CN102678744A - 一种用于水工钢闸门的关节自润滑轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水工钢闸门的关节自润滑轴承，轴承内圈上分布有多个预开孔，预开孔中的内外两端分别安装有固体润滑剂，两个固体润滑剂之间设置有推力弹簧，固体润滑剂与预开孔间隙配合，轴承内圈的外部安装有由两个同样的轴瓦式外圈组件拼合而成的轴瓦式外圈，轴承内圈两端分别设置有带有凸台的O形密封圈。本发明所提供的润滑方式是主动润滑，即固体润滑剂能够在推力弹簧的作用下逐渐露出预开孔，并与轴颈和轴瓦式外圈很好地接触，以使固体润滑剂自身“主动磨损”来持续不断地提供润滑剂，从而降低轴承内圈与轴瓦式外圈的磨损，提高轴承使用寿命；另外当作为固体润滑剂的润滑块耗尽时，只需更换润滑块便可以继续使用，降低了维护成本。

Description

一种用于水工钢闸门的关节自润滑轴承

技术领域

本发明涉及一种轴承结构，具体的说，是涉及一种和润滑有关的轴承结构。

背景技术

水利枢纽中的工作闸门和检修闸门承受着巨大的水压力，而将这些水压力传递给坝体的弧形闸门支铰部位、平面闸门滚轮部位及液压启闭机部位所使用的轴承工作在低速重载条件下，同时也承受径向和轴向载荷。轴在载荷的作用下，将产生一定的翘曲现象，这就要求轴承要具有自动调心、对偏斜不敏感、受力均匀等特性。为了满足这种工况要求，具有自动调心作用的关节轴承得到广泛应用。

关节轴承是一种特殊结构的滑动轴承。它的结构比滚动轴承简单，其主要是由一个有外球面的内圈和一个有内球面的外圈间隙配合装配而成，能承受较大的负荷。根据其不同的类型和结构，可以承受径向负荷、轴向负荷或径向、轴向同时存在的联合负荷。由于滑动表面为球面形，亦可在一定角度范围内作倾斜运动，在支承轴与轴壳孔不同心度较大时，仍能正常工作。

传统的关节轴承采用“被动润滑”方式，其结构特点和工作原理为：如图1所示，在金属基体上预先设计、加工好一定面积比例的孔，并在这些预设的孔中镶嵌入固体润滑剂，通过粘结处理，使金属基体和固体润滑剂这两种结构形成一个整体，并将其加工成轴承内圈。如图2所示，所有镶嵌孔沿回转方向交错设置，在轴向或径向各镶嵌孔之间应有一定的重叠度α,以保证固体润滑剂覆盖到整个滑动方向,形成完整的固体润滑膜。这种自润滑方式在运动时由于热作用以及轴颈和自身的摩擦作用，使固体润滑剂不断渗出转移，同时随着金属基体的不断磨损，使固体润滑剂逐渐裸露出来，从而起到润滑和减摩作用。这种润滑方式造成了轴颈、轴承内圈以及轴承外圈磨损严重，不利于延长轴承寿命和降低摩擦力。因此寻找一种“主动润滑”方式的关节轴承是许多工程技术人员所面临的一道难题。

发明内容

本发明要解决的是镶嵌在轴承内圈上的固体润滑剂不能“主动磨损”来不断提供润滑剂的技术问题，提供一种用于水工钢闸门的关节自润滑轴承，可以使关节自润滑轴承自身的基体材料不磨损或者磨损的很少，而是让固体润滑剂自身“主动磨损”来达到不断提供润滑剂，满足润滑需要。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种用于水工钢闸门的关节自润滑轴承，包括安装在轴颈上的轴承内圈，所述轴承内圈上分布有多个预开孔，所述预开孔中的内外两端分别安装有固体润滑剂，两个所述固体润滑剂之间设置有推力弹簧，所述固体润滑剂与所述预开孔间隙配合，所述轴承内圈的外部安装有由两个同样的轴瓦式外圈组件拼合而成轴瓦式外圈，所述轴瓦式外圈组件通过螺钉固定在滚轮上，所述轴承内圈两端分别设置有安装在所述轴颈与所述轴瓦式外圈之间的O形密封圈，所述O形密封圈的外表面在靠近所述轴承内圈一侧设置有凸台。

