CN101575220B - 陶瓷球表面转移润滑膜制备装置及方法 - Google Patents

Abstract

陶瓷球表面转移润滑膜制备装置及方法，它涉及一种陶瓷球表面制备润滑涂层的装置及方法。本发明为解决现有方法制备的陶瓷球所获得的自润滑涂层结合力弱和涂层不均匀的问题。装置：第一弹簧上端与加载总成连接，下端与上磨盘支座连接，上磨盘装在上磨盘支座中，下磨盘装在下磨盘支座中，下磨盘支座与转速控制总成连接，下磨盘通过四个第二定位螺栓固定在下磨盘支座中，保持架装在下磨盘上且其上的若干个圆孔与V形环槽正对。方法：陶瓷球在V形环槽中自由滚动且与上磨盘和下磨盘滚滑、碾磨，将复合材料研磨到陶瓷球表面。本发明使陶瓷球表面获得均匀的自润滑涂层。陶瓷球在下磨盘和上磨盘之间滚滑研磨且在陶瓷球表面形成厚度均匀的润滑薄膜。

Description

陶瓷球表面转移润滑膜制备装置及方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷球表面制备润滑涂层的装置及方法。

背景技术

极苛刻环境下工作的滚动轴承经常要求采用固体润滑形式，其润滑剂来源主要为轴承中的自润滑材料保持架，保持架常用的材料为PTFE、青铜或MoS₂等，轴承工作时轴承球一边旋转一边与保持架摩擦，将保持架材料作为轴承球自润滑涂层。现有轴承球制备自润滑涂层的方法还包括磁控溅射离子镀、物理气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积，电镀和干膜技术等。但由于陶瓷材料存在化学惰性且不导电，陶瓷球采用上述方法制备自润滑涂层，陶瓷球表面上获得的自润滑涂层结合力弱，涂层不均匀。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法制备的陶瓷球所获得的自润滑涂层结合力弱和涂层不均匀的问题，提供一种陶瓷球表面转移润滑膜制备装置及方法。

本发明的装置由加载总成、转速控制总成、加热总成、第一弹簧、四个第一定位螺栓、四个第二定位螺栓、下磨盘支座、底座、四个底座支柱、下磨盘、保持架、上磨盘、上磨盘支座、温度传感器、四个支架杆、四个平衡导杆、支架、四个第二弹簧和四个压紧螺母组成，四个底座支柱均布在底座的下端面且与底座固接，四个平衡导杆均布在底座的上端面且与底座固接，支架安装在四个平衡导杆的上端，支架的中心孔轴线与底座的中心孔轴线正对，加载总成设置在支架的中心孔中，转速控制总成设置在底座的中心孔中，第一弹簧的上端套装在加载总成上的下连接盘上的凸缘上，第一弹簧的下端套装在上磨盘支座上端的凸缘上，上磨盘通过四个第一定位螺栓固定在上磨盘支座下端的第一凹槽中，下磨盘支座与转速控制总成上的传动轴的输出端连接，下磨盘通过四个第二定位螺栓固定在下磨盘支座上端的第二凹槽中，下磨盘的上端面设有V形环槽，保持架设置在下磨盘的上端面上且保持架的端面上设有与V形环槽正对的若干个圆孔，温度传感器装在上磨盘支座上，且温度传感器上的探头位于上磨盘的内腔，温度控制总成套装在下磨盘和上磨盘上，且温度控制总成的底端面与底座固接，四个平衡导杆均布设置且底端与上磨盘支座连接，平衡导杆的上端穿过支架，每个外露在支架上端面的平衡导杆上由下至上装有一个第二弹簧和一个压紧螺母。

本发明的方法通过以下步骤实现：一、将直径为8mm～15mm的陶瓷球装在下磨盘上的V形环槽中；二、将陶瓷球在温度为0℃～200℃、载荷为10N～20N、电机的转速为10r/min～2000r/min的条件下在V形环槽内自由滚动；三、陶瓷球自由滚动的同时与上磨盘和下磨盘发生滚滑，滚滑时间为5～20小时，将上磨盘和下磨盘上的复合材料研磨到陶瓷球表面，即在陶瓷球的表面生成固体润滑膜。

