CN105864284B - 一种固体润滑航空关节轴承及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空制造领域，介绍了一种固体润滑航空关节轴承及其制造方法。其特征是航空关节轴承包括外圈和内圈，内圈装在外圈内，且内圈的外球面和外圈的内球面相配合转动，所述内圈外表面和外圈内表面具有一层超声滚压强化得到的强化层，且强化层表面布置有微织构，在超声表面强化的同时，加入二硫化钼、二硫化钨、二烷基二硫代氨基甲酸钼、片状石墨、石墨烯、氟化石墨中任意一种或几种固体润滑剂，使关节轴承内圈外表面和外圈内表面及微织构内具有一层固体润滑脂层，极大提高了关节轴承的承载能力，降低内外圈之间的摩擦系数，明显改善关节轴承的耐磨损性能和润滑性能，使得关节轴承的使用寿命得到大幅提高。

Description

一种固体润滑航空关节轴承及其制造方法
技术领域
本发明属于航空制造领域，特别涉及到一种固体润滑航空关节轴承及其制造方法。
背景技术
关节轴承因其具有较大的承载能力和抗冲击能力及抗腐蚀、耐磨损、自调心等特点而广泛用于航空飞行器的旋翼系统、操纵系统、飞机起落架、方向舵、传动系统、航空发动机和高速列车的转向机构等关键部位。这些关键部位往往经受冲击、振动、超大载荷、失重、大温差、紫外线辐射等复杂工况，导致关节轴承因发生磨损而寿命降低。
关节轴承的基本型是由具有球形滑动球面接触表面的内、外圈组成。目前关节轴承的外圈内表面和内圈外表面主要是通过车削和磨削等切削加工的方式实现的。由于切削加工后工件表面残留的拉应力和加工后残留的刀痕和磨屑，导致关节轴承内外圈之间的摩擦副发生磨损，影响关节轴承的使用寿命。
而润滑不当在导致关节轴承失效的原因中占到36%，目前关节轴承的润滑方式为脂润滑，由于关节轴承应用工况十分多样，一般润滑脂无法完全满足关节轴承的应用需要。
降低关节轴承内外圈接触副的表面粗糙度，提高表面微观硬度，加入固体润滑剂等措施可以有效改善关节轴承的摩擦特性，提高关节轴承的寿命和可靠性。本发明针对关节轴承内圈外表面及外圈内表面之间球面接触副因表面粗糙度差、微观硬度低及润滑不充分而造成磨损等问题，采用表面超声滚压强化的方法制造一种表面带有微织构的航空关节轴承，同时加入一种固体润滑剂，通过超声滚压将固体润滑剂附着在关节轴承表面，并与其成键，提高了关节轴承的承载能力，避免润滑油脂易被挤出的情况，提高承载能力，抗疲劳，抗冲击能力，改善摩擦副润滑性能，提高耐磨损性能，使得关节轴承的使用寿命得到大幅提高。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对现有航空关节轴承球面接触副因表面粗糙度差及润滑不充分而造成磨损等问题，提出一种固体润滑航空关节轴承及其制造方法，满足关节轴承在复杂工况下的工作要求。
技术方案：
一种固体润滑航空关节轴承，其特征在于：该航空关节轴承包括外圈和内圈，内圈装在外圈内，且所述内圈的外球面和外圈的内球面相配合转动；所述内圈外表面和外圈内表面宽度中间的位置设有环形润滑槽；所述内圈外表面和外圈内表面具有固体润滑层，且内圈外表面和外圈内表面布置有微织构；所述环形润滑槽和微织构内储存有固体润滑剂，工作时，内外圈之间具有游离的固体润滑剂。
所述的固体润滑航空关节轴承，其特征在于：所述固体润滑剂包括二硫化钼、二硫化钨、二烷基二硫代氨基甲酸钼、片状石墨、石墨烯、氟化石墨中任意一种或几种混合。
所述的固体润滑航空关节轴承，其特征在于：所述固体润滑层是通过超声波滚压强化方式附着在关节轴承内圈外表面和外圈内表面的，固体润滑层的厚度为1~50μm。
一种如上文所述的固体润滑航空关节轴承的制造方法，其特征在于：所述关节轴承内圈的外表面和外圈的内表面经过车削加工后，镗削出外圈内表面的环形润滑槽，车削出内圈外表面的环形润滑槽；然后对关节轴承的内圈外表面和外圈内表面进行超声滚压强化，强化时滚压工具与工件之间通过固体润滑剂喷嘴加入固体润滑剂，通过超声滚压方式将固体润滑剂附着在关节轴承表面，并与关节轴承表面金属成键；所述滚压工具表面布置有微凸起，超声滚压时，工件表面会被压印出微织构，并存储有固体润滑剂。
优点及效果：经过超声表面滚压强化的航空关节轴承，其内圈外表面和外圈内表面的表面粗糙度大幅度降低，表面层金属晶粒得到细化，微观硬度提高，摩擦系数下降；关节轴承在表面超声强化的同时加入一种固体润滑剂，提高了关节轴承的承载能力，避免了润滑油脂易被挤出的情况，抗腐蚀，抗疲劳，抗冲击，改善摩擦副润滑性能，提高耐磨损性能，使得关节轴承的使用寿命得到大幅提高。
附图说明：
图1是本发明关节轴承结构图。
图2是本发明关节轴承加工过程中加入固体润滑的工作方式。
图3是本发明关节轴承内圈外表面和外圈内表面的接触过程示意图；
图中：1关节轴承外圈；2关节轴承内圈；3超声滚压工具；4固体润滑剂喷嘴；5外圈表面固体润滑剂层；6游离固体润滑剂；7内圈表面固体润滑剂层；8微织构；11外圈内表面强化层；21内圈外表面强化层。
具体实施方式：
本发明是一种固体润滑航空关节轴承及其制造方法，其原理是：经过车削加工的关节轴承内圈外表面和外圈内表面被安装在超声波装置上的硬质合金工具以10~30kHz的频率拍打。高频率的拍打使工件表面材料发生强烈塑性变形，导致工件表面材料发生强化，由于超声滚压工具表面具有微凸起结构，使工件表面形成一定规律的微织构。超声滚压强化的同时加入一种固体润滑剂，通过超声滚压将固体润滑剂附着在关节轴承表面和微织构内部，形成一层固体润滑层。工作时，内圈外表面和外圈内表面的固体润滑层相互接触，并发生摩擦，形成具有良好润滑性能的游离固体润滑剂，极大提高关节轴承的耐磨损性能和润滑性能。
本发明一种固体润滑航空关节轴承，其特征在于：航空关节轴承包括外圈1和内圈2，内圈2装在外圈1内，且内圈2的外球面和外圈1的内球面相配合转动，所述内圈2外面表面和外圈1内表面宽度中间的位置设有环形润滑槽，所述内圈2外表面和外圈1内表面具有一层固体润滑层5和7，且内圈2外表面和外圈1内表面布置有微织构8，所述环形润滑槽和微织构内储存有固体润滑剂，工作时，内外圈之间具有游离的固体润滑剂6。
所述固体润滑剂包括二硫化钼、二硫化钨、二烷基二硫代氨基甲酸钼、片状石墨、石墨烯、氟化石墨中任意一种或混合。
所述固体润滑层是通过超声波滚压强化方式附着在关节轴承内圈外表面和外圈内表面的，固体润滑层的厚度为1~50μm。
一种固体润滑航空关节轴承的制造方法，其特征在于：所述关节轴承内圈2的外表面和外圈1的内表面经过车削加工后，镗削出外圈内表面的环形润滑槽，车削出内圈外表面的环形润滑槽，然后对关节轴承的内圈2外表面和外圈1内表面进行超声滚压强化，强化时超声滚压工具3与工件之间通过喷嘴4加入所述固体润滑剂，通过超声滚压方式将固体润滑剂附着在关节轴承表面，并与关节轴承表面金属成键，提高关节轴承的摩擦和润滑性能，由于滚压工具表面布置有微凸起，超声滚压时，工件表面会被压印出微织构，并存储有固体润滑剂。
现以二硫化钨为例做具体说明：
二硫化钨为灰色粉末带金属光泽的细小结晶或粉末，具有很低的摩擦系数，对金属表面有很好的吸附能力。
本发明一种固体润滑航空关节轴承及其制造方法：包含四个步骤，首先车削出关节轴承内圈2的外表面和外圈1的内表面；然后镗削出外圈内表面的环形润滑槽，车削出内圈外表面的环形润滑槽，之后对关节轴承的内圈2外表面和外圈1内表面进行超声滚压强化，强化时超声滚压工具3与工件之间通过喷嘴4加入所述固体润滑剂二硫化钨，通过超声滚压方式将二硫化钨润滑剂附着在关节轴承表面，并与关节轴承表面金属成键，提高关节轴承的摩擦和润滑性能，由于滚压工具表面布置有微凸起，超声滚压时，工件表面会被压印出微织构，并存储有二硫化钨润滑剂，二硫化钨既在加工时起到润滑作用，也提高关节轴承使用过程中的摩擦和润滑性能。

