CN1035871A - 一种推力滑动轴承及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推力滑动轴承及其制造方法。其特征是采用组合结构及复合材料构成新的适用于大型重载的推力滑动轴承。它具有结构简单、可靠、取材容易、制造方便等优点，它既具有组合结构利用不同材料特点的优点，又具有复合材料综合性能好的优点，它是一种减摩、自润滑性能好、承载力高、耐热性强，在重载、苛刻润滑条件下及高热工作条件下都能高可靠安全运行的新型推力滑动轴承。

Description

本发明涉及用粉末冶金减摩材料、层叠复合材料制造的推力滑动轴承结构及制造方法，特别适合大型重载推力滑动轴承使用。

对于大、中型重载机器上常用的油润滑、动压或静压推力滑动轴承，其轴瓦传统上多采用一种在板、块状金属构件表面通过沟槽结构固定、结合上一层锡基或铅基轴承合金后制成的双金属轴瓦或者采用一种在板块状金属构件例如铜合金构件表面钎焊复合一层前述轴承合金的双金属轴瓦，由于所用这类轴瓦轴承合金的质地软、熔点低以及轴瓦为双金属层叠状的形式，轴瓦的减摩、耐磨性能及重载、长时间工作状态下的可靠性较低。常在机器的启动、停止工作停机时、油润滑条件较差时因自润滑减摩性能较差发生较多磨损;在长时工作状况因热变形破坏轴承的正常工作危及机器安全运行。因此工业上多年来一直寻求能用上结构稳定可靠、减摩耐磨性能高，耐热能力好的轴承材料及轴承结构以及相应轴承经济的制造方法。在内燃机、汽车、家用电器工业上广泛应用一类粉末冶金减摩材料、层叠复合材料制造薄壁径向滑动轴承。其中用得最多的是一类钢背烧结多孔青铜层后复合上一层聚四氟乙烯材料构成的三层复合材料。如中国专利局公开的英国艾普克公司的两项发明-GK85109639及GK86101638，提出的两种钢背烧结多孔青铜层复合上增强聚四氟乙烯材料的径向滑动轴承。这类材料兼具了粉末冶金材料、金属材料及工程塑料的优点，其综合性能优越。特别是其上结合上工程塑料作为轴承材料，有利于发挥工程塑料如聚四氟乙烯的耐热性高、减摩性自润滑性优良的优点。因此，采用这类材料制造滑动轴承特别是大型推力滑动轴承前景是广阔的。此外，由于这类材料在工业上无论技术方面、生产方面已经很成熟，直接应用这类材料制造滑动轴承也很方便。不过，迄今为止，由于这类材料主要是为内燃机等工业服务的，其生产的材料一般都是薄壁带状或宽度为200mm～300mm的板材，宽度较小。用其制造的滑动轴承主要适宜中小尺寸的卷制径向轴承。由于材料的尺寸较小，也由于按传统的设计方式推力滑动轴承的轴承材料总是由一种合金或一种其它轴承材料作承载材料构成连续材料工作，仍然存在采用单一承载材料的缺点，如聚四氟乙烯材料作滑动工作面承载材料，虽然其减摩性能好、耐热性能好但却有重载下不耐磨损、承载能力较低等问题。一般来说，材料的改进是较困难的。这就影响了利用这类综合性能较之单一轴承合金或单一工程塑料优越性要高的粉末冶金材料、层叠复合材料制造高可靠性的推力滑动轴承、特别是大型重载推力滑动轴承的可能性。

本发明的目的，就是为了通过采用新结构和应用新材料来克服上述缺点，解决现有油润滑推力滑动轴承减摩、耐磨、耐热性差;热变形大;可靠性低;结构复杂等方面的问题。使得能够简单、方便、经济地制造出所需的高品质推力滑动轴承。

