CN102635630A - 一种用于水工钢闸门的自润滑轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水工钢闸门的自润滑轴承，包括用于套接安装在轴颈上的管状基体，管状基体上分布有多个预开孔，预开孔中由内到外依次安装有固体润滑剂和推力弹簧，固体润滑剂与预开孔间隙配合，管状基体外部套接安装有通过沉头螺钉固定在管状基体上的轴瓦式固定壳，轴瓦式固定壳的内壁抵顶于推力弹簧外端。本发明所提供的润滑方式是主动润滑，即固体润滑剂与管状基体的预开孔间隙配合，能够在推力弹簧的作用下逐渐露出预开孔，并与轴颈很好地接触，以使固体润滑剂自身“主动磨损”来持续不断地提供润滑剂，从而降低基体磨损，提高轴承使用寿命；另外当作为固体润滑剂的润滑块耗尽时，只需更换润滑块便可以继续使用，降低了维护成本。

Description

一种用于水工钢闸门的自润滑轴承

技术领域

本发明涉及一种轴承结构，具体的说，是涉及一种和润滑有关的轴承结构。

背景技术

随着我国一些高坝的兴建，其底孔的工作闸门和检修闸门所承受的水压力越来越大，而作为将这些水压力传递给坝体的结构，平面钢闸门的行走支撑和弧形钢闸门的转动铰等回转机构主要工作在低速重载的条件下，这一工况形式决定了这些回转件的滑动轴承不可能形成完整致密的油膜。如果应用传统的油脂润滑，将使滑动轴承工作在边界摩擦的情况下，这将引起轴颈和轴承之间产生迅速磨损，甚至是卡死现象。由于普通液体润滑轴承不能胜任这种特殊工况的要求，因此镶嵌型自润滑轴承和粉末冶金整体烧结型自润滑轴承应运而生。

传统的镶嵌型自润滑轴承的结构特点和工作原理为：如图1和图2所示，在金属基体上预先设计、加工好一定面积比例的孔，并在这些预设的孔中镶嵌入固体润滑剂，通过粘结处理，使金属基体和固体润滑剂这两种结构形成一个整体，并将其加工成轴承、轴瓦或衬板。如图3所示，所有镶嵌孔沿回转方向交错设置，在轴向或径向各镶嵌孔之间应有一定的重叠度α，以保证固体润滑剂覆盖到整个滑动方向，形成完整的固体润滑膜。自润滑轴承在运动时由于热作用以及轴颈和自身的摩擦作用，使固体润滑剂不断渗出转移，同时随着金属基体的不断磨损，使固体润滑剂逐渐裸露出来，从而起到润滑和减摩作用。

传统的粉末冶金整体烧结型自润滑轴承的结构特点和工作原理为：如图4和图5所示，粉末冶金整体烧结固体自润滑轴承是将固体润滑剂粉末和金属基体原料相互混合在一起，并通过硬脂酸锌作为粘结剂将其压制成形、烧结，形成具有很多空隙的自润滑基体复合材料，将其加工成轴承、轴瓦或衬板。由于材料本身添加了一定的固体润滑剂以及轴承在工作中将产生热作用，使自身的固体润滑剂在其表面上将形成一层较为稳定的润滑层，并且依靠自身的磨损不断补充固体润滑剂，来修复被撕裂的润滑膜，从而达到润滑和减摩作用。

可见，上述两种传统的自润滑轴承都是是采用“自我损耗”来不断提供润滑剂，这种润滑方式造成了轴颈和轴承磨损严重。

发明内容

本发明要解决的是镶嵌在基体上的固体润滑剂不能“主动磨损”来不断提供润滑剂的技术问题，提供一种用于水工钢闸门的自润滑轴承，可以使自润滑轴承自身的基体材料不磨损或者磨损的很少，而是让固体润滑剂自身“主动磨损”来达到不断提供润滑剂，满足润滑需要。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种用于水工钢闸门的自润滑轴承，包括用于套接安装在轴颈上的管状基体，所述管状基体上分布有多个预开孔，所述预开孔中由内到外依次安装有固体润滑剂和推力弹簧，所述固体润滑剂与所述预开孔间隙配合，所述管状基体外部套接安装有通过沉头螺钉固定在所述管状基体上的轴瓦式固定壳，所述轴瓦式固定壳的内壁抵顶于所述推力弹簧外端。