本发明具有以下有益效果：装置：本发明通过下磨盘与上磨盘的相对转动，实现陶瓷球的自由滚动，陶瓷球与下磨盘、上磨盘发生滑滚接触，使陶瓷球的表面获得均匀的自润滑涂层。方法：利用陶瓷球与复合材料制成的下磨盘和上磨盘之间的滚滑研磨作用在陶瓷球表面形成润滑薄膜，所制备的润滑薄膜厚度均匀，与球结合良好，具有良好的减摩效果。

附图说明

图1是本发明的陶瓷球表面转移润滑膜制备装置的整体结构示意图，图2是图1的俯视图，图3是图2的B-B剖视图，图4是图3的A-A剖视图，图5是下连接盘7、第一弹簧8、四个第一定位螺栓9、四个第二定位螺栓11、下磨盘支座12、环形支座24、支撑环25、环形加热器26下磨盘27、保持架28、上磨盘29、上磨盘支座30和温度传感器31的连接结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图5说明本实施方式，本实施方式由加载总成M1、转速控制总成M2、加热总成M3、第一弹簧8、四个第一定位螺栓9、四个第二定位螺栓11、下磨盘支座12、底座16、四个底座支柱20、下磨盘27、保持架28、上磨盘29、上磨盘支座30、温度传感器31、四个支架杆32、四个平衡导杆34、支架37、四个第二弹簧38和四个压紧螺母39组成，四个底座支柱20均布在底座16的下端面且利用螺栓与底座16固接，四个平衡导杆34均布在底座16的上端面且利用螺栓与底座16固接，支架37安装在四个平衡导杆34的上端且利用螺母将二者固接，支架37的中心孔轴线与底座16的中心孔轴线正对，加载总成M1设置在支架37的中心孔中，转速控制总成M2设置在底座16的中心孔中，第一弹簧8的上端套装在加载总成M1上的下连接盘7上的凸缘7-1上，第一弹簧8的下端套装在上磨盘支座30上端的凸缘上30-1，上磨盘29通过四个第一定位螺栓9固定在上磨盘支座30下端的第一凹槽30-2中，下磨盘支座12利用螺栓与转速控制总成M2上的传动轴23的输出端连接，下磨盘27通过四个第二定位螺栓11固定在下磨盘支座12上端的第二凹槽12-1中，下磨盘27的上端面设有V形环槽27-1，保持架28设置在下磨盘27的上端面上且保持架28的端面上设有与V形环槽27-1正对的若干个圆孔28-1，温度传感器31装在上磨盘支座30上，且温度传感器31上的探头位于上磨盘29的内腔，加热总成M3套装在下磨盘27和上磨盘29上，且加热总成M3的底端面与底座16固接，四个平衡导杆34均布设置且底端通过螺栓与上磨盘支座30连接，平衡导杆34的上端穿过支架37，每个外露在支架37上端面的平衡导杆34上由下至上装有一个第二弹簧38和一个压紧螺母39。陶瓷球10表面固体润滑膜的制备在上磨盘29与下磨盘27中完成，利用加载总成M1、转速控制总成M2、加热总成M3及温度传感器31控制载荷、转速和温度；加载总成M1利用第一弹簧8的变形进行加载；通过调节压紧螺母39使第二弹簧38变形，用以调节下磨盘支座12的平衡，消除四个第一定位螺栓9、四个第二定位螺栓11、下磨盘支座12、下磨盘27、上磨盘29、上磨盘支座30和温度传感器31自重带来的不平衡；通过调节第一定位螺栓9和第二定位螺栓11使上磨盘29与下磨盘27的轴心正对。使用时，陶瓷球10装在下磨盘27上的V形环槽27-1中，保持架28将相邻的陶瓷球10隔开，防止相邻的陶瓷球10发生相互碰撞；当下磨盘27随着下磨盘支座12转动时，陶瓷球10在下磨盘27的V形环槽27-1内自由滚动，且与上磨盘29和下磨盘27发生滚滑摩擦，在陶瓷球10的表面生成固体润滑膜。

