CN110588228A - 一种船用柴油机滑动轴承内表面织构加工装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种船用柴油机滑动轴承内表面织构加工装置及加工方法，包括在机架上依次设置的顶推组件、胀压组件、轴瓦组件和液压动力组件，各组件相互配合可在轴瓦内环面上加工出深度为0.3 mm、半径均为5 mm的鱼鳞状织构，水平方向两排鱼鳞交错5 mm排布，织构围成的弧所对应的圆心角为120º。在轴瓦上加工出鱼鳞状织构结构后能够提高滑动轴承的动压润滑性能，尤其在启动时，可加快油膜的形成速度，当滑动轴承顺着鱼鳞转动时，润滑油进入鱼鳞状的微凹坑织构内，形成多级收敛型油楔，建立一定的油压支撑外载荷，形成油膜，保护工作面，减小摩擦系数，从而降低磨损延长使用寿命。

Description

一种船用柴油机滑动轴承内表面织构加工装置及加工方法

技术领域

本发明涉及轴承加工技术领域，具体涉及一种滑动轴承内表面织构加工装置及加工方法，特别是一种适用于船用柴油机滑动轴承内表面织构加工装置及加工方法。

背景技术

轴承是各类机械装备的重要基础零部件，它的精度、性能、寿命和可靠性对主机的精度、性能、寿命和可靠性起着决定性的作用。滑动轴承是在滑动摩擦下工作的轴承，它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。滑动轴承接触面大、结构简单、体积小、承载能力强、抗振性好、适用于低速重载。但启动时油膜的形成速度慢、摩擦阻力大、易发热，使得轴承发生磨损，从而导致轴承的精度降低，进一步影响机器的加工精度，缩短机器的使用寿命，造成一定的经济损失。

当前，强化滑动轴承的方法主要有表面薄膜沉积、采用轴承新材料、抛光以及改善热处理工艺等，但是都存在一定的缺点。表面薄膜沉积法虽然能提高滑动轴承的强度，但不能保证滑动轴承工作过程中的磨损降低。采用轴承新材料很可能造成轴承加工成本的提高。抛光工艺受到材料性质和加工精度的影响，加工后轴承表面粗糙度始终受到限制。

在滑动轴承内表面进行织构加工可在一定程度上解决上述问题，但是现有技术中主要是通过激光加工或刻蚀加工形成织构，对于加工大尺寸曲面零件，这两种方案存在加工难度大、效率低和成本高的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种船用柴油机滑动轴承内表面织构加工装置及加工方法，通过在滑动轴承轴瓦的表面设置鱼鳞状织构，形成多级收敛型油楔，加快启动时油膜的形成速度，增加油膜厚度，保护工作面，减小滑动轴承工作时的摩擦力，提高动压润滑性能，从而提高滑动轴承的使用寿命。

本发明的技术方案为：一种船用柴油机滑动轴承内表面织构加工装置，包括在机架上依次设置的顶推组件、胀压组件、轴瓦组件和液压动力组件，胀压组件包括胀压环、锥轴和锥轴定位套，锥轴定位套与机架固定连接，锥轴设在锥轴定位套内侧，胀压环与锥轴远离液压动力组件的一端相接，锥轴定位套的内侧环面顶撑在胀压环的一侧壁面上；轴瓦组件包括轴瓦和轴瓦夹具，轴瓦通过轴瓦夹具固定在胀压环外部，轴瓦夹具与机架固定连接；顶推组件包括推环和螺杆，螺杆一端通过锁紧螺母与推环的闭合面连接，另一端穿过机架纵梁上对应的螺孔并在端部设有旋拧把手，推环的开口面顶撑在胀压环的另一侧壁面上；液压动力组件包括液压缸和液压缸水平联结座，液压缸的活塞杆端部与锥轴连接，液压缸水平联结座与机架固定连接。

锥轴与胀压环相接的轴肩一端锥度为30°，胀压环为一端锥度为30°的圆环，带有锥度的胀压环端与锥轴锥度适配的一端相接，在胀压环外周表面加工有鱼鳞状凸模结构。

加工胀压环时，利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解原理以及线切割工艺将工件加工成外环面上具有鱼鳞纹路的胀压环，胀压环的具体加工步骤为：

