CN103438101B - 水润滑橡胶合金智能轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水润滑橡胶合金智能轴承，包括呈筒状的轴壳和套装设置在轴壳内的橡胶合金衬，橡胶合金衬的内壁上环形均布设有用于润滑水通过的凹槽，位于相邻两凹槽之间的橡胶合金衬的内壁上设有内凹的承载工作面，凹槽和承载工作面均沿橡胶合金衬的轴向方向延伸并贯穿橡胶合金衬的两端；还包括用于实时监控轴承运行工况的监控装置，监控装置包括数据接收装置和设置在承载工作面内并用于测量轴承运行参数的传感器组，传感器组和数据接收装置之间无线连接。该水润滑橡胶合金智能轴承不仅能够提高承载能力和抗震能力，延长轴承的使用寿命，而且能够对运行过程中的动态数据进行在线智能测控，并水润滑轴承的失效作出预估和预判，以提高可靠性。

Description

水润滑橡胶合金智能轴承

技术领域

本发明涉及一种轴承，具体的为一种水润滑橡胶合金智能轴承。

背景技术

轴承是机械传动不可缺少的部件，普通的金属滚动轴承和滑动轴承，由于需要润滑油进行润滑，因此，如果将其应用于与水接触的传动机械，则需要复杂的密封部件。若有水进入润滑系统，则易造成轴承损坏和失效，甚至会出现润滑油泄漏污染水的环境问题。

现有技术中，水润滑轴承在机械传动特别是船舶等推进系统中得到广泛应用，水润滑轴承采用水作为润滑介质，能够在节约资源和环境友好方面很好的解决以上问题。

一般水润滑轴承采用金属外圈加橡胶合金内衬的结构，橡胶内衬的径向厚度对于轴承的承载能力和抗震能力有比较重要的影响，然而现有技术中，由于对水润滑橡胶合金轴承动态特性研究较困难，极其缺乏与橡胶衬层厚度对承载能力和抗震能力影响的相关数据，所以现有技术的水润滑橡胶合金轴承中的橡胶衬层没有综合考虑承载能力和抗震能力，因而无法达到承载能力和抗震能力的最佳匹配，存在摩擦磨损快，使用寿命短等问题。

同时，在水润滑橡胶合金轴承的使用过程中，在满足其功能要求的前提下，还对其可靠性提出了严格的要求，要求水润滑橡胶合金轴承实现信息化、智能化，能实时在线监测水润滑轴承的运行状态，并对水润滑轴承的失效作出预估和预判，以保证装备的可靠性及人民财产安全。目前国内外在对水润滑轴承运行过程中各项参数的信号测量时，由于环境复杂，传感器布置安装困难，信号传输易受干扰，所以一直缺乏有效的测试方法，给水润滑轴承动态数据的采集、状态监测带来极大困难。

因此，需要对现有的水润滑轴承进行改造，水润滑橡胶材料内衬径向厚度综合考虑承载能力和抗震能力，提高水润滑轴承的综合性能，延长轴承的使用寿命；运用智能传感检测，有效地监测轴承的实际工作状态，实现对轴承传动中的动态数据进行在线智能测控，对水润滑轴承的失效作出预估和预判。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水润滑橡胶合金智能轴承，该水润滑橡胶合金智能轴承不仅能够提高承载能力和抗震能力，延长轴承的使用寿命，而且能够对运行过程中的动态数据进行在线智能测控，并水润滑轴承的失效作出预估和预判，以提高可靠性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水润滑橡胶合金智能轴承，包括呈筒状的轴壳和套装设置在轴壳内的橡胶合金衬；

所述橡胶合金衬的内壁上环形均布设有用于润滑水通过的凹槽，位于相邻两凹槽之间的橡胶合金衬的内壁上设有内凹的承载工作面，所述凹槽和承载工作面均沿橡胶合金衬的轴向方向延伸并贯穿橡胶合金衬的两端；

还包括用于实时监控轴承运行工况的监控装置，所述监控装置包括数据接收装置和设置在所述承载工作面内并用于测量轴承运行参数的传感器组，所述传感器组和所述数据接收装置之间无线连接。

