CN113202870A - 一种用于滑动轴承缺油防护的固体润滑材料供给装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于滑动轴承缺油防护的固体润滑材料供给装置，安装在滑动轴承的径向装配孔内，包括：温度记忆合金弹性元件、固体润滑剂滑块、位置传感器与机械紧固元件；温度记忆合金弹性元件安装在机械紧固元件与固体润滑剂滑块之间；常温下，固体润滑剂滑块整体完全处于径向装配孔内，当温度记忆合金弹性元件所处环境温度达到预设值时，固体润滑剂滑块在因受热而伸长的温度记忆合金弹性元件的作用下伸出径向装配孔，并与滑动轴承内侧的转轴接触摩擦；位置传感器安装在机械紧固元件与固体润滑剂滑块之间，检测之间相对位置。本发明能够自行检测轴承基体的温升，并触发固体润滑剂补给装置向轴承滑移面释放固体润滑剂，防止轴承破坏性损伤。

Description

一种用于滑动轴承缺油防护的固体润滑材料供给装置

技术领域

本发明属于滑动轴承维护装置技术领域，具体涉及一种用于滑动轴承缺油防护的固体润滑材料供给装置。

背景技术

油润滑滑动轴承是机械设备中的重要组成部分，随着现代工业的发展，滑动轴承的应用工况愈发复杂，这使得对滑动轴承的性能要求越来越高，对其寿命及可靠性的要求也越来越严格。然而，油润滑滑动轴承的性能及可靠性却极大地依赖于润滑油的供给情况。当润滑油供给系统出现故障，滑动轴承得不到有效润滑时，原本的弹性流体动力学润滑就会转变为金属面之间的边界润滑，此时，轴承滑动面上金属微凸峰的直接接触就会造成轴承对磨面的剧烈磨损。与此同时，迅速增大的摩擦系数引起的剧烈温升会造成对磨面胶合甚至直接导致轴承卡死失效、仪器损坏等巨大损失。另外，油润滑滑动轴承必须有良好的密封装置与供出油装置，机构复杂，往往伴随着滑动轴承更换难度大，滑动轴承装置检修困难的问题。

因此，如何及时检测油润滑滑动轴承的缺油工况，并减少在润滑油供给系统突发故障情况下引发的损失，得到了产业界的广泛关注。

现有技术中，油润滑滑动轴承的缺油故障诊断方案包括以下两种：

1、通过检测轴承进出油部位的润滑油流量、油液中的磨屑状态以及温度状态以间接判定滑动轴承的缺油工作状态。该技术方案不仅存在着判定准确率不高，装置复杂，成本较高的问题，而且，由于是通过监测润滑油的状态间接判定滑动轴承的工作状态，做出的判定往往存在较大的滞后延迟性，而滑动轴承在缺油状态下的失效却又十分迅速，不及时的反应会对设备系统以及轴承本身造成不可逆损伤；

该类型技术方案的具体体现，例如：

(1)中国发明CN 202052634 U公布了一种流量计报警装置，利用流量计检测供油通道润滑油流量变化，通过检测到润滑油油量减小间接判定轴承缺油工况的发生，但是该检测装置需要对油路管道进行分割，以安装放置流量计的玻璃容器，装置复杂；

(2)中国发明CN 202462104 U公布了一种回油检测装置，利用缺油情况下，回油口不出油从而所添加的回油池装置中油量会减少的特点，通过对回油池中油量状态的检测来判定滑动轴承缺油工况的发生，但是该装置同样在增加系统复杂性的同时，存在较大的滞后性。

2、为了获得更及时的工作效果，也有研究人员关注直接针对轴承部位进行监测，利用轴承部位的振动信号或者温度信号对故障进行诊断。

该类型技术方案的具体体现，例如：

(1)中国发明CN 104748782 A公布了一种利用温度传感器检测轴承缺油工作状态的装置。在滑动轴承所直接连接的其他部件安装温度传感器，通过缺油情况下，摩擦加剧，轴承相连接部件温度升高的特点来判定滑动轴承的缺油情况，但是该发明的响应滞后性较大，在轴承外围部件检测到温升时往往轴承已经发生失效甚至卡死现象。

