CN100470070C - 缠绕式自润滑轴承及其制法 - Google Patents

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Abstract

一种缠绕式自润滑轴承，呈圆管状，有聚四氟乙烯长纤维和高耐磨的长纤维材料混合并经环氧树脂浸渍后缠绕而成的内衬；内衬的外壁粘合有以无碱长玻璃纤维与环氧树脂浸渍再缠绕制成的衬背。采用加热固化定形，最后经精密加工而成。本发明具有耐磨耗、低摩擦系数和自润滑性的特点，极限PV值高、质量轻、高抗压、高承载以及耐腐蚀和电绝缘性的特点。特别适用于重载、低速工况下的工程机械、起重机械、建筑机械以及港口机械、水轮机械、化工机械等。

Description

缠绕式自润滑轴承及其制法
技术领域
本发明在国际专利分类表中属于轴承小类，即F16C，特别涉及滑动轴承中的缠绕式自润滑轴承及其制法。
技术背景
在工程机械、建筑机械以及港口机械、水轮机械、化工轻工机械等领域，常有重载、低速工况而难于润滑，甚至在无法加油润滑条件下进行工作。我国采用国家标准GB/T1832-2001的《滑动轴承铜合金轴套》，只能勉强应用。20世纪后期，在国际上开始生产一种铜合金镶嵌固体润滑轴承。它是比较适用的产品。上述两种产品都采用高价位且资源紧缺的铜为原料，并要求高精度数控机床和磨加工机械，因此承载力小而制作成本很高。从世界各国对铜资源的保护角度和降低成本的需要，迫切要求一种理想的新颖产品来替代。另外有一种“水润滑热固性塑料轴承”，已成为我国机械行业标准JB/T5985-92发布并批准实施。这种轴承以酚醛塑料P23-1、P117和聚邻苯二甲酸二丙烯酯DAP-2塑料为原料，产品只适用于诸如水泵、潜水电机等在水介质中工作，所以使用领域有一定的局限性；再者这种产品无论在制造精度、技术性能以及工作寿命、应用领域都不理想。
在技术背景开头所述的各种领域中，迫切寻求一种由非金属材料制造的滑动轴承。这种轴承有自润滑性能和免维护功能，其技术性能参数可与铜合金镶嵌固体润滑轴承相仿，而且成本较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种缠绕式自润滑轴承，它采用非金属材料，可以取代传统的铜合金轴套和当前国际上比较流行的铜合金镶嵌固体润滑轴承。
为实现上述目的，公开新的技术方案如下：
一种缠绕式自润滑轴承，轴承是由聚四氟乙烯长纤维和高耐磨的长纤维混合并经环氧树脂浸渍后缠绕而成的内衬；和内衬的外壁连有无碱长玻璃纤维与环氧树脂浸渍缠绕制成的衬背而组成，内衬和衬背的结合面呈胶合状态，加热固化并切割成圆管状。
缠绕式自润滑轴承内衬纤维材料的组份按重量百分比计为：
A、碳素长纤维20～35；
B、芳纶长纤维25～40；
C、涤纶长纤维10～20；
D、余量为聚四氟乙烯长纤维。
取前三种纤维或前三种中的1～2种纤维与后者混合。
缠绕式自润滑轴承内衬的厚度为0.5～±0.2mm，衬背的厚度为2～10mm。
缠绕式自润滑轴承的制法：
A、制备轴承的内衬
①按所需轴承的直径和高度选用相应的芯棒和缠绕机；
②选择所需纤维品种和浸渍用的环氧树脂，在20°～80°范围内设置好缠绕导程角，回转速度是根据轴承的规格和缠绕角度的不同进行合理选择，进行缠绕，通常每束混合纤维之间排列紧密且不重叠为准；
B、缠绕轴承的衬背
缠绕好轴承内衬后，紧接着缠绕衬背，以无碱长玻璃纤维浸渍环氧树脂后缠绕制成长度为1000mm～2000mm的管材；
C、固化定形
①连同芯棒在缠绕机上卸下，然后在120°～160°温度下加热固化后定形，固化时间为5～8小时；
②脱模，取出芯棒，完成圆管状轴承坯体的制备；
D、断料车削
①按照轴承相应规格的高度落料，留端面加工余量；
②将轴承高度车削到要求尺寸，外径留精加工余量，两端内外径倒角；
③外径精密加工至规定要求即为成品。
按照本发明工艺路线制成的轴承，标准型式的轴承内径Φ15mm～Φ150mm，外径Φ20mm～Φ165mm，高度15mm～180mm。它不但具有铜合金镶嵌固体润滑轴承耐磨耗、低摩擦系数和自润滑性的特点，极限PV值高达1.8N/mm2·m/s，更具有质量轻，是钢的1/4，高抗压，径向压溃强度≥500N/mm2，高承载，动载荷140N/mm2，以及耐腐蚀和电绝缘性的特点。
按上述方法制成的缠绕式自润滑轴承，产品型号暂命名为CSB-CR，将本发明产品和被用以替代的铜合金镶嵌固体润滑轴承进行极限PV和摩擦磨损耐久性能对比试验结果如下：
A、极限PV试验
试验设备：重载低速摩擦磨损试验机；工况条件：①试验前内表面一次性涂脂②最高载荷≥34.3N/mm2(折合350kg/cm2)③试验时间：≥120min。
 