进一步，所述橡胶合金衬的厚度为4-25mm。

进一步，所述凹槽呈弧形，且凹槽的数量为4-14个。

进一步，所述承载工作面的径向截面呈圆心落在所述橡胶合金衬轴线上的弧形，且承载工作面与位于其两侧的凹槽之间圆滑过渡。

进一步，所述橡胶合金衬采用弹性体制成，所述弹性体为高分子橡胶合金弹性体。

进一步，所述高分子橡胶合金弹性体采用硫化工艺制作而成，其各个组分的重量份为：

丁晴橡胶40~100；氧化锌3~8；硫磺1~3；脂肪酸1~3；防老剂1~3；半补强炭黑60~80；填充剂20~60。

进一步，所述传感器组包括至少一个传感器，且所述传感器组沿轴向方向布置在所述承载工作面内。

进一步，所述传感器为无源传感器，所述数据接收装置内设有电磁波发送装置，所述传感器内设有至少一个用于接收来自数据接收装置的电磁波、并将电磁波转换为电能的传导元件；或，

所述传感器为有源传感器，且传感器内设有用于将所述弹性体弹性变形产生的能量转换为电能的导电聚合物电路。

进一步，所述监控装置还包括与所述数据接收装置相连并用于处理所述传感器采集的数据的数据处理装置；所述传感器为微米级或纳米级传感器。

本发明的有益效果在于：

本发明的水润滑橡胶合金智能轴承，通过在橡胶合金衬的内壁上设置凹槽，凹槽用于润滑水通过，并通过在相邻两个凹槽之间设置内凹的承载工作面，能够有效地在橡胶合金衬的内壁上形成水膜，通过多个凹槽可以使轴承在工作时形成多个水膜，达到良好的润滑效果，能够有效提高承载能力和抗震能力，延长轴承的使用寿命；通过在承载工作面内设置传感器组，由于轴承水膜压力在承载工作面上沿轴向成马鞍形分布，因此在承载工作面内设置传感器组即可以测出轴承关键部位的动态特性，能够对运行过程中的动态数据（如应力、应变、温度、振动、物理化学性能等动态参数数据）进行在线智能测控，并水润滑轴承的失效作出预估和预判，以提高可靠性；

本发明的水润滑橡胶合金智能轴承通过对其运行参数的在线测控，解决了轴承传动装置动态数据采集、状态监测困难等难题，因此本发明的水润滑橡胶合金智能轴承特别适用于船舶、国防武器装备等对轴承传动机构可靠性要求严格的工程领域，此外本发明的水润滑橡胶合金智能轴承也可用于实验研究，特别是对轴承进行多场耦合条件下的动态特性性能研究，便于对轴承的设计提供数据参考和依据。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明水润滑橡胶合金智能轴承实施例的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图2的轴测图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所述，为本发明水润滑橡胶合金智能轴承实施例的结构示意图。本实施例的水润滑橡胶合金智能轴承，包括呈筒状的轴壳1和套装设置在轴壳1内的橡胶合金衬2，轴壳1可由任何满足强度性能要求的金属和非金属材料制成，本实施例的橡胶合金衬2粘接固定在橡胶合金衬2的内壁上。

橡胶合金衬2的内壁上环形均布设有用于润滑水通过的凹槽3，位于相邻两凹槽3之间的橡胶合金衬2的内壁上设有内凹的承载工作面4，凹槽3和承载工作面4均沿橡胶合金衬2的轴向方向延伸并贯穿橡胶合金衬2的两端，本实施例凹槽4的凹陷深度大于承载工作面4的内凹深度，且凹槽的宽度小于承载工作面4的宽度。

本实施例的水润滑橡胶合金智能轴承还包括用于实时监控轴承运行工况的监控装置，监控装置包括数据接收装置和设置在承载工作面4内并用于测量轴承运行参数的传感器组，传感器组和数据接收装置之间无线连接。