(2)中国发明CN 206539872 U则公布了一种使用摄像头检测汽车滑动轴承润滑工作状态的检测装置。在滑动轴承支撑架上安装摄像头和LED灯来满足轴承润滑的实时监测，能及时的对滑动轴承缺油情况预警，但是受限于成本，该装置不适合常用工业环境下滑动轴承润滑的检测。

综上所述，传统的轴承状态检测装置在判定出轴承工作在缺油状态的时候，往往只能通过报警停机的方式以减小缺油工况引起的进一步损失，而难以针对轴承缺油工况做出主动保护措施。相对应地，轴承在缺油状态下工作会很快形成微观局部温升，进而迅速造成不可逆损伤。现有的针对滑动轴承缺油状态的检测及防护装置无法很好地满足使用要求。

发明内容

为了克服上述现有技术对油润滑滑动轴承缺油工况检测和避免的不足，本发明公开了一种用于滑动轴承缺油防护的固体润滑材料供给装置。本发明能够在油润滑滑动轴承装置出现缺油工况时，自行检测轴承基体的温升，并触发固体润滑剂补给装置向轴承滑移面释放固体润滑剂，进而降低摩擦系数，避免金属面滑动面之间的直接接触，防止轴承的破坏性损伤，提高轴承可靠性，减小缺油工况引发的损失。

结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

一种用于滑动轴承缺油防护的固体润滑材料供给装置，所述装置安装在滑动轴承1的基体上开设的径向装配孔内；

所述装置包括：温度记忆合金弹性元件2、固体润滑剂滑块3、位置传感器4与机械紧固元件5；

所述温度记忆合金弹性元件2一端与可拆卸地固定安装在径向装配孔上的机械紧固元件5相连接，温度记忆合金弹性元件2另一端与固体润滑剂滑块3相连接；

滑动轴承1正常工作温度下，所述固体润滑剂滑块3整体完全处于径向装配孔内，当温度记忆合金弹性元件2受热，自身温度随滑动轴承1温度升高而达到预设值时，固体润滑剂滑块3在因受热而伸长的温度记忆合金弹性元件2的作用下伸出径向装配孔，并与滑动轴承1内侧的转轴6接触摩擦；

所述位置传感器4安装在机械紧固元件5与固体润滑剂滑块3之间，通过检测机械紧固元件5与固体润滑剂滑块3之间的相对位置，判断温度记忆合金弹性元件2是否因受热而伸长至预设长度。

进一步地，所述温度记忆合金弹性元件2为由温度记忆合金制成的螺旋片状弹簧。

进一步地，所述固体润滑剂滑块3采用聚四氟乙烯与石墨组成的多孔复合材料。

进一步地，所述位置传感器4由两个电容片组成；

一个电容片安装在固体润滑剂滑块3的端面上，另一个电容片安装在机械紧固元件5上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明所述用于滑动轴承缺油防护的固体润滑材料供给装置，能够有效防止因为缺油工况引起的滑动轴承与转轴间金属微凸峰的直接接触，有效延长滑动轴承使用寿命的同时，大幅度提高滑动轴承的可靠性与稳定性；

2、本发明所述用于滑动轴承缺油防护的固体润滑材料供给装置，能够有效降低供油系统发生故障时引起的系统损失，相比于传统滑动轴承在缺油工况下短时间工作后会由于异常局部温升而造成胶合甚至卡死的情况，通过使用本装置在上述极端工况下能够避免金属面的直接接触，降低摩擦系数，进而控制温升，防止对系统产生潜在的损坏；

3、本发明所述用于滑动轴承缺油防护的固体润滑材料供给装置，结构简单，便于布置且成本较低，与传统的利用油路传感器搭配设置辅助润滑油供给装置的方案相比，本发明所述装置结构简单，成本较低，不仅能够对缺油工况迅速反应，也能够通过自带的传感器发出异常工况信号，进而及时停机，防止损失进一步扩大；