1）将金属环毛坯料加工成一端锥度为30º的圆环，使之与锥轴的锥度相匹配；

2）将工具阴极设计成两排鱼鳞的形状，对金属环进行电解加工；

3）转动金属环至未加工表面，继续进行电解加工；

4）重复步骤3，直至已加工表面所对的圆心角为120º；

5）在金属环非电解部分进行外圆磨削，深度为0.5 mm，使电解部分形成鱼鳞状凸模结构；

6）利用线切割工艺在非电解区域沿径向进行切割，形成胀压环。

一种船用柴油机滑动轴承内表面织构加工装置的加工方法，主要包括如下步骤：

1）在胀压组件与顶推组件间预留出轴瓦安装空间，将待加工轴瓦置于胀压环外部，并用轴瓦夹具定位夹紧；

2）拧转旋拧把手使推环向胀压环方向旋进直至推环的开口环面顶撑在胀压环的侧壁面上并保持推环不动，至此，推环与锥轴定位套分别顶撑在胀压环的一侧壁面上以完成对胀压环的夹紧定位，启动液压缸使活塞杆推动锥轴向顶推组件方向运动，直至胀压环与锥轴轴肩接触；

3）锥轴在液压缸作用下继续向顶推组件方向移动，胀压环直径变大，直至与待加工轴瓦的内表面相接触；

4）锥轴在液压缸作用下缓慢向顶推组件方向移动，利用胀压环的挤压作用，在轴瓦上加工出鱼鳞状织构；

5）当锥轴在轴瓦上挤压完毕时，液压缸的活塞杆回缩带动锥轴向远离顶推组件的方向移动，胀压环与锥轴脱离；

6）拧转旋拧把手使推环向远离胀压环方向旋出，取下轴瓦并用超声波清洗轴瓦。

加工后的轴瓦内环面上轴向形成鱼鳞状织构，鱼鳞状织构的深度为0.3 mm，每片鱼鳞的半径均为5 mm，水平方向两排鱼鳞交错5 mm排布。

鱼鳞状织构占轴瓦内环面面积的三分之一，即织构围成的弧所对应的圆心角为120º。

本发明的有益效果为：

1、利用本发明公开的加工装置和加工方法可在滑动轴承与轴颈接触的轴瓦内环面上加工出鱼鳞状微凹坑织构，该织构结构能够提高滑动轴承的动压润滑性能，尤其在启动时，可加快油膜的形成速度，当滑动轴承顺着鱼鳞转动时，润滑油进入鱼鳞状的微凹坑织构内，形成多级收敛型油楔，建立一定的油压支撑外载荷，形成油膜，保护工作面，减小摩擦系数，从而降低磨损，延长使用寿命。

2、本发明利用电解工艺加工出表面具有鱼鳞状结构的胀压环，方便快捷，加工精度高且不产生残余应力，没有飞边毛刺；

3、利用胀压环与锥轴、锥轴定位套构成的胀压组件，可通过简单地机械运动直接在轴瓦的内表面上挤压出鱼鳞状织构，加工难度低，生产效率高，成本低廉且效果更好。

附图说明

图1为一种船用柴油机滑动轴承内表面织构加工装置的结构示意图；

图2为图1所示一种船用柴油机滑动轴承内表面织构加工装置的胀压环的结构示意图；

图3为加工后的轴瓦内表面上的鱼鳞状织构的结构示意图；

图4为鱼鳞状织构的鱼鳞径深方向剖切图；

图5为鱼鳞状织构的局部排列平面示意图；

图中：

1-机架，2-顶推组件，3-胀压组件，4-轴瓦组件，5-液压动力组件；

11-机架纵梁；

21-推环，22-螺杆，23-锁紧螺母，24-旋拧把手；

31-胀压环，32-锥轴，33-锥轴定位套；

41-轴瓦，42-轴瓦夹具；

51-液压缸，52-液压缸水平联结座。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。

为了能减小船用柴油机滑动轴承工作时的摩擦力，提高动压润滑性能，从而提高滑动轴承的使用寿命，本实施方式设计出一种船用柴油机滑动轴承内表面织构加工装置，具体结构如图1所示，该装置包括在机架1上从左至右依次设置的顶推组件2、胀压组件3、轴瓦组件4和液压动力组件5。

胀压组件3包括胀压环31、锥轴32和锥轴定位套33，锥轴定位套33与机架1固定连接，锥轴定位套采用调质处理的45钢制成，锥轴32设在锥轴定位套33内侧，胀压环31与锥轴32远离液压动力组件5的一端相接，锥轴定位套33的内侧环面顶撑在胀压环31的一侧壁面上。