本实施例的水润滑橡胶合金智能轴承，通过在橡胶合金衬2的内壁上设置凹槽3，凹槽3用于润滑水通过，并通过在相邻两个凹槽3之间设置内凹的承载工作面4，能够有效地在橡胶合金衬2的内壁上形成水膜，通过多个凹槽3可以使轴承在工作时形成多个水膜，达到良好的润滑效果，能够有效提高承载能力和抗震能力，延长轴承的使用寿命；通过在承载工作面4内设置传感器组，由于轴承水膜压力在承载工作面4上沿轴向成马鞍形分布，因此在承载工作面4内设置传感器组即可以测出轴承关键部位的动态特性，能够对运行过程中的动态数据（如应力、应变、温度、振动、物理化学性能等动态参数数据）进行在线智能测控，并水润滑轴承的失效作出预估和预判，以提高可靠性。

本实施例的水润滑橡胶合金智能轴承通过对其运行参数的在线测控，解决了轴承传动装置动态数据采集、状态监测困难等难题，因此本实施例的水润滑橡胶合金智能轴承特别适用于船舶、国防武器装备等对轴承传动机构可靠性要求严格的工程领域，此外本实施例的水润滑橡胶合金智能轴承也可用于实验研究，特别是对轴承进行多场耦合条件下的动态特性性能研究，便于对轴承的设计提供数据参考和依据。

进一步，橡胶合金衬2的厚度为4-25mm，在设计橡胶合金衬2的厚度参数时，应综合考虑橡胶合金衬2径向厚度对轴承承载能力、抗震能力和制造成本的影响，并根据不同规格的轴承，选取橡胶合金衬2的厚度，从而提高轴承的综合性能，延长轴承的使用寿命，节约制造成本，本实施例的橡胶合金衬2的厚度为15mm。

进一步，凹槽3呈弧形，且凹槽3的数量为4-14个，凹槽3的数量过少，不能形成多水膜支承，也不利于泥沙和杂质的排泄，润滑效果不理想，凹槽3的数量过多，会影响橡胶合金衬2的强度等性能，因此，需根据轴径大小来合理选择设置凹槽3的数量，本实施例的凹槽3的数量为10个。

进一步，承载工作面4的径向截面呈圆心落在橡胶合金衬2轴线上的弧形，且承载工作面4与位于其两侧的凹槽3之间圆滑过渡。承载工作面4的曲面以及各处圆滑过渡的曲面更容易形成弹性流体动压润滑，在传动轴与轴承间形成水膜支承，并有利于泥沙和杂质的排泄，从而减小工作面的磨损，通过将承载工作面4的圆心设置在橡胶合金衬2的轴线上，能够使形成的水膜更加均匀。

进一步，橡胶合金衬2采用弹性体制成，弹性体为高分子橡胶合金弹性体，该高分子橡胶合金弹性体采用硫化工艺制作而成，其各个组分的重量份为：

丁晴橡胶40~100；氧化锌3~8；硫磺1~3；脂肪酸1~3；防老剂1~3；半补强炭黑60~80；填充剂20~60。

该高分子橡胶合金弹性体的组分中，防老剂为二丁基二硫代氨基甲酸镍；脂肪酸为C16或C18饱和脂肪酸；填充剂为二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨、玻璃纤维和碳纤维中的一种或至少两种的混合物；且在橡胶合金弹性体硫化过程中采用的硫化促进剂为硫酰胺类促进剂。

具体的高分子橡胶合金弹性体的组分可以按比例采用多种重量份组合制备：

1）丁晴橡胶40，氧化锌8，硫磺1，N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺1，二丁基二硫代氨基甲酸镍1，C16饱和脂肪酸1，半补强炭黑60，二硫化钼20；

2）丁晴橡胶100，氧化锌3，硫磺3，N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺3，二丁基二硫代氨基甲酸镍3，C16饱和脂肪酸3，半补强炭黑80，二硫化钼60；

3）丁晴橡胶60，氧化锌5，硫磺2，N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺2，二丁基二硫代氨基甲酸镍2，C16饱和脂肪酸2，半补强炭黑70，二硫化钼40。