所述固体润滑剂与所述预开孔的间隙距离为0.00005m～0.00015m。

所述轴承内圈的内径为d₂，单位为m；d₂=d₁+(0.00005m～0.00015m)；式中：d₁为所述轴颈的直径，单位为m。

所述预开孔的数量

式中：S为所述预开孔的面积，单位为m₂；d₃为所述预开孔的直径，单位为m。

本发明的有益效果是：

本发明的用于水工钢闸门的关节自润滑轴承所提供的润滑方式是主动润滑，即固体润滑剂不像传统自润滑轴承那样和轴承内圈固结在一起，而是与轴承内圈的预开孔间隙配合，固体润滑剂在预开孔中能够自由移动。这样固体润滑剂就能够在推力弹簧的作用下逐渐露出预开孔，由于预开孔的内外两端都安装固体润滑剂，并与轴颈和轴承外圈很好地接触，因此两边的固体润滑剂都能够通过自身“主动磨损”来持续不断地提供润滑剂，同时满足轴颈和轴承内圈之间、轴承内圈和轴瓦式外圈之间的相对滑动，从而降低轴颈、轴承内圈和轴承外圈的磨损，提高轴承使用寿命；另外当作为固体润滑剂的润滑块耗尽时，只需更换润滑块便可以继续使用，降低了维护成本。

附图说明

图1是传统的关节自润滑轴承的结构示意图；

图2是镶嵌孔之间的重叠度示意图；

图3是一种用于水工钢闸门的关节自润滑轴承的结构示意图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是本发明的轴承内圈的结构示意图；

图6是图5的B-B剖视图；

图7是本发明的轴瓦式外圈的主视图；

图8是图7的C-C剖视图；

图9是本发明的轴瓦式外圈的侧视图；

图10是本发明的轴瓦式外圈组件的主视图；

图11是本发明的轴瓦式外圈组件的侧视图；

图12是图11的D-D剖视图；

图13是一种用于水工钢闸门的关节自润滑轴承的装配图。

图中：1、轴颈；2、轴承内圈；3、轴瓦式外圈；4、推力弹簧；5、固体润滑剂；6、O形密封圈；7、预开孔；8、密封圈安放槽；9、沉孔；10、轴瓦式外圈组件；11、滚轮；12：沉头螺钉。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图3和图4所示，本实施例披露了一种用于水工钢闸门的关节自润滑轴承，主要由轴承内圈2、轴瓦式外圈3、推力弹簧4、固体润滑剂5、轴瓦式外圈3以及O形密封圈6构成。

如图5和图6所示，轴承内圈2用于安装在轴颈1上，轴承内圈2上分布多个预开孔7。同样的，所有预开孔7沿回转方向交错设置，球面上的各预开孔7之间应有一定的重叠度α,以保证固体润滑剂5能够覆盖到整个滑动方向,形成完整的固体润滑膜。

关节自润滑轴承的轴承内圈2可选择的材料范围比较广泛，主要包括铸铁类、锡青铜类、高强度黄铜、不锈钢类、锡锑合金类等金属材料。选择哪种金属材料应根据具体的承载情况而定，参考表1所示。

表1固体自润滑轴承常用的金属基体材料

其中，轴承内圈2相关结构参数确定如下：

(1)轴承平均压强p

$p=\frac{\mathrm{\π}{d}_{2}F}{(l_4-n{d}_3)d_2(\mathrm{\π}{d}_2-0.5n^{\′}{d}_3)}\≤\left[p\right]$

式中：F为轴承径向载荷，N；l₄为轴承内圈2的长度，m；n为轴承内圈2长度方向预开7的数量；n′为轴承内圈2圆周方向预开孔7的数量；d₃为预开孔7的直径，m；α为重叠度；d₂为轴承内圈2的内径，m；[p]为许用压强，Pa。

(2)轴承的pv值

轴承的发热量与pv值成正比，其中v是轴颈的圆周速度，m/s，即工作表面间的相对滑动速度。

$\mathrm{pv}\≈\frac{\mathrm{FN}}{20000(l_4-{\mathrm{nd}}_3)}\≤\left[\mathrm{pv}\right]$

式中：N为轴转速，r/s；d₃为预开孔7的直径，m；[pv]为许用pv值，Pa·m/s。

(3)滑动速度v

$v=\frac{\mathrm{\π}{\mathrm{Nd}}_2(\mathrm{\π}{d}_2-0.5n^{\′}{d}_3)}{60000\mathrm{\π}{d}_2}\≤\left[v\right]$

式中：[v]为许用速度，m/s。

(5)轴承内圈2的内径d₂

由于轴承内圈2与轴颈1之间存在相当滑动，因此轴承内圈2的内径为

d₂=d₁+(0.00005m～0.00015m)

