CN102042330A

CN102042330A - 板条组合式水润滑橡胶合金轴承

Info

Publication number: CN102042330A
Application number: CN 201010596379
Authority: CN
Inventors: 王家序; 周广武; 李俊阳; 肖科; 王战江; 秦毅
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2010-12-20
Publication date: 2011-05-04

Abstract

本发明公开了一种板条组合式水润滑橡胶合金轴承，包括套筒、金属或非金属衬板和橡胶等，橡胶与衬板经模压硫化精密成形并高强度粘接为橡胶合金板条，以可拆卸方式在套筒内孔沿轴向平行与周向均布装配橡胶合金板条，使其工作界面具有多曲面与圆弧凹槽有机组合的弹性流体动压润滑结构，该橡胶合金板条与套筒可组合为各种大尺寸水润滑橡胶合金轴承。本发明提出大尺寸水润滑橡胶合金轴承的创新设计方法和先进制造技术，不仅可大大降低制造成本，而且能解决模压硫化精密成形时压力与温度场难以均衡控制所产生的质量问题，可广泛应用于各种大中型船舶推进系统及传动机械，在特殊与极端环境下具有高比压、低噪声、高可靠、长寿命、无污染、易安装等优点。

Description

板条组合式水润滑橡胶合金轴承

技术领域

本发明涉及一种水润滑橡胶轴承，特别涉及一种板条组合式水润滑橡胶合金轴承。

背景技术

目前，水润滑橡胶合金轴承利用新型工程复合材料替代贵重金属作为传动件材料，用自然水替代矿物油作为润滑介质，具有结构简单、节约矿产资源以及对环境无污染等优点，已经在各种传动机械如船舶、汽轮机、水泵、洗衣机等中得到广泛应用。

但是，各种大中型传动机械特别是船舶推进系统中的水润滑橡胶合金轴承在特殊与极端环境工况下处于边界润滑甚至干摩擦状态，普遍存在噪声大、可靠性差、使用寿命短等严重问题。同时，现有技术中水润滑橡胶合金轴承大多采用整体式，不仅造成了大尺寸水润滑橡胶合金轴承模压硫化精密成形时温度与压力不均产生的各种质量问题如硫化不均、橡胶致密度差、易产生气泡等，而且轴承外壳得不到重复利用。中国专利ZL200820190889.4公开了一种平面板条式水润滑复合材料艉轴承的结构型式，这种平面板条式的润滑结构在特殊与极端环境工况下不易形成水膜支撑，承载能力差、易产生箫叫、抗振动冲击能力差、使用寿命短等问题。

因此，发明高性能的大尺寸水润滑橡胶合金轴承是解决各种大中型传动机械特别是船舶推进系统需要解决的减振、降噪、完全、可靠、节材、节能、高效、环保等难题的关键。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种高性能大尺寸的板条组合式水润滑橡胶合金轴承，其橡胶材料具有较大的承载能力、耐磨以及抗疲劳老化等，润滑结构使其具有更低的摩擦系数、更低的噪声以及抗振动冲击能力，此外该橡胶合金板条与套筒可组成各种较大尺寸的水润滑橡胶合金轴承，轴承套筒可重新利用，大大降低制造和使用成本，同时避免由于采用整体式水润滑橡胶合金轴承制作工艺存在模压硫化精密成形时温度与压力不均导致的各种产品质量问题，且在特殊与极端环境下具有高比压、低噪声、高可靠、长寿命、易安装等优点。

本发明的一种板条组合式水润滑橡胶合金轴承，包括套筒、衬板和橡胶，橡胶与衬板经模压硫化精密成形并高强度粘接为橡胶合金板条，以可拆卸方式在套筒内孔沿轴向平行与周向均布装配橡胶合金板条，所述橡胶合金板条沿套筒径向向内的部分为橡胶，橡胶表面与橡胶合金板条之间的凹槽形成具有多曲面与圆弧凹槽有机组合的弹性流体动压润滑结构工作面。

进一步，所述橡胶合金板条通过衬板以可拆卸的方式安装于套筒内孔；

进一步，所述套筒内孔沿周向均布设置轴向的燕尾形或T形嵌合槽，所述衬板的径向截面与嵌合槽的径向截面相同并嵌入嵌合槽，套筒两端部与衬板两端对应分别固定设置有用于限定橡胶合金板条轴向位移的挡环，所述挡环至少一个以可拆卸的方式固定设置；

