CN100394045C - 采用高分子材料提高大型滑动轴承自润滑的方法 - Google Patents

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Abstract

一种机械轴承技术领域的采用高分子材料提高大型滑动轴承自润滑的方法。本发明针对轴径大于500mm的大型自润滑滑动轴承，利用多块200mm×500mm的PEEK材料进行拼接安装，将PEEK材料装配在大型滑动轴承轴瓦上，具体为：采用单块烧结工艺，在轴瓦内径加工内槽，并利用黏合剂、铜基板和铜粉层为基础对PEEK材料进行烧结固定，最后利用固定螺钉进行加固，用巴氏合金进行填充。本发明采用无缝隙多块拼接的工艺方式，并采用铜基烧结和沉头螺钉固定双层装配方式相结合的装配方式，使PEEK材料装配在轴瓦内径，从而保证了大型滑动轴承的自润滑，避免大型球磨机、回转窑、船舶推进电机和冷却机等大型设备由于轴承故障造成的损失。

Description

采用高分子材料提高大型滑动轴承自润滑的方法
技术领域
本发明涉及一种机械轴承技术领域的方法，具体的说，设计的是一种采用高分子材料提高大型滑动轴承自润滑的方法。
背景技术
大型滑动轴承广泛应用于大型的回转机械中，如大型球磨机、回转窑、船舶推进电机、冷却机等。对于这类负荷大、转速较低的轴承来说，建立安全可靠的润滑油膜和自润滑保护，是近年来研究的重点。国内外对滑动轴承作了大量研究，提出了一些设计方案，其中包括大型滑动轴承的机械润滑以及轴承自润滑等。高分子材料(PEEK材料)是继通用塑料、工程塑料之后于上个世纪70年代初研究开发成功的第三代高分子材料的一个新领域。它具有高强度、高模量、耐高温、耐辐射以及尺寸稳定等特点，在电子电器、航空航天、汽车、机械制造等高新技术领域发挥着日益重要的作用。PEEK复合材料的成型可采用挤出、注射、模压等方法，其中最常用是高温注射成型和高温模压成型法。高温注射成型要求使用双螺杆挤出机，首先将PEEK及各种填料的混合物进行机械混合，尽量分散均匀，然后使其进入双螺杆挤出机造粒，使各组分在树脂熔融塑化过程中充分捏合，所得粒料在高温注塑机注射成型。由于注射成型工艺的影响，PEEK用于大型滑动自润滑轴承的形状尺寸受到限制，目前国内最大的用于滑动轴承的PEEK复合材料尺寸为200mm×500mm。大型滑动轴承的轴径可以达到500mm以上，因此，如何确定PEEK复合材料在大型滑动轴承应用中的装配工艺显得就异常重要。
经对现有技术文献的检索发现，阎家宾在《轴承》2001(7)发表的“镶嵌自润滑轴承性能参数试验研究”，通过对自润滑滑动轴承科技专利文献的分析，综述了各种材料作为自润滑滑动轴承材料的优缺点，并介绍了滑动轴承的结构、应用及特点。尽管该研究对自润滑轴承的设计有了进一步的认识，对滑动轴承的润滑进行了论述。然而，从国内外文献的分析可以发现国内外针对PEEK材料在大型滑动轴承中的应用未见正式报道。
发明内容
本发明的目的在于填补国内外针对PEEK材料应用于大型自润滑滑动轴承研究的空白，提供一种采用高分子材料提高大型滑动轴承自润滑的方法，使其保证轴与轴承的轴瓦摩擦均匀和形成连续的润滑、避免PEEK材料的脱落，以保证轴承的正常工作。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明针对轴径大于500mm的大型自润滑滑动轴承，利用多块200mm×500mm的PEEK材料进行拼接安装，将PEEK材料装配在大型滑动轴承轴瓦上，具体为：采用单块烧结工艺，在轴瓦内径加工内槽，并利用黏合剂、铜基板和铜粉层为基础对PEEK材料进行烧结固定，最后利用固定螺钉进行加固。
本发明具体步骤如下：
(1)对每一块PEEK材料，本发明将铜粉层和PEEK材料在110摄氏度的温度下一起烧结在铜基板上，并成为一体，使包含PEEK材料的该整体厚度为4mm，其中PEEK材料本身的厚度为2mm；然后采用美国SGS环保型UL无苯黄胶UB-100黏合剂(该黏合剂的优点是黏结强度高、便于清理)，将烧结后的PEEK材料固定于滑动轴承的轴瓦。
(2)将固定后的PEEK材料平均每8平方厘米用一个M6的沉头铜制螺钉进行加固，形成均匀分布的M6的沉头铜制螺钉固定。PEEK材料之间的连接缝隙为3-5mm，利用巴氏合金对PEEK材料的连接缝隙进行填充以形成连续的油膜润滑。