4、本发明所述用于滑动轴承缺油防护的固体润滑材料供给装置，为缺油工况发生之后的检修提供较大便利，在工作之后不需要重新拆装滑动轴承与系统轴系，只需通过自身紧固装置的拆装即可实现固体润滑剂滑块的替换更新，保障所应用系统的工作效率。

附图说明

图1为本发明所述固体润滑材料供给装置的总体结构示意图；

图2为本发明所述固体润滑材料供给装置在滑动轴承正常工作下的结构示意图；

图3为本发明所述固体润滑材料供给装置在滑动轴承缺油工况下进行润滑供给时的结构示意图；

图4为本发明所述固体润滑材料供给装置在滑动轴承缺油工况下完成润滑供给后的结构示意图；

图5为本发明所述固体润滑材料供给装置的固体润滑剂滑块更换后的结构示意图；

图中：

1-滑动轴承， 2-温度记忆合金弹性元件， 3-固体润滑剂滑块，

4-位置传感器， 5-机械紧固元件， 6-转轴，

7-固体润滑剂摩擦膜。

具体实施方式

为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1所示，本发明公开了一种用于滑动轴承缺油防护的固体润滑材料供给装置。该装置安装于油润滑的滑动轴承1的基体上开设的径向装配孔内，布置数量视滑动轴承1的轴向宽度决定，当滑动轴承1的宽度较大时，可沿轴向布置多个所述固体润滑剂供给装置，以保证轴承在缺油状态下工作时能够获得足够的固体润滑剂补给。

如图1所示，所述固体润滑材料供给装置包括：温度记忆合金弹性元件2、固体润滑剂滑块3、位置传感器4与机械紧固元件5。

所述温度记忆合金弹性元件2是由温度记忆合金制成的螺旋片状弹簧，所述温度记忆合金弹性元件2具备如下特性：当所述温度记忆合金弹性元件2处于油润滑滑动轴承1的正常工作温度时，该螺旋片状弹簧呈收缩状态；当所述温度记忆合金弹性元件2的温度升高时，则该螺旋片状弹簧由收缩状态转向伸展状态。

在所述固体润滑材料供给装置装配完毕后，所述温度记忆合金弹性元件2的一端与固体润滑剂滑块3的上端面相接触，温度记忆合金弹性元件2的另一端与机械紧固元件5的底部相接触。

如图2所示，在正常工作温度下，温度记忆合金弹性元件2呈收缩状态时，固体润滑剂滑块3完全收置于径向装配孔内，即固体润滑剂滑块3的下端面位于滑动轴承1内圆面内侧，以使固体润滑剂滑块3与滑动轴承1内圆面外侧的转轴6的外圆面无接触，装所述固体润滑材料供给装置不工作。

如图3所示，当温度记忆合金弹性元件2温度升高至一定值时，温度记忆合金弹性元件2因自身材料特性而伸长，温度记忆合金弹性元件2将有足够的伸长量能够将固体润滑剂滑块3以一定作用力从其所在的径向装配孔内顶出，以使固体润滑剂滑块3的下端面与转轴6的外圆面直接接触摩擦。

应特别说明，在所述固体润滑材料供给装置装配完毕后，温度记忆合金弹性元件2在预应力的作用下其侧面会与滑动轴承1的径向装配孔的内壁完全接触，这使得滑动轴承1基体的温升能够更高效地传递到温度记忆合金弹性元件2本身，增加所述固体润滑材料供给装置对温度的灵敏度与工作效率。

所述固体润滑剂滑块3由低强度的固体润滑剂材料制成。可以是聚四氟乙烯与石墨组成的多孔复合材料，能够在与转轴6的金属面直接接触并发生相对滑动摩擦的过程中快速磨损，并对外释放固体润滑剂磨屑。

如图3所示，所述固体润滑剂滑块3因磨损对外释放的固体润滑剂磨屑具备特性如下：

1)能够在金属对磨面之间进一步被碾碎，产生的细微磨屑留存于金属表面形貌的波谷中，并进一步黏附于金属表面上诱发形成“固体润滑剂摩擦膜7”，进而避免金属对磨面微观凸峰之间的直接接触，将金属间的直接摩擦行为转变为“固体润滑剂摩擦膜7”之间的相对滑动行为；

