CN114060404A - 一种ptfe织物衬垫与干膜组合摩擦副、用途及自润滑关节轴承 - Google Patents

一种ptfe织物衬垫与干膜组合摩擦副、用途及自润滑关节轴承 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副、用途及自润滑关节轴承，摩擦副中PTFE织物衬垫的工作面PTFE含量≥75％，干膜厚度控制6‑12μm，干膜为二硫化钼干膜润滑层。本发明提供一种PTFE织物衬垫/干膜组合的摩擦副，可以很好的适应高速旋转工况，让摩擦副在摩擦磨损过程中保持着很低的温升速率，应用在高速旋转工况下的自润滑关节轴承时，可以延长自润滑关节轴承的使用寿命。

Description

一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副、用途及自润滑关节 轴承
技术领域
本发明公开一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副、用途及自润滑关节轴承，按国际专利分类表(IPC)划分属于摩擦技术领域，尤其是高速旋转工况领域。
背景技术
传统的自润滑关节轴承摩擦副一般由PTFE织物衬垫/钢表面组成，钢表面一般采取钝化、电镀铬或者硬质合金涂层处理，表面硬度高，这种组合的摩擦副主要适用于低速重载、中速中载等工况，并不适用于高速旋转工况。高速旋转工况下，常规设计容易导致磨损表面散热性差，高硬度钝化层、电镀层或者硬质合金涂层易出现发黑情况，进而导致摩擦副磨损严重，磨损失效。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副，该摩擦副具有低摩擦系数，同时具有较好的耐磨损性能。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副，PTFE织物衬垫与干膜相对转动配合形成摩擦副，其中
所述PTFE织物衬垫满足以下要求：该衬垫工作面PTFE含量≥75％，该衬垫的裁切方向为经向，确保旋转工作时，旋转方向与衬垫经纱中PTFE纤维平行；
所述干膜满足以下要求：干膜厚度控制6-12μm，干膜为二硫化钼干膜润滑层，成型后的干膜表面Ra小于等于0.4。
进一步，PTFE织物衬垫是由PTFE织物通过浸渍树脂与填料得到，同时胶黏剂以胶膜形式附着于衬垫粘贴面上。
进一步，PTFE织物由PTFE纤维与高强度纤维按一定结构、密度编织而成，PTFE织物工作面PTFE含量≥75％，PTFE织物中的经纱由纯PTFE纤维组成，纬纱由PTFE纤维与高强度纤维复合加捻而成。
进一步，浸渍树脂中添加润滑填料，降低衬垫摩擦系数，润滑填料可为PTFE短切纤维、PTFE粉末、石墨、石墨烯中一种或两种以上组合，浸渍树脂与润滑填料配比为10:0.5－10:2。
进一步，干膜为二硫化钼干膜润滑层，采用喷涂方式进行加工处理，压缩空气压力设置为0.3～0.4Mpa，保证涂料的雾化效果，工件经预热后进行喷涂，喷涂后高温固化成型。
进一步，PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副，加工包括如下步骤：
步骤1、摩擦表面加工：粘贴带胶膜的PTFE织物衬垫，并进行预固化，预固化过程要有一定压力；
步骤2、对磨表面加工：与PTFE织物衬垫对磨的表面喷涂加工，喷涂完成后进行预固化，之后，进行最终高温固化，得到干膜，预固化的温度低于最终固化温度；
步骤3、装配加工：将摩擦表面与对磨表面组合装配后通过加压、加热固化成型，对磨表面装配前表面浸涂或喷涂脱模剂。
步骤中涂层与PTFE衬垫分步固化成型，PTFE衬垫成型是建立在涂层成型的基础上，粘贴有PTFE织物衬垫的摩擦表面与涂层已成型好的对磨表面同步固化，可以让PTFE衬垫表面与涂层表面具备良好的耦合度，提升产品加工精度，进而提升摩擦副使用寿命。
一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副，适合在高速旋转工况下应用。
