴承用轴瓦轴套的制造方法，其特征是轴承用轴瓦轴套粗毛坯或精毛坯各自具有的沟、槽、组合（剖分）面类结构，用机械工程材料封闭、堵塞、粘结、联接的沟、槽、组合（剖分）面类结构的数目限定在：使在垂直于轴瓦轴套中心（轴）线的轴瓦轴套横截剖面的内圆或外圆按该数目设计的内接或外切正多边形其各自的形状偏差径向圆跳动值控制在国家标准1-12级内，任意选择时最大不超过4毫米的范围。

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