进一步，所述工作面为沿套筒轴向的横截面为弧形的凹面，橡胶合金板条轴向上位于工作面内的两条棱边倒圆，相邻橡胶合金板条之间形成由套筒内表面为槽底的水道槽；

进一步，所述橡胶合金板条设计为标准尺寸系列，具体如下表（单位：mm）：

Figure 2010105963799100002DEST_PATH_IMAGE002

其中：A为衬板底面宽度，B为衬板最薄处的厚度，C为橡胶与衬板成型后最薄处的厚度，α为衬板的斜度，R1为衬板径向向内凹的圆弧面半径，R2为橡胶表面径向向内凹的圆弧面半径，R3和R4分别为两凸圆弧面半径；

进一步，所述轴承内径d大于400mm的轴承套筒设计成剖分式的结构；

进一步，所述橡胶合金板条根数n与轴承内径的对应关系为n=，轴承和轴的工作间隙为0.002 d ~0.0028 d；

进一步，所述套筒和衬板材料均为海军黄铜、工程复合材料如酚醛树脂、环氧树脂或氨基树脂；

进一步，所述的橡胶的合成原料按质量份包括下列组分：丁晴橡胶60～100，氧化锌5～15，硬脂酸0.5～3，硫磺1.5～3，促进剂0.5~2，防老剂1~3，碳黑60~100，补强剂20~50，自润滑剂20~60；

进一步，所述的橡胶的合成原料按质量份包括下列组分：丁晴橡胶80，氧化锌10，硬脂酸1.5，硫磺3，促进剂2，防老剂2，碳黑80，补强剂40，自润滑剂40；

进一步，所述促进剂为二硫代二苯并噻唑或N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺，防老剂为N-异丙基-N'-苯基对苯二胺或N-苯基-α-萘胺，补强剂为聚氯乙烯树脂、聚酰亚胺树脂或聚苯乙烯树脂，自润滑剂为二硫化钼、聚四氟乙烯或石墨；

进一步，所述通过模压成形后的橡胶的硬度为80～90邵氏硬度，表面粗糙度为1.1～1.9μm。

本发明的有益效果是：本发明的板条组合式水润滑橡胶合金轴承，其橡胶合金板条的橡胶部分具有较大的承载能力、耐磨和抗疲劳老化等特性，工作面设计为多曲面与圆弧凹槽的润滑结构具有高承载能力、低摩擦系数以及减振降噪等优点，标准尺寸系列的橡胶合金板条以可拆卸的方式安装在套筒内，既可以使套筒重新利用，又可与较大尺寸的套筒组成各种规格的水润滑橡胶合金轴承，大大降低制造和使用成本，本发明提出了大尺寸水润滑橡胶合金轴承的创新设计方法和先进制造技术，不仅可大大降低制造成本，而且能解决模压硫化精密成形时压力与温度场难以均衡控制所产生的质量问题，可广泛应用于各种大中型船舶推进系统及传动机械，在特殊与极端环境下具有高比压、低噪声、高可靠、长寿命、无污染、易安装等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1沿A-A向剖视图；

图3为橡胶合金板条。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为图1沿A-A向剖视图，图3为橡胶合金板条，如图所示：本实施例的板条组合式水润滑橡胶合金轴承，包括橡胶21、由金属制成的衬板22和套筒1，当然，只要满足强度等要求，衬板也可采用工程塑料等非金属制造，橡胶21与衬板22经模压硫化精密成形并高强度粘接为橡胶合金板条2，以可拆卸方式在套筒1内孔沿轴向平行与周向均布装配橡胶合金板条2，所述橡胶合金板条2沿套筒径向向内的部分为橡胶，橡胶表面与橡胶合金板条2之间的凹槽形成具有多曲面与圆弧凹槽有机组合的弹性流体动压润滑结构工作面，可拆卸式装配既可以使套筒重新利用，也让该橡胶合金板条2与套筒1可组合为各种大尺寸水润滑橡胶合金轴承。

本实施例中，所述套筒1沿轴向平行与周向均布设置燕尾形或T形嵌合槽11，所述衬板22的径向截面与嵌合槽11的径向截面相同并嵌入嵌合槽11，套筒1两端部与衬板22两端一一对应分别固定设置有用于限定橡胶合金板条2轴向位移的挡环3和挡环4，所述挡环3和挡环4至少一个以可拆卸的方式固定设置；本实施例采用燕尾形嵌合槽，加工容易，利于在橡胶合金板条2的定位并且承受周向力矩的工作面积较大，使用过程中不易产生周向间隙，提高轴承承受由于摩擦力产生的力矩的能力，延长使用寿命。