2)能够通过固体润滑剂自身分子层面的层间滑移等固有材料特性引发金属对磨面之间的摩擦系数降低。

所述固体润滑剂滑块3装配于活动轴承1的径向装配孔中，一端端面与所述温度记忆合金弹性元件2底部相连接，另一端端面面向金属转轴6。该固体润滑剂滑块3的设计布置使得其能够在径向装配孔中沿其轴向(即滑动轴承1径向)自由滑动。

如图2所示，当所述固体润滑材料供给装置不工作时，固体润滑剂滑块3完全收置于径向通孔中，其端面与转轴6之间不直接接触；

如图3所示，当所述固体润滑材料供给装置因滑动轴承1的温升而触发工作时，固体润滑剂滑块3能够被伸长的温度记忆合金弹性元件2推出，此时，固体润滑剂滑块3的端面与金属材质的转轴6直接接触并发生摩擦产生磨屑，进而向滑动轴承1中的金属摩擦副释放固体润滑剂磨屑，以减小金属转轴6与滑动轴承1接触面之间的摩擦系数，降低温升，避免金属微凸点之间的胶合现象发生，有效避免滑动轴承1的直接失效。

所述位置传感器4由两个电容片组成，与电控系统相连接，用于实时向外传递电容信号。位置传感器4通过感应两个电容片之间的相对距离变化引发的电容值改变，以此判定固体润滑剂供给装置工作与否。

所述位置传感器4中，一个电容片安装于上述固体润滑剂滑块3的上端面上，另一个电容片安装于机械紧固元件5的底部端面上，两个电容片相向安装。当所述固体润滑材料供给装置受到温升而开始工作时，由于弹性元件2顶出固体润滑剂滑块3，此时，两个电容片之间的距离变大，电控系统监测到的电容值发生改变。当电控系统接收到的电容值变化超过安全阈值时，则可以判定所述固体润滑材料供给装置已经开始工作，判断润滑油供给系统发生故障，滑动轴承1工作在缺油状态，并进一步及时做出系统停机防止损失继续扩大的决策。

所述机械紧固元件5可拆卸地固定安装在滑动轴承1的径向装配孔处，紧固元件5的一端与弹性元件2相连。当所述固体润滑材料供给装置不工作时，起到安装紧固整个装置的作用。

如图4所示，当所述固体润滑材料供给装置工作完毕之后，固体润滑剂滑块3由于过度磨损失效，则能够通过拆装机械紧固元件5，在不重新拆装系统元件及滑动轴承1基体的前提下，直接对装置的固体润滑剂滑块元件3进行替换。

本发明所述一种用于滑动轴承缺油防护的固体润滑材料供给装置的装配关系及工作过程具体如下：

如图1所示，固体润滑剂滑块3通过温度记忆合金弹性元件2与机械紧固元件5连接。通过温度记忆合金弹性元件2的变形可以实现固体润滑剂滑块3与滑动轴承1产生沿滑动轴承1径向方向的相对运动。并且，固体润滑剂滑块3端部与机械紧固装置5端部相对设置有两个电容片所组成的位置传感器4，向系统电控系统输出实时电容值。所述固体润滑材料供给装置总体通过机械紧固元件5装配在开有径向装配孔的滑动轴承1的基体中。

如图2所示，当油润滑滑动轴承1正常工作时，滑动轴承1的基体温度正常。此时，记忆合金弹性元件2呈收缩状态，固体润滑剂滑块3完全收置于径向安装孔中，固体润滑剂滑块3的端面与金属转轴5不发生接触。安装在固体润滑剂滑块3端部与机械紧固装置5端部相对设置的两个电容片距离较近，且电容值稳定。