型号或品名 极限PV值(N/mm<sup>2</sup>·m/s) 摩擦系数(μ)     磨损量(μm)  温度(℃)
铜合金镶嵌固体润滑轴承 1.96 0.096 32 106
CSB-CR 2.06 0.051 20 73
B、摩擦磨损耐久性能试验
试验设备：摇摆磨损试验机；工况条件：①试验前内表面一次性涂脂 ②载荷50N/mm2 ③摇摆角度±45°④摇摆速度1m/min ⑤试验时间：50hr。
 
型号或品名 摩擦系数(μ)     磨损量(μm)  温度(℃)
铜合金镶嵌固体润滑轴承 0.104 78 119
CSB-CR 0.063 55 92
从上面对比试验可见，本发明的极限PV值和磨损量与铜合金固体润滑轴承相比，基本相仿或略优。而本发明的摩擦系数和温度更优。因此，可以替代铜合金镶嵌固体润滑轴承，本发明产品特别适用于工程机械、建筑机械、港口机械和水轮机械、化工轻工机械等领域。
附图说明
附图为本发明的工艺流程简图。
具体实施方式
一种缠绕式自润滑轴承，轴承是由聚四氟乙烯长纤维和高耐磨的长纤维混合并经环氧树脂浸渍后缠绕而成的内衬；和内衬的外壁连有无碱长玻璃纤维与环氧树脂浸渍缠绕制成的衬背而组成，内衬和衬背的结合面呈胶合状态，加热固化并切割成圆管状。
缠绕式自润滑轴承内衬纤维材料的组份按重量百分比计为：
A、碳素长纤维20～35；
B、芳纶长纤维25～40；
C、涤纶长纤维10～20；
D、余量为聚四氟乙烯长纤维。
取前三种纤维或前三种中的1～2种纤维与后者混合。
缠绕式自润滑轴承内衬的厚度为0.5～±0.2mm，衬背的厚度为2～10mm。
缠绕式自润滑轴承的制法：
A、制备轴承的内衬
①按所需轴承的直径和高度选用相应的芯棒和缠绕机；
②选择所需纤维品种和浸渍用的环氧树脂，在20°～80°范围内设置好缠绕导程角，回转速度是根据轴承的规格和缠绕角度的不同进行合理选择，进行缠绕，通常要每束混合纤维之间排列紧密且不重叠为准。
B、缠绕轴承的衬背
缠绕好轴承内衬后，紧接着缠绕衬背，以无碱长玻璃纤维浸渍环氧树脂后缠绕制成长度为1000mm～2000mm的管材；
C、固化定形
①连同芯棒在缠绕机上卸下，然后在120°～160°温度下加热固化后定形，固化时间为5～8小时；
②脱模，取出芯棒，完成圆管状轴承坯体的制备；
D、断料车削
①按照轴承相应规格的高度落料，留端面加工余量；
②将轴承高度车削到要求尺寸，外径留精加工余量，两端内外径倒角；
③外径精密加工至规定要求即为成品。
最后进行成品整理和包装入库。
缠绕式自润滑轴承的主要性能决定于内衬材料的组成和配比，实际应用时在碳素长纤维、芳纶长纤维及涤纶长纤维和聚四氟乙烯长纤维四种纤维中，根据用途不同，取前三种纤维或前三种中的1～2种纤维与后者混合。现举几个实施例，同样采用前述的极限PV试验方法进行对比：
实施例1：内衬选用三种纤维材料，其组分按重量百分比为：碳素长纤维25、芳纶长纤维35、余量为聚四氟乙烯长纤维，重量公差±1。
实施例2：内衬选用两种纤维材料，其组分按重量百分比为：碳素长纤维35，余量为聚四氟乙烯长纤维，重量公差±1。
实施例3：内衬选用三种纤维材料，其组分按重量百分比为：芳纶长纤维30、涤纶长纤维20、余量为聚四氟乙烯长纤维，重量公差±1。
实施例4：内衬选用四种纤维材料，其组分按重量百分比为：碳素长纤维20、芳纶长纤维25、涤纶长纤维10、余量为聚四氟乙烯长纤维，重量公差±1。
按照以上三种不同的材料组分，试验结果见下表：
 