所述轴瓦式固定壳由两个同样的轴瓦式固定壳组件拼合而成，两个所述轴瓦式固定壳组件相互之间的定位线为阶梯形。

所述管状基体两端分别设置有密封圈，所述密封圈外部设置有通过螺钉固定在所述管状基体上的密封圈固定端盖。

所述固体润滑剂与所述预开孔的间隙距离为0.00005m～0.00015m。

所述管状基体的内径为d₂，单位为m；d₂＝d₁+(0.00005m～0.00015m)；式中：d₁为所述轴颈的直径，单位为m。

所述管状基体的壁厚为l₃，单位为m；l₃≥l₁+l₂；式中：l₁为所述推力弹簧被压缩后的最小长度，单位为m；l₂为所述固体润滑剂的高度，单位为m。

所述预开孔的数量

式中：S为所述预开孔的面积，单位为m²；d₃为所述预开孔的直径，单位为m。

本发明的有益效果是：

本发明的用于水工钢闸门的自润滑轴承所提供的润滑方式是主动润滑，即固体润滑剂不像传统自润滑轴承那样和基体固结或者混合在一起，而是与管状基体的预开孔间隙配合，固体润滑剂在预开孔中能够自由移动。这样固体润滑剂就能够在推力弹簧的作用下逐渐露出预开孔，并与轴颈很好地接触，以使固体润滑剂自身“主动磨损”来持续不断地提供润滑剂，从而降低基体磨损，提高轴承使用寿命；另外当作为固体润滑剂的润滑块耗尽时，只需更换润滑块便可以继续使用，降低了维护成本。

附图说明

图1是传统的镶嵌型自润滑轴承的结构示意图；

图2是图1的A1-A1剖视图；

图3是镶嵌孔之间的重叠度示意图；

图4是传统的粉末冶金整体烧结型自润滑轴承的结构示意图；

图5是图4的A2-A2剖视图；

图6是一种用于水工钢闸门的镶嵌型自润滑轴承的主视图；

图7是图6的B-B剖视图；

图8是图7中I的局部放大图；

图9是本发明的轴瓦式固定壳的主视图；

图10是图9的C-C剖视图；

图11是本发明的轴瓦式固定壳组件的主视图；

图12是图11的端面视图；

图13是本发明的管状基体的主视图；

图14是图13的D-D剖视图；

图15是用于水工钢闸门的镶嵌型自润滑轴承的装配图；

图16是一种用于水工钢闸门的粉末冶金整体烧结型自润滑轴承的主视图；

图17是图16的E-E剖视图；

图18是密封圈固定端盖的结构示意图；

图19是图18的F-F剖视图；

图20是用于水工钢闸门的粉末冶金整体烧结型自润滑轴承的装配图；

图中：1、滚轮；2、轴瓦式固定壳；3、管状基体；4、轴颈；5、固体润滑剂；6、推力弹簧；7、定位线；8、预开孔；9、沉头螺钉；10、沉孔；11、轴瓦式固定壳组件；12：密封圈；13：密封圈固定端盖；14：密封圈安放槽。

具体实施方式

实施例1

如图6和图7所示，本实施例披露了一种用于水工钢闸门的镶嵌型自润滑轴承，主要由管状基体3、固体润滑剂5、推力弹簧6和轴瓦式固定壳2构成。

如图13和图14所示，管状基体3用于套接安装在轴颈4上，管状基体3上分布多个预开孔8。同样的，所有预开孔8沿回转方向交错设置，在轴向或径向各预开孔8之间应有一定的重叠度α，以保证固体润滑剂5覆盖到整个滑动方向，形成完整的固体润滑膜。

镶嵌型自润滑轴承的管状基体3可选择的材料范围比较广泛，主要包括铸铁类、锡青铜类、高强度黄铜、不锈钢类、锡锑合金类等金属材料。选择哪种金属材料作为基体材料应根据具体的承载情况而定，参考表1所示。