具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式的加载总成M1由导向套1、导向键2、丝杠3、丝杠螺母4、力传感器6、下连接盘7和上连接盘35组成，丝杠螺母4安装在丝杠3上且螺纹连接，导向套1通过导向键2安装在丝杠3的上端，导向套1与丝杠3滑动连接，上连接盘35的上端面利用螺栓与丝杠3上的连接头3-1的下端面连接，力传感器6的上端利用螺栓与上连接盘35连接，力传感器6的下端利用螺栓与下连接盘7连接。导向套1的下端面与支架37固接，转动丝杠螺母4时，丝杠3上、下运动，其运动的距离传递到第一弹簧8上，引起弹簧的变形，通过对丝杠3运动距离大小的控制来调节施加到下磨盘27和上磨盘29的载荷大小，载荷的大小可以通过力传感器6测得，经过导线和采集卡就可以在计算机中采集得到相应数据。其它方法与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式的转速控制总成M2由端盖13、两个轴承14、轴承座15、速度信号接收器17、脉冲信号发生器18、电机支撑座19、电机21、联轴器22和传动轴23组成，电机21固装在电机支撑座19上，电机21的输出端通过联轴器22与传动轴23的输入端连接，两个轴承14对称设置在传动轴23上的两个轴肩处，轴承座15装在两个轴承14的外表面上，端盖13装在传动轴23上且利用螺栓与轴承座15的上端面连接，脉冲信号发生器18装在联轴器22上且利用连接件与联轴器22固接，速度信号接收器17固装在电机支撑座19上且与脉冲信号发生器18正对。电机支撑座19的上端面利用连接件与底座16连接；轴承座15的下端面通过连接件与底座16连接，通过调节电机21的转速控制下磨盘27的转速；速度信号接收器17接收脉冲信号发生器18发出的脉冲信号，因为脉冲信号发生器18与联轴器22固定在一起，因此所测转速就是下磨盘27的转速。其它方法与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图3和图5说明本实施方式，本实施方式的加热总成M3由环形支座24、支撑环25和环形加热器26组成，支撑环25安装在环形支座24的上端面上，环形加热器26装在支撑环25上的环形槽25-1中。支座24利用螺栓固定在底座16上，支撑环25与支座24铆接在一起，环形加热器26固定在上磨盘29和下磨盘27周围，温度传感器31用来测量上磨盘29与下磨盘27的中心环形腔体内的温度。其它方法与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图3和图5说明本实施方式，本实施方式的上磨盘29和下磨盘27的材质均为聚四氟乙烯复合材料。这种材质可以在陶瓷球10的表面均匀地生成固体润滑膜。将其它方法与具体实施方式～相同。

具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现：～、将直径为8mm～15mm的陶瓷球10装在下磨盘27上的V形环槽27-1中；二、将陶瓷球10在温度为0℃～200℃、载荷为10N～20N、电机21的转速为10r/min～2000r/min的条件下在V形环槽27-1内自由滚动；三、陶瓷球10自由滚动的同时与上磨盘29和下磨盘27发生滚滑，滚滑时间为5～20小时，陶瓷球10与上磨盘29和下磨盘27滚滑摩擦后，将上磨盘29和下磨盘27上的聚四氟乙烯复合材料研磨到陶瓷球10表面，即在陶瓷球10的表面生成固体润滑膜。这种方法可以使陶瓷球10的表面均匀地形成自润滑涂层，在无保持架轴承中为轴承提供可靠的润滑，提高轴承承载能力，降低轴承摩擦力矩。