试验实施例序号 极限PV值(N/mm<sup>2</sup>·m/s) 摩擦系数(μ)     磨损量(μm)  温度(℃)
实施例1 2.06 0.051 20 73
实施例2 1.97 0.143 38 126
实施例3 2.03 0.089 27 96
实施例4 1.89 0.095 36 117
实施例1就是前面介绍的与铜合金镶嵌固体润滑轴承的对比数据，实施例2和实施例3及实施例4的各项试验结果也都比较理想，这种完全采用非金属材料制成的缠绕式自润滑轴承是一种理想的新颖滑动轴承。

Claims (2)

1、一种缠绕式自润滑轴承，其特征在于轴承是由聚四氟乙烯长纤维和高耐磨的长纤维混合并经环氧树脂浸渍后缠绕而成的内衬；和内衬的外壁连有无碱长玻璃纤维与环氧树脂浸渍缠绕制成的衬背而组成，内衬和衬背的结合面呈胶合状态，加热固化并切割成圆管状：
A、内衬纤维材料的组份按重量百分比计为：
a、碳素长纤维20～35；
b、芳纶长纤维25～40；
c、涤纶长纤维10～20；
d、余量为聚四氟乙烯长纤维；
取前三种纤维或前三种中的1～2种纤维与聚四氟乙烯长纤维混合；
B、内衬的厚度为0.5～±0.2mm，衬背的厚度为2～10mm。
2、如权利要求1所述的缠绕式自润滑轴承的制法，其特征在于：
A、制备轴承的内衬
①按所需轴承的直径和高度选用相应的芯棒和缠绕机；
②选择所需纤维品种和浸渍用的环氧树脂，在20°～80°范围内设置好缠绕导程角，回转速度是根据轴承的规格和缠绕角度的不同进行合理选择，进行缠绕，通常以每束混合纤维之间排列紧密且不重叠为准；
B、缠绕轴承的衬背
缠绕好轴承内衬后，紧接着缠绕衬背，以无碱长玻璃纤维浸渍环氧树脂后缠绕制成长度为1000mm～2000mm的管材；
C、固化定形
①连同芯棒在缠绕机上卸下，然后在120°～160°温度下加热固化后定形，固化时间为5～8小时；
②脱模，取出芯棒，完成圆管状轴承坯体的制备；
D、断料车削
①按照轴承相应规格的高度落料，留端面加工余量；
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