当然，橡胶合金弹性体还可在上述重量份范围内进行任意组合均能实现，且二硫化钼还可采用聚四氟乙烯、石墨、玻璃纤维和碳纤维中的一种或至少两种的混合物进行替代，C16饱和脂肪酸可采用C18饱和脂肪酸替代，均可制备得到符合要求的橡胶合金弹性体，本实施例的高分子橡胶合金弹性体采用上述第2）中组分配比制备得到。

进一步，传感器组包括至少一个传感器5，且所述传感器组沿轴向方向布置在所述承载工作面内。因为轴承水膜压力在承载工作面4上沿轴向成马鞍形分布，因此沿轴向埋置传感器组既可以测出轴承关键部位的动态特性，又可以节约因埋置大量传感器组产生的成本。

进一步，传感器5可以为无源传感器，数据接收装置内设有电磁波发送装置，传感器5内设有至少一个用于接收来自数据接收装置的电磁波、并将电磁波转换为电能的传导元件；当然，传感器5还可以为有源传感器，且传感器5内设有用于将弹性体弹性变形产生的能量转换为电能的导电聚合物电路，采用该结构的传感器5，能够利用弹性体在传动过程中弹性变形产生的能量，使传感器5能够长时间工作，保证监控装置的可靠性。本实施例的传感器5采用无源传感器，传感器5内设有一个传导元件。采用该结构的监控装置，能够对传感器5进行供电并保证传感器5能够长时间稳定工作。本实施例的监控装置还包括与数据接收装置相连并用于处理传感器5采集的监控数据的数据处理装置，通过数据处理装置的数据处理结果对轴承的运行工况进行预估和预判，保证轴承在正常的工况下运转。传感器5为微米级或纳米级传感器，能够将传感器5安装在弹性体内，本实施例的传感器5采用纳米级传感器。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种水润滑橡胶合金智能轴承，包括呈筒状的轴壳和套装设置在轴壳内的橡胶合金衬，其特征在于：所述橡胶合金衬的内壁上环形均布设有用于润滑水通过的凹槽，位于相邻两凹槽之间的橡胶合金衬的内壁上设有内凹的承载工作面，所述凹槽和承载工作面均沿橡胶合金衬的轴向方向延伸并贯穿橡胶合金衬的两端；还包括用于实时监控轴承运行工况的监控装置，所述监控装置包括数据接收装置和设置在所述承载工作面内并用于测量轴承运行参数的传感器组，所述传感器组和所述数据接收装置之间无线连接；

所述承载工作面的径向截面呈圆心落在所述橡胶合金衬轴线上的弧形，且承载工作面与位于其两侧的凹槽之间圆滑过渡；

所述传感器组包括至少一个传感器，且所述传感器组沿轴向方向布置在所述承载工作面内；

所述橡胶合金衬采用弹性体制成，所述弹性体为高分子橡胶合金弹性体；

所述传感器为无源传感器，所述数据接收装置内设有电磁波发送装置，所述传感器内设有至少一个用于接收来自数据接收装置的电磁波、并将电磁波转换为电能的传导元件；或，所述传感器为有源传感器，且传感器内设有用于将所述弹性体弹性变形产生的能量转换为电能的导电聚合物电路；

所述监控装置还包括与所述数据接收装置相连并用于处理所述传感器采集的数据的数据处理装置；所述传感器为微米级或纳米级传感器。

2.根据权利要求1所述的水润滑橡胶合金智能轴承，其特征在于：所述橡胶合金衬的厚度为4-25mm。

3.根据权利要求2所述的水润滑橡胶合金智能轴承，其特征在于：所述凹槽呈弧形，且凹槽的数量为4-14个。

4.根据权利要求1所述的水润滑橡胶合金智能轴承，其特征在于：所述高分子橡胶合金弹性体采用硫化工艺制作而成，其各个组分的重量份为：丁晴橡胶40～100；氧化锌3～8；硫磺1～3；脂肪酸1～3；防老剂1～3；半补强炭黑60～80；填充剂20～60。