本实施例中，所述工作面为沿套筒轴向的横截面为弧形的凹面，橡胶合金板条轴向上位于工作面内的两条棱边倒圆，如图3所示：所述橡胶合金板条2的径向截面形状为橡胶21径向向内的表面R2与两侧面之间通过两段凸圆弧面R3和R4圆滑过渡，相邻橡胶合金板条2之间形成由套筒1内表面为槽底的水道槽11；工作面设计为多曲面与圆弧凹槽的润滑结构, 这种润滑结构，更有利于在轴与轴承之间形成水膜，具有高承载能力、低摩擦系数以及减振降噪等优点。

本实施例中，所述橡胶合金板条2设计成8种规格的标准尺寸系列，以便于选取适合的尺寸规格来组成多种大尺寸水润滑橡胶合金轴承，具体尺寸如下表（单位：mm）：

Figure 2010105963799100002DEST_PATH_IMAGE005

其中：A为衬板22底面宽度，B为衬板22最薄处的厚度，C为橡胶21与衬板22成型后最薄处的厚度，α为衬板22的斜度，R1为衬板22径向向内凹的圆弧面半径，R2为橡胶21径向向内凹的圆弧面半径，R3和R4分别为两凸圆弧面半径，上表中参数C与B之差为橡胶合金板条的橡胶部分厚度，该厚度过小，容易造成橡胶磨损后衬板受到磨损，同时抗振能力降低，然而厚度过大，则轴承承载能力降低，综合考虑以上因素，得出以上各参数较优选的值。

本实施例中，对于轴承内径d大于400mm的套筒1设计成剖分式的结构，对尺寸较大的轴承，采用剖分式结构，以便于安装。

本实施例中，所述橡胶合金板条2的根数与轴承内径d的对应关系为，轴承和轴的工作间隙为0.002 d ~0.0028 d，合理确定最佳的板条根数和工作间隙，有利于提高轴承的承载能力，延长轴承的工作寿命，并降低工作时的噪音。

本实施例中，所述套筒1和衬板22材料为海军黄铜或工程复合材料如酚醛树脂、环氧树脂以及氨基树脂等，上述材料均具有较强的耐腐蚀性能，海军黄铜的综合机械性高于工程复合材料，同时，成本也较高，因此，可根据轴承的具体使用环境来选用适合的材料，满足使用要求的同时，最大程度地节约制造成本。

所述橡胶21材料的成分通过以下实施例进行表述，材料的单位为Kg：

材料实施例一：

本实施例的橡胶21材料按质量份包括下列组分：丁晴橡胶60，氧化锌5，硬脂酸0.5，硫磺1.5，二硫代二苯并噻唑0.5，N-异丙基-N'-苯基对苯二胺1，碳黑60，聚氯乙烯树脂20，二硫化钼20。

材料实施例二：

本实施例的橡胶21材料按质量份包括下列组分：丁晴橡胶80，氧化锌10，硬脂酸1.5，硫磺3，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺2，N-异丙基-N'-苯基对苯二胺2，碳黑80，聚酰亚胺树脂40，石墨40。

材料实施例三：

本实施例的橡胶21材料按质量份包括下列组分：丁晴橡胶80，氧化锌10，硬脂酸1.5，硫磺2.5，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1，N-苯基-α-萘胺1，碳黑60，聚酰亚胺树脂30，聚四氟乙烯40。

材料实施例四：

本实施例的橡胶21材料按质量份包括下列组分：丁晴橡胶80，氧化锌10，硬脂酸1.5，硫磺2.5，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1，N-异丙基-N'-苯基对苯二胺2，碳黑80，聚氯乙烯树脂40，二硫化钼30。

材料实施例五：

本实施例的橡胶21材料按质量份包括下列组分：丁晴橡胶80，氧化锌10，硬脂酸1.5，硫磺3，二硫代二苯并噻唑2，N-苯基-α-萘胺2，碳黑80，聚氯乙烯树脂40，聚四氟乙烯40。

材料实施例六：

本实施例的橡胶21材料按质量份包括下列组分：丁晴橡胶90，氧化锌10，硬脂酸2，硫磺2.5，二硫代二苯并噻唑1.5，N-苯基-α-萘胺1，碳黑60，聚酰亚胺树脂30，石墨30。

材料实施例七：

本实施例的橡胶21材料按质量份包括下列组分：丁晴橡胶90，氧化锌12，硬脂酸1，硫磺2.5，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺1，N-苯基-α-萘胺2，碳黑75，聚酰亚胺树脂35，聚四氟乙烯45。

材料实施例八：

本实施例的橡胶21材料按质量份包括下列组分：丁晴橡胶90，氧化锌12，硬脂酸0.5，硫磺3，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺0.5，N-苯基-α-萘胺2.5，碳黑90，聚苯乙烯树脂35，聚四氟乙烯50。