本发明的目的是这样实现的：根据现有粉末冶金材料或减摩层叠复合材料一般为小尺寸板、带、型材便于生产的特点及一般推力滑动轴承运行工作时的性能要求，将推力滑动轴承或其轴瓦类零部件设计成组合结构型式，从而形成如下类型的有金属基体构件与所述粉末冶金减摩材料元件或部件组合成的推力滑动轴承：1.轴瓦的单个金属基体构件上布置有一整片或整张、整块粉末冶金减摩材料主要是由金属材料与工程塑料构成的减摩层叠复合材料;2.轴瓦的单个金属基体构件上布置有一系列或多块粉末冶金减摩层叠复合材料元、部件作为轴承材料层。有关复合材料元件或部件互相拼合、组合在金属基体构件的一个表面上，由复合材料元件上的工程塑料层作为滑动配合面承载工作层。为了利用不同工程塑料的优点，采用的复合材料既可以是单种类的，也可以是多种类的。例如可以设计为金属基体构件的一个表面上同时布置上钢背烧结多孔青铜层后复合聚四氟乙烯的减摩材料元件和钢背烧结多孔青铜层后复合聚酰亚胺的耐摩材料元件以及其它适用的减摩耐磨材料元件等。为了保证本发明的实施目的，采用拼块、组合式复合材料元件的推力滑动轴承其轴瓦上复合材料相互组合处的间隙要小，最好间隙值为零，以利于轴承工作时形成正常的工作油膜。也可采用在间隙中填入吸变形的弹性材料（如橡胶）的方式实现。

这种推力滑动轴承是这样制造的：在按所需制造的由致密高强度金属材料构成的基体构件的规定表面上采用粘结或钎焊的方法联结固定上按所需制造的规定尺寸的粉末冶金减摩材料板材或片、张、块状元件，从而形成推力滑动轴承或其轴瓦毛坯，然后将上述毛坯经机械加工为所需推力滑动轴承或其轴瓦成品。采用常规的粘结方法可以方便地实现本发明的目的。采用钎焊方法时要注意所选用的钎料的熔点及实施钎焊的温度，以不影响、破坏被钎焊的元件、构件、部件的形态、尺寸为准，一般应选用熔点在500℃以下的钎料进行钎结并形成钎结面。为了使钎焊能顺利进行，一般应采用一些工装器具。先将金属基体置于工装器具中加热，使其参加组合的表面涂覆上一层熔融状钎料，然后将成张的或成片、块状的粉末冶金减摩材料元件复合钎结固定在金属基体表面。一般金属基体的尺寸较大，热容量也大，利用这一特点可以可靠地将金属基体与有关元件联结在一起。对于小尺寸的片、块状元件要在生产中临时将其一个个组合、拼装在金属基体构件上很不容易且费时，因此一般应将其先组合在一起构成大张的或大片的规定尺寸的（其尺寸与推力滑动轴承或轴瓦参加组合的表面总体尺寸相应）材料。需用时再加工为所需形状，例如可将一个个元件的工程塑料面粘结在金属薄板上，形成大片或大张的复合材料组合材料。当金属基体构件被加热且涂覆上熔融状的钎料后，这种复合材料组合材料规定尺寸的大张或大片状材料的金属面可以方便地与金属基体构件相贴合钎结。也可以采用另外的简便方法如在金属基体的有关表面上先铺敷上一层钎料，再铺装上复合材料元件或其拼合的部件后一同入加热炉加热钎结制成所需的推力滑动轴承毛坯，等等。