Claims (2)

1.一种固体润滑航空关节轴承，其特征在于：该航空关节轴承包括外圈（1）和内圈（2），内圈（2）装在外圈（1）内，且所述内圈（2）的外球面和外圈（1）的内球面相配合转动；所述内圈（2）外表面和外圈（1）内表面宽度中间的位置设有环形润滑槽；所述内圈（2）外表面和外圈（1）内表面具有固体润滑层（5、7），且内圈（2）外表面和外圈（1）内表面布置有微织构（8）；所述环形润滑槽和微织构（8）内储存有固体润滑剂，工作时，内外圈之间具有游离的固体润滑剂（6）；
所述固体润滑剂包括二硫化钼、二硫化钨、二烷基二硫代氨基甲酸钼、片状石墨、石墨烯、氟化石墨中任意一种或几种混合；
所述固体润滑层是通过超声波滚压强化方式附着在关节轴承内圈（2）外表面和外圈（1）内表面的，固体润滑层的厚度为1~50μm。
2.一种如权利要求1所述的固体润滑航空关节轴承的制造方法，其特征在于：所述关节轴承内圈（2）的外表面和外圈（1）的内表面经过车削加工后，镗削出外圈（1）内表面的环形润滑槽，车削出内圈（2）外表面的环形润滑槽；然后对关节轴承的内圈（2）外表面和外圈（1）内表面进行超声滚压强化，强化时滚压工具（3）与工件之间通过固体润滑剂喷嘴（4）加入固体润滑剂，通过超声滚压方式将固体润滑剂附着在关节轴承表面，并与关节轴承表面金属成键；所述滚压工具表面布置有微凸起，超声滚压时，工件表面会被压印出微织构（8），并存储有固体润滑剂。
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