轴瓦组件4包括轴瓦41和轴瓦夹具42，轴瓦41通过轴瓦夹具42固定在胀压环31外部，轴瓦夹具42与机架1固定连接。

顶推组件5包括推环21和螺杆22，螺杆22一端通过锁紧螺母23与推环21的闭合面连接、另一端穿过机架纵梁11上对应的螺孔并在端部设有旋拧把手24，推环21的开口面顶撑在胀压环31的另一侧壁面上。

液压动力组件5包括液压缸51和液压缸水平联结座52，液压缸51的活塞杆端部与锥轴32连接，液压缸水平联结座52与机架1固定连接。

锥轴32与胀压环31相接的轴肩一端锥度为30°，胀压环31为一端锥度为30°的圆环，带有锥度的胀压环31端与锥轴32锥度适配的一端相接，在胀压环31外周表面加工有鱼鳞状凸模结构。

加工胀压环31时，利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解原理以及线切割工艺将工件加工成鱼鳞状胀压环31，胀压环31的具体加工步骤为：

1、将金属环毛坯料加工成一端锥度为30º的圆环，使之与锥轴的锥度相匹配；

2、将工具阴极设计成两排鱼鳞的形状，对金属环进行电解加工；

3、转动金属环至未加工表面，继续进行电解加工；

4、重复步骤3，直至已加工表面所对的圆心角为120º；

5、在金属环非电解部分进行外圆磨削，深度为0.5 mm，使电解部分形成鱼鳞状凸模结构；

6、利用线切割工艺在非电解区域沿径向进行切割，形成胀压环。

本实施方式利用电解工艺加工出胀压环表面的鱼鳞状结构，方便快捷，加工精度高且不产生残余应力，没有飞边毛刺。

上述织构加工装置的具体加工步骤为：

1、先将推环21向远离胀压组件3的方向旋出以在胀压组件3与顶推组件2间预留出轴瓦安装空间，将待加工轴瓦41置于胀压环31外部，并用轴瓦夹具42定位夹紧；

2、拧转旋拧把手24使推环21向胀压环31方向旋进直至推环21的开口环面顶撑在胀压环31的侧壁面上并保持推环21不动，至此，推环21与锥轴定位套33分别顶撑在胀压环31的一侧壁面上以完成对胀压环31的夹紧定位，启动液压缸51使活塞杆推动锥轴32向顶推组件2方向运动，直至胀压环31与锥轴32轴肩接触；

3、锥轴32在液压缸51作用下继续向顶推组件2方向移动，胀压环31直径变大，直至与待加工轴瓦41的内表面相接触；

4、锥轴32在液压缸51作用下缓慢向顶推组件2方向移动，利用胀压环31的挤压作用，在轴瓦41上加工出鱼鳞状织构；

5、当锥轴32在轴瓦41上挤压完毕时，锥轴32需回缩并与胀压环31分离，在此过程中，胀压环31受到与锥轴32回缩方向一致的摩擦力，而锥轴定位套33是保持不动的，在锥轴32回位时，可起到固定胀压环31的作用，使液压缸51的活塞杆回缩带动锥轴32向远离顶推组件2的方向移动时保证胀压环31能顺利从锥轴32上脱落下来；

6、拧转旋拧把手24使推环21向远离胀压环31方向旋出，取下轴瓦41并用超声波清洗轴瓦41。

加工出的轴瓦41内环面上轴向形成鱼鳞状织构，鱼鳞状织构的深度为0.3 mm，每片鱼鳞的半径均为5 mm，水平方向两排鱼鳞交错5 mm排布。鱼鳞状织构占轴瓦41内环面面积的三分之一，即织构围成的弧所对应的圆心角为120º。

该鱼鳞织构结构能够提高滑动轴承的动压润滑性能，尤其在启动时，可加快油膜的形成速度，当滑动轴承顺着鱼鳞转动时，润滑油进入鱼鳞状的微凹坑织构内，形成多级收敛型油楔，建立一定的油压支撑外载荷，形成油膜，保护工作面，减小滑动轴承工作时的摩擦力，从而降低磨损，延长使用寿命。