一种自润滑关节轴承，包括轴承外圈和轴承内圈，外圈内球面设有PTFE织物衬垫，内圈的外表面喷涂干膜，所述PTFE织物衬垫与干膜组合形成摩擦副。
本发明提供一种PTFE织物衬垫/干膜组合的摩擦副，其中PTFE织物衬垫具有低摩擦、高耐磨等特性，干膜具有低摩擦、微孔结构、导热性良好等特性，这种组合可以很好的适应高速旋转工况，让摩擦副在摩擦磨损过程中保持着很低的温升速率，当应用在高速旋转工况下的自润滑关节轴承时，可以延长自润滑关节轴承的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一实施例PTFE织物衬垫示意图。
图2是本发明一实施例PTFE织物衬垫裁切方向示意图。
图3是本发明一实施例加工示意图。
图4是本发明轴承第一实施例内、外圈磨损示意图。
图5是本发明轴承第一实施例的对比例内、外圈磨损示意图。
图6是本发明轴承第二实施例内、外圈磨损示意图。
图7是本发明轴承第二实施例的对比例内、外圈磨损示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例：请参阅图1至图3，一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副，PTFE织物衬垫1与干膜2相对转动配合形成摩擦副，其中PTFE织物衬垫1满足以下要求：该衬垫工作面PTFE含量≥75％，该衬垫的裁切方向为经向，以确保旋转工作时，旋转方向与经纱中PTFE纤维平行；
所述干膜2满足以下要求：干膜厚度控制6-12μm，干膜为二硫化钼干膜润滑层，成型后的干膜表面Ra小于等于0.4。
本发明一实施例中，PTFE织物/干膜组合作为摩擦副，摩擦副中PTFE织物衬垫如图1，满足以下要求：
(1)PTFE织物衬垫由PTFE织物11通过浸渍树脂12与填料得到，同时胶黏剂以胶膜形式附着于衬垫粘贴面上，衬垫使用时外圈上无需再涂胶即可粘贴。
(2)PTFE织物由PTFE纤维与高强度纤维按一定结构、密度编织而成，PTFE织物工作面PTFE含量≥75％，经纱由纯PTFE纤维组成，纬纱由PTFE纤维与高强度纤维复合加捻而成。
(3)浸渍树脂中添加润滑填料，降低衬垫摩擦系数，润滑填料可为PTFE短切纤维、PTFE粉末、石墨、石墨烯等，添加量为10:0.5－10:2。
(4)PTFE织物衬垫的裁切方向为经向，如图2，确保高速旋转工作时，旋转方向与PTFE纤维平行，最大程度保证降低摩擦副摩擦系数，减少工作时产生的摩擦热。
本发明一实施例中，PTFE织物/干膜组合摩擦副中干膜满足以下要求：
(1)干膜厚度控制6-12μm。
(2)干膜为二硫化钼干膜润滑层，采用喷涂方式进行加工处理，压缩空气压力设置为0.3～0.4Mpa，保证涂料的雾化效果，工件经预热后进行喷涂，喷涂后高温固化成型。
(3)成型后的干膜表面Ra小于等于0.4，保证PTFE织物/干膜摩擦副的润滑性。干膜表面粗糙度过大，摩擦副工作时干膜将对PTFE织物表面造成磨损，降低摩擦副寿命。
本发明提供一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副，如图3所示，加工包括如下步骤：
步骤1、摩擦表面3加工：粘贴带胶膜的PTFE织物衬垫，并进行预固化，预固化过程要有一定压力；通过预固化对PTFE织物衬垫进行预整形，可以让PTFE织物衬垫尺寸更均匀，提高初始粘贴强度；通过预固化还可以保证后序的脱模效果；
步骤2、对磨表面加工：与PTFE织物衬垫的对磨表面4喷涂加工，喷涂完成后进行预固化，可以避免表面粘附杂质；预固化完成后，进行最终高温固化，得到干膜2。预固化的温度低于最终固化温度；
步骤3、装配加工：将摩擦表面3与对磨表面4组合装配后通过加压、加热固化成型，摩擦表面3与对磨表面4之间形成摩擦副5，对磨表面装配前表面浸涂或喷涂脱模剂。
本发明一实施例中，上述干膜涂层与PTFE衬垫通过步骤1、步骤2分步固化成型。装配时，PTFE衬垫成型是建立在涂层成型的基础上，粘贴有PTFE织物衬垫的摩擦表面与干膜涂层已成型好的对磨表面同步固化，可以让PTFE衬垫表面与涂层表面具备良好的耦合度，提升产品加工精度，进而提升摩擦副使用寿命。