表1固体自润滑轴承常用的金属基体材料

其中，管状基体3参数确定如下：

(1)轴承平均压强p

$p=\frac{F}{l_4{d}_2-S}\≤\left[p\right]$

式中：F为轴承径向载荷，N；l₄为轴承长度，m；S为预开孔的面积，m²；d₂为管型基体的内径，m；[p]为许用压强，Pa。

(2)轴承的pv值

轴承的发热量与pv值成正比，其中v是轴颈的圆周速度，m/s，即工作表面间的相对滑动速度。

$\mathrm{pv}\≈\frac{\mathrm{FN}}{20000(l_4-n{d}_3)}\≤\left[\mathrm{pv}\right]$

式中：N为轴转速，r/s；d₃预开孔的直径，m；[pv]为许用pv值，Pa·m/s。

(3)滑动速度v

$v=\frac{\mathrm{\πN}{d}_2(\mathrm{\π}{d}_2-0.5n^{\′}{d}_3)}{60000\mathrm{\π}{d}_2}\≤\left[v\right]$

式中：n′为圆周方向预开孔的数量；[v]为许用速度，m/s。

(4)管状基体3的壁厚l₃

l₃≥l₁+l₂

式中：l₁为弹簧被压缩后的最小长度，m；l₂为固体润滑剂的高度，m。

(5)管状基体3的内径d₂

由于管状基体3与轴颈4之间存在相当滑动，因此管型基体3的内径为

d₂＝d₁+(0.00005m～0.00015m)

式中：d₁为轴颈4的直径，m。

(6)预开孔8的总数量N

$N=\frac{4S}{\mathrm{\π}{d}_3^2}$

结合图8所示，预开孔8用于由内到外依次安装固体润滑剂5和推力弹簧6。固体润滑剂5选用通用于轴承润滑中的固体润滑材料，要求最好具有：较低的切向应力；容易在运动的摩擦副之间形成层状滑移层；较强的表面吸附能力；较低的摩擦系数；化学性质较稳定；温度适应性好；耐腐蚀性。常用的固体润滑剂5材料有：①具有方晶系和斜方晶系金属盐类及非金属单质，如WS2、MoS2、NbSe2、PbWo4、云母和石墨等；②金属氧化物，如PbO、ZnO和WO3等；③高分子化合物，如聚四氟乙烯、酚醛树脂和聚乙烯等；④纤维强化组织，如碳纤维和玻璃纤维等。根据实际需要将上述这些润滑剂材料按一定比例进行混合定型制成圆柱体的润滑棒，其中，具有方晶系和斜方晶系金属盐类及非金属单质为50％～60％，金属氧化物为0～10％，高分子化合物为20％～30％，纤维强化组织为10％～20％。

固体润滑剂5的直径需能够自由在预开孔8中滑动，即固体润滑剂5与预开孔8间隙配合，其间隙距离为0.00005m～0.00015m。

如图9至图10所示，管状基体3外部套接安装轴瓦式固定壳2，管状基体3上设置若干沉孔10，轴瓦式固定壳2通过沉孔10处的沉头螺钉9与管状基体3固定连接。轴瓦式固定壳2用于固定推力弹簧6，使所有的固体润滑剂5和轴颈4能够很好的接触，其厚度应满足沉头螺钉9所需要的最小厚度。如图11至图12所示，轴瓦式固定壳2是由完全相同的两个轴瓦式固定壳组件11拼合构成的，轴瓦式固定壳组件11通过其边缘所形成的的定位线7确定彼此的相对位置，为了便于安装、定位准确的考虑，定位线7应该设计为阶梯形。

如图15所示，本实施例的用于水工钢闸门的镶嵌型自润滑轴承与滚轮1和轴颈4的安装工序为：首先将管状基体3套在轴颈4上；然后在预开孔8中先放入固体润滑剂5，再放入推力弹簧6；再将轴瓦式固定壳2通过沉头螺钉9固定在管状基体3上；最后将滚轮1安装在轴瓦式固定壳2上。这样，用于水工钢闸门的镶嵌型自润滑轴承在维护时，只需拆下轴瓦式固定壳2，并更换磨损的固体润滑剂5即可。

实施例2

如图16和图17所示，本实施例披露了一种用于水工钢闸门的粉末冶金整体烧结型自润滑轴承，主要由管状基体3、固体润滑剂5、推力弹簧6、轴瓦式固定壳2、密封圈12和密封圈固定端盖13构成。管状基体3用于套接安装在轴颈4上，管状基体4上分布有多个预开孔8，预开孔8中由内到外依次安装有固体润滑剂5和推力弹簧6，固体润滑剂5与预开孔8间隙配合，间隙距离为0.00005m～0.00015m。管状基体4外部套接安装有通过沉头螺钉9固定在管状基体3上的轴瓦式固定壳2，轴瓦式固定壳2的内壁抵顶于推力弹簧5外端。轴瓦式固定壳2由两个同样的轴瓦式固定壳组件11拼合而成，两个轴瓦式固定壳组件相互之间的定位线7为阶梯形。管状基体3两端分别设置有密封圈12，密封圈12外部设置有通过沉头螺钉9固定在管状基体3上的密封圈固定端盖13。