(3)采用巴氏合金进行填充后，利用车床将巴氏合金填充部分进行局部加工，使填充后的巴氏合金与PEEK材料为同一个圆周面，其圆周度要小于30um，以保持其受载均匀。
本发明针对PEEK材料尺寸形状在大型自润滑滑动轴承中应用的限制，采用无缝隙多块拼接的工艺方式，并采用铜基烧结和沉头螺钉固定双层装配方式相结合的装配方式，使PEEK材料装配在轴瓦内径，从而保证了大型滑动轴承的自润滑，避免大型球磨机、回转窑、船舶推进电机和冷却机等大型设备由于轴承故障造成的损失。
附图说明
图1为本发明的PEEK在大型滑动轴承中的装配方式。
具体实施方式
PEEK复合材料克服巴氏合金滑动轴承无法断油的缺陷，在停止供油的情况下可以连续运转120小时以上。针对PEEK材料形状尺寸的限制，本发明采用多块拼接的工艺方式。针对PEEK材料的连接缝隙，本发明利用巴氏合金对PEEK材料的连接缝隙进行填充以形成连续的油膜润滑。如图1所示，本发明在轴瓦2内径加工内槽，并利用黏合剂3、铜基板4和铜粉层5为基础对PEEK材料6进行烧结固定；最后利用固定螺钉1进行加固，以确保其可靠性。
实施例
在进行PEEK材料6装配之前，对PEEK材料6进行性能测试。本发明将PEEK材料6装配在内径为35mm的轴瓦2上(制作相同的两套)，对其中一套装配PEEK材料6的实验轴瓦2浸油。根据PEEK材料6大型滑动轴承应用中的载荷状况，确定PEEK材料6性能测试的载荷为5MP载荷和线速度为2.1m/s，连续运行120小时后停止实验；在实验过程中对轴瓦2的温度、PEEK材料6的磨损量和摩擦系数进行采样记录，完成PEEK材料6浸油润滑实验。将另外一套装配PEEK材料6的实验轴瓦2一次性浸油，也在5MP载荷和线速度为2.1m/s的条件下进行干摩擦实验，连续运行120小时后停止实验；在实验过程中也对轴瓦2的温度、PEEK材料6的磨损量和摩擦系数进行采样记录，完成PEEK材料6干摩擦实验。在确定PEEK材料6在磨损量小于40um、最终温度小于80度和摩擦系数低于0.08的情况下，采取下述方案进行装备。
根据测试结果(表一和表二)可以得出如下结论：在停止供油的情况下(连续运转120小时)，其在最终磨损量和最终温度等性能方面可以满足滑动轴承自润滑性能要求；PEEK材料6在最终磨损量等性能方面可以达到预期设定的指标100um，且因为散热面积的原因，其最终温度随轴径的变大而降低，这有利于大型滑动轴承的自润滑性能。
表一干摩擦和浸油摩擦对比实验测量数据(PEEK材料6型号CSB-80)
  润滑状态   最终磨损量um   最终温度(摄氏度)   平均摩擦系数
  干摩擦   30.000   40   0.051
  浸油润滑   6.000   44   0.011
表二不同轴径条件下PEEK材料6干摩擦对比实验测量数据(PEEK材料6型号CSB-80)
  轴径(mm)   运行时间(h) 轴径(mm)   最终磨损量um  最终温度(摄氏度) 平均摩擦系数
  53   120   53   30.000   40   0.051
  35   48   35   17.000   75   0.018
根据上述结论，本实施例确定如下装配方案：针对轴径为700mm的大型自润滑滑动轴承，本发明利用4块200mm×500mm的PEEK材料6进行拼接。本实施例将铜粉层5和PEEK材料6在110摄氏度的温度下一起烧结在铜基板4上，并成为一体，使PEEK材料6的整体厚度为4mm(其中PEEK材料6本身的厚度为2mm)；采用美国SGS环保型UL无苯黄胶UB-100黏合剂3，将烧结后的PEEK材料6固定于滑动轴承的轴瓦2；针对黏结后的PEEK材料6平均每8平方厘米用一个M6的沉头铜制螺钉进行加固，形成均匀分布的M6的沉头铜制螺钉固定；整个轴承采用4块200mm×500mm的PEEK材料6进行拼接，PEEK材料6之间的连接缝隙为3-5mm，利用巴氏合金对PEEK材料6的连接缝隙进行填充以形成连续的油膜润滑；采用巴氏合金进行填充后，最后利用车床将巴氏合金填充部分进行局部加工，使填充后的巴氏合金与PEEK材料6为同一个圆周面，其圆周度要小于30um。
采用上述方法可以保证轴与轴承的轴瓦2摩擦均匀和形成连续的润滑、避免PEEK材料6的脱落，以保证轴承的正常工作，并在紧急情况下启动PEEK自润滑，从而避免大型球磨机、回转窑、船舶推进电机和冷却机等大型设备由于轴承故障造成的损失。