本发明提供一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副，适合在高速旋转工况下应用。上述摩擦副应用在自润滑关节轴承中，具体结构如下：一种自润滑关节轴承，包括轴承外圈和轴承内圈，外圈内球面设有PTFE织物衬垫，内圈的外表面喷涂干膜，所述PTFE织物衬垫与干膜组合形成摩擦副。自润滑关节轴承在高速旋转工况下内部摩擦阻力主要取决于轴承内部摩擦副的摩擦系数，首先要保证轴承内部摩擦副的初始低摩擦系数，然而仅确保摩擦副的初始低摩擦还不够，轴承摩擦副的耐磨损性能也是非常关键的，因为随着轴承内部摩擦副的工作，如果摩擦副耐磨性差，则摩擦副表面容易产生磨损而导致摩擦系数升高，也可能导致轴承内部摩擦阻力增大而使轴承外圈无法转动。为满足高速旋转工况的要求，本发明提供了一种PTFE织物衬垫/干膜组合的摩擦副，其中PTFE织物衬垫具有低摩擦、高耐磨等特性，干膜具有低摩擦、微孔结构、导热性良好等特性，这种组合可以很好的适应高速旋转工况，让摩擦副在摩擦磨损过程中保持着很低的温升速率，可以延长自润滑关节轴承使用寿命，解决自润滑关节轴承在高速旋转工况下应用的难题。
关于自润滑关节轴承，本发明提供两组实施案例对比试验，采用以下的试验设备：
试验机名称：恒定载荷关节轴承寿命试验机
试验机型号：DNZ200
测量范围：(0～200)kN/
测量精确度：1级
试验具体如下：
1、实施案例一
采用纬二重组织结构编织得到的PTFE织物，工作面PTFE含量为100％，采用树脂与石墨按10:0.5混合浸渍加工得到PTFE织物衬垫，采用经向裁切衬垫粘贴于轴承外圈内球面即摩擦表面。
对摩摩擦副内圈外球面即对磨表面Ra为0.50，球面经过磷化处理后喷涂二硫化钼干膜，干膜经100℃2h预固化、180℃2h固化成型，成型后球面Ra为0.30，厚度8μm。
按前述装配加工步骤将内圈和外圈装配得到具有本发明提供的PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副的自润滑关节轴承。该轴承及摩擦副在载荷36MPa、旋转角度360°、线速度88.54mm/s、PV值3187.5MPa*mm/s的工况下，关节轴承摩擦磨损寿命达1347h，试验后外圈中衬垫未见磨穿，内圈的干膜表面未发黑，具体如图4。
2、实施案例一的对比案例
采用纬二重组织结构编织得到的PTFE织物，工作面PTFE含量为100％，采用树脂与石墨按10:0.5混合浸渍加工得到PTFE织物衬垫，采用经向裁切衬垫粘贴于轴承外圈内球面(摩擦表面)。
对摩摩擦副内圈外球面(对磨表面)Ra为0.16，球面电镀铬处理，镀层厚度10μm。
按前述装配加工步骤将内圈和外圈装配得到对比例自润滑关节轴承，该轴承及摩擦副在载荷36MPa、旋转角度360°、线速度88.54mm/s、PV值3187.5MPa*mm/s的工况下，试验过程中样件温度持续上升，运转时间不到100h，轴承表面温度超200℃，超过轴承允许的工作温度，停止运转，拆下后衬垫磨穿，镀层表面发黑受损，试验后磨损严重，如图5。
3、实施案例二
采用斜纹组织结构编织得到的PTFE织物，工作面PTFE含量约75％，采用树脂与PTFE粉末及石墨粉按10:0.8:0.2混合浸渍加工得到PTFE织物衬垫，采用经向裁切衬垫粘贴于轴承外圈内球面(摩擦表面)。
对摩摩擦副内圈外球面(对磨表面)Ra为0.60，球面经过喷砂处理后喷涂二硫化钼干膜，干膜经120℃1.5h预固化，180℃3h固化成型，成型后球面Ra为0.35，厚度12μm。
按前述装配加工步骤将内圈和外圈装配得到具有本发明提供的PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副的自润滑关节轴承。该轴承及摩擦副在载荷36MPa、旋转角度360°、线速度88.54mm/s、PV值3187.5MPa*mm/s的工况下，关节轴承摩擦磨损寿命达2952h，试验后外圈衬垫及内圈干膜良好，未见异常，如图6所示。