本发明具有如下优点：产品结构简单、取材方便，制造容易，既具有组合结构利于利用不同材料特点的优点，又具有复合材料综合性能好的优点。容易实现制造减摩、自润滑性能好及承载能力高、耐热性能好，在重载、苛刻润滑条件下及高热工作条件下能高可靠性安全运行的推力滑动轴承、特别是大型推力滑动轴承的目的。由于采用了金属基体材料和钢背或铜背上烧结多孔铜合金层后复合有聚四氟乙烯或聚酰亚胺或聚砜之类的减摩、耐磨、耐热三层复合材料，当以上述材料上的所述类型的工程塑料层为轴承材料承载工作时，这类推力滑动轴承即具有高热（较之锡基轴承合金）条件不易烧损的工作能力。此外，由于所述及采用的工程塑料一般具有很小的仅为金属材料十分之一的导热性，制成的推力滑动轴承在工作时其滑动工作面的发热基本上被工程塑料隔绝因此机械发热产生的变形很小。不仅如此，当采用组合、拼块的复合材料元件制造拼块式推力滑动轴承或轴瓦时，当推力轴瓦有关表面的拼块元件相互间设计有规定尺寸的间隙和间隙中填有一定强度而又易于吸收变形的弹性的或低强度材料结构而又不致破坏、影响正常的工作油膜时，由于存在这类间隙，结构容易阻止及削弱产生热物理变形效应，使得推力滑动轴承或推力轴瓦更加不易因其由不同的材料构成而在高温工作时发生较大变形及影响正常的工作油膜而危及推力滑动轴承的正常工作。因此，采用本发明制造的推力滑动轴承具有高的可靠性。对于制造本发明所述的推力滑动轴承，其所采用的材料（包括粘结剂及钎料）都能在现有成熟的工业技术和材料市场、产品市场获得，这使得不必花大力气即可组织生产制造所需产品。同时，由于采用非常便于实施的粘结制造法和钎结、钎焊制造法来制造所述推力滑动轴承，实施本发明的过程是十分简单易行的。此外，利用组合结构和复合材料的综合性能好的优点，推力滑动轴承的结构稳定性、可靠性均可加工到很高的程度。例如，将推力滑动轴承的轴瓦设计为由钢铁材料制造的板、块状单个金属基体构件与前述减摩层叠复合材料结合的型式，此时，可采用由钢背烧结多孔铜合金层复合工程塑料的减摩材料，利用钢基体构件与减摩元件钢背钢粘结性能好的特点采用粘结法制造的推力滑动轴承其粘结结构是十分可靠的;根据需要也可采用铜或铜合金基体构件或钢基体构件喷焊复合铜合金材料后构成的双金属基体构件（用此构件可减少铜的耗量）与铜背烧结多孔铜合金层后复合工程塑料的减摩耐磨材料元、部件相结合的设计制造推力滑动轴承、轴瓦。利用铜或铜合金材料易于钎焊的特点使铜基构件与减摩元部件的铜背、铜材部分相钎结制成结构可靠的所需产品。由于本发明采用耐温、隔热性能好的减摩轴承材料，结构简单、可靠，现有大、中型重载推力滑动轴承传统上复杂的冷却降温装置及启动用高压油顶起减摩装置均可取消，这大大简化了产品的复杂程度。利用本发明的结构型式和方法还可制造由锡基或铅基轴承合金材料板、块状元件与金属基体拼合、组合的同样有减弱热变形效果的推力滑动轴承。

本发明的结构型式和制造方法参照附图加以说明：

图1为现有技术常用的推力滑动轴承的轴瓦，其传统结构为在一钢铁金属材料的板、块状基体的规定表面上加工有沟槽构造，利用该沟槽结构将锡基或铅基轴承合金浇铸在钢基体上后可以固定结合上两种材料为推力轴瓦。也有推力轴瓦的金属基体采用铜或铜合金材料制造。利用铜与锡基或铅基合金相互间良好的钎焊使两者可靠结合为所需制品。（1）表示锡基或铅基合金材料层。（2）表示钢铁材料或铜基材料板块基体。

图2是传统使用锡基或铅基轴承合金材料时，常用金属基体板块状构件的结构示意，其上具有沟槽结构。

图3是现有技术广泛采用于内燃机、航天器上的钢背或铜背烧结多孔青铜层后结合有聚四氟乙烯或其它工程塑料包括改性工程塑料类的三层复合材料结构示意，工程塑料（1）通过多孔结构牢牢结合在多孔青铜层（2）中，而青铜层烧结在钢背或铜基材料背（3）上。三者可靠结合成一体，钢背或铜背作为高强度基体工作。