Claims (5)

1.一种采用高分子材料提高大型滑动轴承自润滑的方法，其特征在于，针对轴径大于500mm的大型自润滑滑动轴承，利用多块200mm×500mm的PEEK材料进行拼接安装，将PEEK材料装配在大型滑动轴承轴瓦上，具体为：采用单块烧结工艺，在轴瓦内径加工内槽，并利用黏合剂、铜基板和铜粉层为基础对PEEK材料进行烧结固定，最后利用固定螺钉进行加固，用巴氏合金进行填充。
2.根据权利要求1所述的采用高分子材料提高大型滑动轴承自润滑的方法，其特征是，包括如下步骤：
(1)对每一块PEEK材料，将铜粉层和PEEK材料在110摄氏度的温度下一起烧结在铜基板上，并成为一体，使包含PEEK材料的该整体厚度为4mm，其中PEEK材料本身的厚度为2mm，然后采用黏合剂将烧结后的PEEK材料固定于滑动轴承的轴瓦；
(2)将固定后的PEEK材料平均每8平方厘米用一个M6的沉头铜制螺钉进行加固，形成均匀分布的M6的沉头铜制螺钉固定，利用巴氏合金对PEEK材料的连接缝隙进行填充以形成连续的油膜润滑；
(3)采用巴氏合金进行填充后，利用车床将巴氏合金填充部分进行局部加工，使填充后的巴氏合金与PEEK材料为同一个圆周面，以保持其受载均匀。
3.根据权利要求1或者2所述的采用高分子材料提高大型滑动轴承自润滑的方法，其特征是，所述的黏合剂，采用美国SGS环保型UL无苯黄胶UB-100黏合剂。
4.根据权利要求2所述的采用高分子材料提高大型滑动轴承自润滑的方法，其特征是，PEEK材料之间的连接缝隙为3-5mm。
5.根据权利要求2所述的采用高分子材料提高大型滑动轴承自润滑的方法，其特征是，填充后的巴氏合金与PEEK材料为同一个圆周面，其圆周度要小于30um。
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