可见，粉末冶金整体烧结型自润滑轴承与实施例1中的镶嵌型自润滑轴承主体结构相同，其区别仅在于：

其一，粉末冶金整体烧结型自润滑轴承的管状基体3材料是将固体润滑剂粉末和金属基体原料相互混合在一起，并通过硬脂酸锌作为粘结剂将其压制成形、烧结，形成具有很多空隙的自润滑基体复合材料，将其加工成设置有预开孔8的管型基体3。其中固体润滑粉末应选用熔点高，化学性质稳定的材料，如①具有方晶系和斜方晶系金属盐类及非金属单质，如WS₂、MoS₂、NbSe₂、PbWo₄、云母和石墨等；②金属氧化物，如PbO、ZnO和WO₃等。金属基体原料主要有Cu-Sn合金粉末等，固体润滑粉末与金属基体原料的具体含量要求应根据具体的载荷要求和固体润滑剂5要求而定。

其二，如图18和图19所示，管状基体3的两端分别设置有密封圈安放槽14，密封圈安放槽14内设置有O形密封圈12，密封圈12外部安装同样设有密封圈安放槽14的密封圈固定端盖13，密封圈固定端盖13通过沉头螺钉9与管状基体3固定连接。

如图20所示，本实施例的粉末冶金整体烧结型自润滑轴承与滚轮1和轴颈4的安装工序为：首先将管状基体3套在轴颈4上；其次在管状基体3的预开孔8中先放入固体润滑剂5，再放入推力弹簧6；再将轴瓦式固定壳2通过沉头螺钉9固定在管状基体3上；然后将密封圈12安放在密封圈安装槽18内，并通过密封圈固定端盖13通过沉头螺钉9与管状基体3相连接；最后将滚轮1安装在轴瓦式固定壳2上。这样，用于水工钢闸门的粉末冶金整体烧结型自润滑轴承在维护时，只需更换磨损的固体润滑剂5即可。

尽管上面结合附图和优选实施例对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于水工钢闸门的自润滑轴承，其特征在于，包括用于套接安装在轴颈上的管状基体，所述管状基体上分布有多个预开孔，所述预开孔中由内到外依次安装有固体润滑剂和推力弹簧，所述固体润滑剂与所述预开孔间隙配合，所述管状基体外部套接安装有通过沉头螺钉固定在所述管状基体上的轴瓦式固定壳，所述轴瓦式固定壳的内壁抵顶于所述推力弹簧外端。

2.根据权利要求1所述的一种用于水工钢闸门的自润滑轴承，其特征在于，所述轴瓦式固定壳由两个同样的轴瓦式固定壳组件拼合而成，两个所述轴瓦式固定壳组件相互之间的定位线为阶梯形。

3.根据权利要求1所述的一种用于水工钢闸门的自润滑轴承，其特征在于，所述管状基体两端分别设置有密封圈，所述密封圈外部设置有通过沉头螺钉固定在所述管状基体上的密封圈固定端盖。

4.根据权利要求1所述的一种用于水工钢闸门的自润滑轴承，其特征在于，所述固体润滑剂与所述预开孔的间隙距离为0.00005m～0.00015m。

5.根据权利要求1所述的一种用于水工钢闸门的自润滑轴承，其特征在于，所述管状基体的内径为d₂，单位为m；d₂＝d₁+(0.00005m～0.00015m)；式中：d₁为所述轴颈的直径，单位为m。

6.根据权利要求1所述的一种用于水工钢闸门的自润滑轴承，其特征在于，所述管状基体的壁厚为l₃，单位为m；l₃≥l₁+l₂；式中：l₁为所述推力弹簧被压缩后的最小长度，单位为m；l₂为所述固体润滑剂的高度，单位为m。

7.根据权利要求1所述的一种用于水工钢闸门的自润滑轴承，其特征在于，所述预开孔的数量式中：S为所述预开孔的面积，单位为m²；d₃为所述预开孔的直径，单位为m。

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