式中：d₁为轴颈1的直径，m。

(6)预开孔7的总数量N

$N=\frac{4S}{\mathrm{\π}{d}_3^2}$

再如图4所示，预开孔7中用于安装固体润滑剂5和推力弹簧6。由于关节自润滑轴承的滑动表面为球面形，亦可在如图13所示的β角度范围内作倾斜运动，本身要承受轴的弯曲变形而产生的不均匀载荷，不仅轴颈1和轴承内圈2之间存在相对滑动，而且在轴承内圈2和轴瓦式外圈3之间也存在相对滑动，因此在预开孔7的内外两端需分别安装柱形的固体润滑剂5。在两个固体润滑剂5之间设置推力弹簧4，推力弹簧4对两边的固体润滑剂5都有推动力，以达到完全地“主动润滑”。

固体润滑剂5选用通用于轴承润滑中的固体润滑材料，要求最好具有：较低的切向应力；容易在运动的摩擦副之间形成层状滑移层；较强的表面吸附能力；较低的摩擦系数；化学性质较稳定；温度适应性好；耐腐蚀性。常用的固体润滑剂5材料有：①具有方晶系和斜方晶系金属盐类及非金属单质，如WS2、MoS2、NbSe2、PbWo4、云母和石墨等；②金属氧化物，如PbO、ZnO和WO3等；③高分子化合物，如聚四氟乙烯、酚醛树脂和聚乙烯等；④纤维强化组织,如碳纤维和玻璃纤维等。根据实际需要将上述这些润滑剂材料按一定比例进行混合定型制成圆柱体的润滑棒，其中，具有方晶系和斜方晶系金属盐类及非金属单质为50%～60%，金属氧化物为0～10%，高分子化合物为20%～30%，纤维强化组织为10%～20%。

固体润滑剂5的直径需能够自由在预开孔7中滑动，即固体润滑剂5与预开孔7间隙配合，其间隙距离为0.00005m～0.00015m。

如图7至图9所示，轴承内圈2外部安装轴瓦式外圈3，轴瓦式外圈3在球形腔体的两端分别设置有阶梯形的密封圈安放槽8，密封圈安放槽8用于安装O形密封圈6。如图10至图12所示，轴瓦式外圈3是由完全相同的两个轴瓦式外圈组件10拼合构成的，以便于安装和拆卸。轴瓦式外圈组件10上设置若干沉孔9，用于通过沉头螺钉12固定在滚轮11上。

轴承内圈2的两端分别设置有O形密封圈6，O形密封圈6安装在轴颈1与轴瓦式外圈3之间的密封圈安放槽8上。需要注意的是，O形密封圈6的外表面在靠近轴承内圈2一侧设置有凸台，也就是说，O形密封圈6的外表面为内侧较高外侧较低的阶梯状，这是为了防止O形密封圈6在轴承工作过程中脱离其工作位置。为了便于加工的考虑，也可以将O形密封圈6由较厚和较薄两种密封圈标准件组合构成。

如图13所示，本实施例的用于水工钢闸门的关节自润滑轴承与滚轮11和轴颈1的安装工序为：首先将轴承内圈2安装在轴颈1上，同时将两个相同的O形密封圈6安装在轴承内圈2两端的轴颈1上；然后在预开孔7中安放好固体润滑剂5和推力弹簧4；再将轴瓦式外圈3通过沉头螺钉12固定在滚轮11上。这样，用于水工钢闸门的关节自润滑轴承在维护时，只需将两个轴瓦式外圈组件10拆下，并更换磨损的固体润滑剂5即可。

尽管上面结合附图和优选实施例对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于水工钢闸门的关节自润滑轴承，包括安装在轴颈上的轴承内圈，其特征在于，所述轴承内圈上分布有多个预开孔，所述预开孔中的内外两端分别安装有固体润滑剂，两个所述固体润滑剂之间设置有推力弹簧，所述固体润滑剂与所述预开孔间隙配合，所述轴承内圈的外部安装有由两个同样的轴瓦式外圈组件拼合而成轴瓦式外圈，所述轴瓦式外圈组件通过螺钉固定在滚轮上，所述轴承内圈两端分别设置有安装在所述轴颈与所述轴瓦式外圈之间的O形密封圈，所述O形密封圈的外表面在靠近所述轴承内圈一侧设置有凸台。

2.根据权利要求1所述的一种用于水工钢闸门的关节自润滑轴承，其特征在于，所述固体润滑剂与所述预开孔的间隙距离为0.00005m～0.00015m。

3.根据权利要求1所述的一种用于水工钢闸门的关节自润滑轴承，其特征在于，所述轴承内圈的内径为d₂，单位为m；d₂=d₁+(0.00005m～0.00015m)；式中：d₁为所述轴颈的直径，单位为m。

4.根据权利要求1所述的一种用于水工钢闸门的关节自润滑轴承，其特征在于，所述预开孔的数量

式中：S为所述预开孔的面积，单位为m²；d₃为所述预开孔的直径，单位为m。

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