本实施方式公开的滑动轴承内表面织构加工装置及对应的加工方法不仅适用于船用柴油机滑动轴承内表面的轴承加工，也可适用于所有滑动轴承内表面的织构加工，但是，因船用柴油机的滑动轴承尺寸大，该织构加工装置和方法在加工时优势更为明显，不仅加工效率高，加工效果好，加工成本也更低。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (6)

1.一种船用柴油机滑动轴承内表面织构加工装置，其特征在于，包括在机架上依次设置的顶推组件、胀压组件、轴瓦组件和液压动力组件；

所述胀压组件包括胀压环、锥轴和锥轴定位套，锥轴定位套与机架固定连接，锥轴设在锥轴定位套内侧，胀压环与锥轴远离液压动力组件的一端相接，锥轴定位套的内侧环面顶撑在胀压环的一侧壁面上；

轴瓦组件包括轴瓦和轴瓦夹具，轴瓦通过轴瓦夹具固定在胀压环外部，轴瓦夹具与机架固定连接；

所述顶推组件包括推环和螺杆，螺杆一端通过锁紧螺母与推环的闭合面连接，另一端穿过机架纵梁上对应的螺孔并在端部设有旋拧把手，推环的开口面顶撑在胀压环的另一侧壁面上；

所述液压动力组件包括液压缸和液压缸水平联结座，所述液压缸的活塞杆端部与锥轴连接，液压缸水平联结座与机架固定连接。

2.如权利要求1所述的一种船用柴油机滑动轴承内表面织构加工装置，其特征在于，锥轴与胀压环相接的轴肩一端锥度为30°，胀压环为一端锥度为30°的圆环，带有锥度的胀压环端与锥轴锥度适配的一端相接，在胀压环外周表面加工有鱼鳞状凸模结构。

3.如权利要求2所述的一种船用柴油机滑动轴承内表面织构加工装置，其特征在于，加工胀压环时，利用金属在电解液中发生电化学阳极溶解原理以及线切割工艺将工件加工成外环面上具有鱼鳞纹路的胀压环，胀压环的具体加工步骤为：

1）将金属环毛坯料加工成一端锥度为30º的圆环，使之与锥轴的锥度相匹配；

2）将工具阴极设计成两排鱼鳞的形状，对金属环进行电解加工；

3）转动金属环至未加工表面，继续进行电解加工；

4）重复步骤3，直至已加工表面所对的圆心角为120º；

5）在金属环非电解部分进行外圆磨削，深度为0.5 mm，使电解部分形成鱼鳞状凸模结构；

6）利用线切割工艺在非电解区域沿径向进行切割，形成胀压环。

4.如权利要求1-3中任一项所述的一种船用柴油机滑动轴承内表面织构加工装置的加工方法，其特征在于，主要包括如下步骤：

1）在胀压组件与顶推组件间预留出轴瓦安装空间，将待加工轴瓦置于胀压环外部，并用轴瓦夹具定位夹紧；

2）拧转旋拧把手使推环向胀压环方向旋进直至推环的开口环面顶撑在胀压环的侧壁面上并保持推环不动，至此，至此，推环与锥轴定位套分别顶撑在胀压环的一侧壁面上以完成对胀压环的夹紧定位，启动液压缸使活塞杆推动锥轴向顶推组件方向运动，直至胀压环与锥轴轴肩接触；

3）锥轴在液压缸作用下继续向顶推组件方向移动，胀压环直径变大，直至与待加工轴瓦的内表面相接触；

4）锥轴在液压缸作用下缓慢向顶推组件方向移动，利用胀压环的挤压作用，在轴瓦上加工出鱼鳞状织构；

5）当锥轴在轴瓦上挤压完毕时，液压缸的活塞杆回缩带动锥轴向远离顶推组件的方向移动，胀压环与锥轴脱离；

6）拧转旋拧把手使推环向远离胀压环方向旋出，取下轴瓦并用超声波清洗轴瓦。

5. 如权利要求4所述的一种船用柴油机滑动轴承内表面织构加工装置的加工方法加工出的轴瓦，其特征在于，在加工出的轴瓦内环面上轴向形成鱼鳞状织构，鱼鳞状织构的深度为0.3 mm，每片鱼鳞的半径均为5 mm，水平方向两排鱼鳞交错5 mm排布。

6.如权利要求5所述的一种船用柴油机滑动轴承内表面织构加工装置的加工方法加工出的轴瓦，其特征在于，鱼鳞状织构占轴瓦内环面面积的三分之一，即织构围成的弧所对应的圆心角为120º。