如图3所示，当滑动轴承1的供油系统发生故障，滑动轴承1工作在缺油状态下时。由于供油量不足，金属材质的转轴6与金属材质的滑动轴承1对磨面间的润滑油膜被破坏，引起金属微凸峰之间的直接接触以及相对滑动。进一步造成局部缺油区域的摩擦系数迅速上升，摩擦发热量迅速增加。由于金属基体固有的较大导热系数，由干摩擦产生的大量摩擦热迅速在滑动轴承1的基体中扩散，进而引起滑动轴承1的基体温度上升。由于温度记忆合金弹性元件2在内应力的作用下与滑动轴承1紧密接触，滑动轴承1的温升将迅速引发温度记忆合金弹性元件2的温升，进而触发温度记忆合金弹性元件2伸长变形。弹性元件2的伸长使得固定在其一端的固体润滑剂滑块3延其轴线方向向外运动，进而与金属才材质的转轴6产生直接接触对磨。低强度的固体润滑剂滑块3在与转轴6的对磨过程中迅速磨损，向转轴6与滑动轴承1之间的摩擦副区域释放固体润滑剂磨屑。磨屑进一步在滑动摩擦副中被碾碎，并附着在金属对磨面表面形成“摩擦转移膜7”，避免了金属微凸峰在缺油工况下的直接接触，降低了摩擦系数，缓解了缺油工况下的局部剧烈温升。将“金属-金属”摩擦作用转变为固体润滑剂转移膜7之间的相对滑动。保护滑动轴承1与对应的转轴6在缺油工况下免于失效。

同时，由于弹性元件2的作用，安装在固体润滑剂滑块3端部与机械紧固装置5端部相对设置的两个电容片距离迅速变大，电容值迅速减小，系统电路通过侦测电容值的变化量超过安全阈值判定缺油工况发生，固体润滑装置已开始工作，及时对设备系统发出停机指令，防止损失进一步扩大。

在供油系统停机后，对滑动轴承1的供油系统进行检修。同时，如图4所示，工作完毕后的固体润滑剂滑块3会产生剧烈磨损而使装置失效。此时，通过直接拆卸机械紧固元件5即可以方便地对剧烈磨损后的固体润滑剂滑块3进行更换。而无需对故障系统及滑动轴承1本身整体进行拆卸。在固体润滑剂滑块3更换完毕后，系统即可正常继续工作，如图5所示。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于滑动轴承缺油防护的固体润滑材料供给装置，其特征在于：

所述装置安装在滑动轴承(1)的基体上开设的径向装配孔内；

所述装置包括：温度记忆合金弹性元件(2)、固体润滑剂滑块(3)、位置传感器(4)与机械紧固元件(5)；

所述温度记忆合金弹性元件(2)一端与可拆卸地固定安装在径向装配孔上的机械紧固元件(5)相连接，温度记忆合金弹性元件(2)另一端与固体润滑剂滑块(3)相连接；

滑动轴承(1)正常工作温度下，所述固体润滑剂滑块(3)整体完全处于径向装配孔内，当温度记忆合金弹性元件(2)受热，自身温度随滑动轴承(1)温度升高而达到预设值时，固体润滑剂滑块(3)在因受热而伸长的温度记忆合金弹性元件(2)的作用下伸出径向装配孔，并与滑动轴承(1)内侧的转轴(6)接触摩擦；

所述位置传感器(4)安装在机械紧固元件(5)与固体润滑剂滑块(3)之间，通过检测机械紧固元件(5)与固体润滑剂滑块(3)之间的相对位置，判断温度记忆合金弹性元件(2)是否因受热而伸长至预设长度。

2.如权利要求1所述一种用于滑动轴承缺油防护的固体润滑材料供给装置，其特征在于：

所述温度记忆合金弹性元件(2)为由温度记忆合金制成的螺旋片状弹簧。

3.如权利要求1所述一种用于滑动轴承缺油防护的固体润滑材料供给装置，其特征在于：

所述固体润滑剂滑块(3)采用聚四氟乙烯与石墨组成的多孔复合材料。

4.如权利要求1所述一种用于滑动轴承缺油防护的固体润滑材料供给装置，其特征在于：

所述位置传感器(4)由两个电容片组成；

一个电容片安装在固体润滑剂滑块(3)的端面上，另一个电容片安装在机械紧固元件(5)上。

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