图4是现有技术中一种二层复合轴承材料结构示意，如日本专利JP58-77916所说明，（1）为氟树脂材料层通过粘结剂粘结在金属背（2）上。金属背（2）可以是钢的、或铜基材料的、或金属复合材料的如钢背烧结铜基材料构成的双金属材料。金属背材料常为板、带、块型。

图5是本发明的典型推力滑动轴承、轴瓦的一种型式。（1）一种钢背烧结多孔铜合金层后结合有工程塑料的减摩耐磨三层复合材料部件，（2）钢铁基体构件或铜基材料构件，（3）使（1）和（2）结合成一体的粘结剂层或钎料层。

图6是一个个减摩三层复合材料（1）元件相互拼合在金属基体（2）上，（1）和（2）用粘结剂或钎料（3）相互粘结或钎结结合为一体示意。

图7是金属基体（2）的规定表面上用粘结剂或钎料钎焊结合上减摩耐磨部件层（1）。（1）分别由镶嵌元件（4）和具有工程塑料层的三层复合材料（5）板块组合构成。（4）镶嵌在（5）的孔中。（4）可以是有工程塑料层的三层复合材料也可以是适用的其它材料制成的元件。

图8是一种按本发明设计的又一种推力滑动轴承，其轴瓦金属基体上的轴承材料呈现拼、镶状形式，实际上每个拼、镶、块状轴承材料周围的间隙、沟槽或经填塞的沟槽是经机械加工制造成的。亦即是先在金属基体构件的规定表面复合上所需的整件轴承材料后，再加工出间隙或沟槽等结构。这些间隙或沟槽结构，或用含减摩材料的材料填塞上述间隙等结构产生的结构与用拼块、组合、或镶嵌形式制造的推力轴承一样，且其均沿推力滑动轴承的滑动承载面向金属基体构件的结合轴承材料的表面方向分布。图中沟槽（6）为直槽，（7）为环状槽，（1）为轴承材料，（2）为金属基体构件。

图9是一种按本发明设计的一种滑动轴承。钎料预先布置（浇铸）在有沟槽结构的钢基金属构件上规定的位置表面，然后再在钎料表面布置含工程塑料层的、含金属背层（一般为铜基材料的金属背层）的层叠复合材料元件、部件，经加热使有关元件或部件与钢基金属构件钎结在一起，再加工为成品。（1）表示有关含工程塑料层的层叠状复合材料元件或部件，（2）表示钢基体金属构件，（3）钎料部分。这种结构型式很适宜现有技术用的推力滑动轴承及轴瓦改造为所需的本发明型式。

Claims (2)

1、一种主要用含聚四氟乙烯或其它适用的工程塑料层的层叠状复合材料为轴承材料层的推力滑动轴承，其特征在于：

a.滑动轴承或其轴瓦的结构型式呈由高强度的钢铁材料构件、或铜基材料构件、或钢铁材料构件与铜基材料相复合形成的构件规定表面上结合、布置有钢背烧结多孔铜合金层、再复合上聚四氟乙烯或聚酰亚胺、或聚砜或其它适用的工程塑料的，或结合布置有其它适用的层叠复合材料元件、部件的结构型式；

b.有关高强度金属基体构件的与上述有关减摩耐磨轴承材料元件或部件的结合面间具有一层明显的粘结材料或钎结钎料；

c.滑动轴承或其轴瓦的减摩耐磨材料层或轴承材料层呈组合或拼块结构，或有间隙或沟槽或有采用规定的材料填塞了沟槽的结构型式。

2、一种主要用含聚四氟乙烯或其它适用的工程塑料层的层叠状复合材料为轴承材料层的推力滑动轴承的制造方法，其特征是滑动轴承或其轴瓦是经过将预先加工的有关金属基体构件与有关含工程塑料层的层叠复合材料结构的元件或部件、或其它适用的层叠复合材料元件或部件相互粘结或钎焊结合为一体后形成毛坯，进而加工为所需的推力滑动轴承或轴瓦成品。

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