具体实施方式七：本实施方式的步骤三中所述聚四氟乙烯复合材料按重量份数比由85份聚四氟乙烯与15份的聚苯酯固相烧结制成。这种复合材料可以在陶瓷球10的表面均匀地生成固体润滑膜。烧结方法按聚四氟乙烯烧结方法制备。其它方法与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：本实施方式的步骤三中所述聚四氟乙烯复合材料按重量份数比由85份聚四氟乙烯与15份玻璃纤维固相烧结制成。这种复合材料可以在陶瓷球10的表面均匀地生成固体润滑膜。烧结方法按聚四氟乙烯烧结方法制备。其它方法与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：本实施方式的步骤三中所述聚四氟乙烯复合材料按重量份数比由85份聚四氟乙烯与15份碳纤维固相烧结制成。这种复合材料可以在陶瓷球10的表面均匀地生成固体润滑膜。烧结方法按聚四氟乙烯烧结方法制备。其它方法与具体实施方式一相同。

具体实施方式十：结合图3说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现：一、将直径为9.525mm的陶瓷球10装在下磨盘27上的V形环槽27-1中；二、将陶瓷球10在温度为100℃、载荷为20N、电机21的转速为800r/min的条件下在V形环槽27-1内自由滚动；三、陶瓷球10自由滚动的同时与上磨盘29和下磨盘27发生滚滑，滚滑时间为10小时，陶瓷球10与上磨盘29和下磨盘27滚滑摩擦后，将上磨盘29和下磨盘27上的复合材料碾磨到陶瓷球10表面，即在陶瓷球10的表面生成固体润滑膜。这种方法可以使陶瓷球10的表面均匀地形成自润滑涂层，在无保持架轴承中为轴承提供可靠的润滑，提高轴承承载能力，降低轴承摩擦力矩。

具体实施方式十一：结合图3说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现：一、将直径为9.525mm的陶瓷球10装在下磨盘27上的V形环槽27-1中；二、将陶瓷球10在温度为150℃、载荷为10N、电机21的转速为800r/min的条件下在V形环槽27-1内自由滚动；三、陶瓷球10自由滚动的同时与上磨盘29和下磨盘27发生滚滑，滚滑时间为10小时，陶瓷球10与上磨盘29和下磨盘27滚滑摩擦后，将上磨盘29和下磨盘27上的复合材料碾磨到陶瓷球10表面，即在陶瓷球10的表面生成固体润滑膜。这种方法可以使陶瓷球10的表面均匀地形成自润滑涂层，在无保持架轴承中为轴承提供可靠的润滑，提高轴承承载能力，降低轴承摩擦力矩。

Claims (9)

1.一种陶瓷球表面转移润滑膜制备装置，其特征在于：所述装置由加载总成(M1)、转速控制总成(M2)、加热总成(M3)、第一弹簧(8)、四个第一定位螺栓(9)、四个第二定位螺栓(11)、下磨盘支座(12)、底座(16)、四个底座支柱(20)、下磨盘(27)、保持架(28)、上磨盘(29)、上磨盘支座(30)、温度传感器(31)、四个支架杆(32)、四个平衡导杆(34)、支架(37)、四个第二弹簧(38)和四个压紧螺母(39)组成，四个底座支柱(20)均布在底座(16)的下端面且与底座(16)固接，四个平衡导杆(34)均布在底座(16)的上端面且与底座(16)固接，支架(37)安装在四个平衡导杆(34)的上端，支架(37)的中心孔轴线与底座(16)的中心孔轴线正对，加载总成(M1)设置在支架(37)的中心孔中，转速控制总成(M2)设置在底座(16)的中心孔中第一弹簧(8)的上端套装在加载总成(M1)上的下连接盘(7)上的凸缘(7-1)上，第一弹簧(8)的下端套装在上磨盘支座(30)上端的凸缘上(30-1)，上磨盘(29)通过四个第一定位螺栓(9)固定在上磨盘支座(30)下端的第一凹槽(30-2)中，下磨盘支座(12)与转速控制总成(M2)上的传动轴(23)的输出端连接，下磨盘(27)通过四个第二定位螺栓(11)固定在下磨盘支座(12)上端的第二凹槽(12-1)中，下磨盘(27)的上端面设有V形环槽(27-1)，保持架(28)设置在下磨盘(27)的上端面上且保持架(28)的端面上设有与V形环槽(27-1)正对的若干个圆孔(28-1)，温度传感器(31)装在上磨盘支座(30)上，且温度传感器(31)上的探头位于上磨盘(29)的内腔，加热总成(M3)套装在下磨盘(27)和上磨盘(29)上，且加热总成(M3)的底端面与底座(16)固接，四个平衡导杆(34)均布设置且底端与上磨盘支座(30)连接，平衡导杆(34)的上端穿过支架(37)，每个外露在支架(37)上端面的平衡导杆(34)上由下至上装有一个第二弹簧(38)和一个压紧螺母(39)。