材料实施例九：

本实施例的橡胶21材料按质量份包括下列组分：丁晴橡胶80，氧化锌10，硬脂酸2.5，硫磺3，二硫代二苯并噻唑2，N-异丙基-N'-苯基对苯二胺2，碳黑80，聚苯乙烯树脂40，二硫化钼40。

材料实施例十：

本实施例的橡胶21材料按质量份包括下列组分：丁晴橡胶100，氧化锌15，硬脂酸3，硫磺3，N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺2，N-苯基-α-萘胺3，碳黑100，聚苯乙烯树脂50，石墨60。

以上实施例中，实施例二、实施例五和实施例九为较佳配方，按此三种实施例得到的材料，其综合性能比其它配方在承载、吸振以及材料的摩擦学性能更佳。

本发明的关键技术平均性能指标与现有技术国内外同类产品的对比情况：

实验项目	本发明	现有技术同类产品
			承载能力	0.485N/mm²	0.382N/mm²
摩擦系数	0.008-0.02	0.015-0.025
			工作速度	0.015-40m/s	0.025-40m/s
工作温度	-20-90℃	-20-80℃
			硬度	80~90	70~80
使用寿命	19600h	12500h

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种板条组合式水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：包括套筒、衬板和橡胶，橡胶与衬板经模压硫化精密成形并高强度粘接为橡胶合金板条，以可拆卸方式在套筒内孔沿轴向平行与周向均布装配橡胶合金板条，所述橡胶合金板条沿套筒径向向内的部分为橡胶，橡胶表面与橡胶合金板条之间的凹槽形成具有多曲面与圆弧凹槽有机组合的弹性流体动压润滑结构工作面。

2.根据权利要求1所述的板条组合式水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：所述橡胶合金板条通过衬板以可拆卸的方式安装于套筒内孔。

3.根据权利要求2所述的板条组合式水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：所述套筒内孔沿周向均布设置轴向的燕尾形或T形嵌合槽，所述衬板的径向截面与嵌合槽的径向截面相同并嵌入嵌合槽，套筒两端部与衬板两端对应分别固定设置有用于限定橡胶合金板条轴向位移的挡环，所述挡环至少一个以可拆卸的方式固定设置。

4.根据权利要求1所述的板条组合式水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：所述工作面为沿套筒轴向的横截面为弧形的凹面，橡胶合金板条轴向上位于工作面内的两条棱边倒圆，相邻橡胶合金板条之间形成由套筒内表面为槽底的水道槽。

5.根据权利要求4所述的板条组合式水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：所述橡胶合金板条设计为标准尺寸系列，具体如下表（单位：mm）：

Figure 2010105963799100001DEST_PATH_IMAGE002

其中：A为衬板底面宽度，B为衬板最薄处的厚度，C为橡胶与衬板成型后最薄处的厚度，α为衬板的斜度，R1为衬板径向向内凹的圆弧面半径，R2为橡胶表面径向向内凹的圆弧面半径，R3和R4分别为两凸圆弧面半径。

6.根据权利要求1所述的板条组合式水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：所述轴承内径d大于400mm的轴承套筒设计成剖分式的结构。

7.根据权利要求1所述的板条组合式水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：所述橡胶合金板条根数n与轴承内径的对应关系为n=

Figure 2010105963799100001DEST_PATH_IMAGE004

，轴承和轴的工作间隙为0.002 d ~0.0028 d。

8.根据权利要求1所述的板条组合式水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：所述套筒和衬板材料均为海军黄铜、工程复合材料如酚醛树脂、环氧树脂或氨基树脂。

9.根据权利要求1所述的板条组合式水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：所述的橡胶的合成原料按质量份包括下列组分：丁晴橡胶60～100，氧化锌5～15，硬脂酸0.5～3，硫磺1.5～3，促进剂0.5~2，防老剂1~3，碳黑60~100，补强剂20~50，自润滑剂20~60。

10.根据权利要求9所述的板条组合式水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：所述的橡胶的合成原料按质量份包括下列组分：丁晴橡胶80，氧化锌10，硬脂酸1.5，硫磺3，促进剂2，防老剂2，碳黑80，补强剂40，自润滑剂40。

11.根据权利要求10所述的板条组合式水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：所述促进剂为二硫代二苯并噻唑或N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺，防老剂为N-异丙基-N'-苯基对苯二胺或N-苯基-α-萘胺，补强剂为聚氯乙烯树脂、聚酰亚胺树脂或聚苯乙烯树脂，自润滑剂为二硫化钼、聚四氟乙烯或石墨。

12.根据权利要求10所述的板条组合式水润滑橡胶合金轴承，其特征在于：所述通过模压成形后的橡胶的硬度为80～90邵氏硬度，表面粗糙度为1.1～1.9μm。