2.根据权利要求1所述的陶瓷球表面转移润滑膜制备装置，其特征在于：所述加载总成(M1)由导向套(1)、导向键(2)、丝杠(3)、丝杠螺母(4)、力传感器(6)、下连接盘(7)和上连接盘(35)组成，丝杠螺母(4)安装在丝杠(3)上且螺纹连接，导向套(1)通过导向键(2)安装在丝杠(3)的上 端，上连接盘(35)的上端面与丝杠(3)上的连接头(3-1)的下端面连接，力传感器(6)的上端与上连接盘(35)连接，力传感器(6)的下端与下连接盘(7)连接。

3.根据权利要求1或2所述的陶瓷球表面转移润滑膜制备装置，其特征在于：所述转速控制总成(M2)由端盖(13)、两个轴承(14)、轴承座(15)、速度信号接收器(17)、脉冲信号发生器(18)、电机支撑座(19)、电机(21)、联轴器(22)和传动轴(23)组成，电机(21)固装在电机支撑座(19)上，电机(21)的输出端通过联轴器(22)与传动轴(23)的输入端连接，两个轴承(14)对称设置在传动轴(23)上的两个轴肩处，轴承座(15)装在两个轴承(14)的外表面上，端盖(13)装在传动轴(23)上且与轴承座(15)的上端面连接，脉冲信号发生器(18)装在联轴器(22)上且与联轴器(22)固接，速度信号接收器(17)固装在电机支撑座(19)上且与脉冲信号发生器(18)正对。

4.根据权利要求3所述的陶瓷球表面转移润滑膜制备装置，其特征在于：所述加热总成(M3)由环形支座(24)、支撑环(25)和环形加热器(26)组成，支撑环(25)安装在环形支座(24)的上端面上，环形加热器(26)装在支撑环(25)上的环形槽(25-1)中。

5.根据权利要求3所述的陶瓷球表面转移润滑膜制备装置，其特征在于：所述上磨盘(29)和下磨盘(27)的材质均为聚四氟乙烯复合材料。

6.一种利用权利要求1所述的陶瓷球表面转移润滑膜制备装置实现制备陶瓷球表面转移润滑膜的方法，其特征在于：所述方法通过以下步骤实现：一、将直径为8mm～15mm的陶瓷球(10)装在下磨盘(27)上的V形环槽(27-1)中；二、将陶瓷球(10)在温度为0℃～200℃、载荷为10N～20N、电机(21)的转速为10r/min～2000r/min的条件下在V形环槽(27-1)内自由滚动；三、陶瓷球(10)自由滚动的同时与上磨盘(29)和下磨盘(27)发生滚滑，滚滑时间为5～20小时，将上磨盘(29)和下磨盘(27)上的聚四氟乙烯复合材料研磨到陶瓷球(10)表面，即在陶瓷球(10)的表面生成固体润滑膜。

7.根据权利要求6所述的制备陶瓷球表面转移润滑膜的方法，其特征在于：步骤三中所述聚四氟乙烯复合材料按重量份数比由85份聚四氟乙烯与15 份的聚苯酯固相烧结制成。

8.根据权利要求6所述的制备陶瓷球表面转移润滑膜的方法，其特征在于：步骤三中所述聚四氟乙烯复合材料按重量份数比由85份聚四氟乙烯与15份玻璃纤维固相烧结制成。

9.根据权利要求6所述的制备陶瓷球表面转移润滑膜的方法，其特征在于：步骤三中所述聚四氟乙烯复合材料按重量份数比由85份聚四氟乙烯与15份碳纤维固相烧结制成。 

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