4、实施案例二的对比案例
采用斜纹组织结构编织得到的PTFE织物，工作面PTFE含量约75％，采用树脂与PTFE粉末及石墨粉按10:0.8:0.2混合浸渍加工得到PTFE织物衬垫，采用经向裁切衬垫粘贴于轴承外圈内球面(摩擦表面)。
对摩摩擦副内圈外球面(对磨表面)Ra为0.10，球面喷涂碳化钨涂层，涂层厚度150μm。
按前述装配加工步骤将内圈和外圈装配得到对比例自润滑关节轴承，该轴承及摩擦副在载荷36MPa、旋转角度360°、线速度88.54mm/s、PV值3187.5MPa*mm/s的工况下，试验过程中样件温度持续上升，运转时间不到1h，轴承表面温度达到200℃。停机降温，温度达到室温后，重启运转，轴承表面温度仍很快达到200℃，样件拆下后发现衬垫有磨损痕迹，但不严重，试验后如图7所示。
通过上述两组对比试验，本发明提供的PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副的性能优于PTFE织物与镀铬或碳化钨组合，很好的适应高速旋转工况，让摩擦副在摩擦磨损过程中保持着很低的温升速率，从而延长自润滑关节轴承的使用寿命。
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims (10)

1.一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副，其特征在于：PTFE织物衬垫与干膜相对转动配合形成摩擦副，其中，
所述PTFE织物衬垫的工作面PTFE含量≥75％；
所述干膜厚度控制6-12μm，干膜为二硫化钼干膜润滑层，成型后的干膜表面Ra小于等于0.4。
2.根据权利要求1所述的一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副，其特征在于：PTFE织物衬垫是由PTFE织物通过浸渍树脂与填料得到，同时胶黏剂以胶膜形式附着于衬垫粘贴面上。
3.根据权利要求2所述的一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副，其特征在于：PTFE织物由PTFE纤维与高强度纤维按一定结构、密度编织而成，PTFE织物工作面PTFE含量≥75％，PTFE织物的经纱由纯PTFE纤维组成，纬纱由PTFE纤维与高强度纤维复合加捻而成。
4.根据权利要求1所述的一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副，其特征在于：PTFE织物衬垫的裁切方向为经向，确保旋转工作时，旋转方向与衬垫经纱中PTFE纤维平行。
5.根据权利要求2所述的一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副，其特征在于：浸渍树脂中添加润滑填料，降低衬垫摩擦系数，润滑填料可为PTFE短切纤维、PTFE粉末、石墨、石墨烯中一种或两种以上组合，浸渍树脂与润滑填料配比为10:0.5－10:2。
6.根据权利要求1至5之一所述的一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副，其特征在于：干膜为二硫化钼干膜润滑层，采用喷涂方式进行加工处理，压缩空气压力设置为0.3～0.4Mpa，保证涂料的雾化效果，工件经预热后进行喷涂，喷涂后高温固化成型。
7.根据权利要求1所述的一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副，其特征在于：该摩擦副加工包括如下步骤：
步骤1、摩擦表面加工：粘贴带胶膜的PTFE织物衬垫，并进行预固化，预固化过程要有一定压力；
步骤2、对磨表面加工：与PTFE织物衬垫对磨的表面喷涂加工，喷涂完成后进行预固化，之后，进行最终高温固化，得到干膜，预固化的温度低于最终固化温度；
步骤3、装配加工：将摩擦表面与对磨表面组合装配后通过加压、加热固化成型，对磨表面装配前表面浸涂或喷涂脱模剂。
8.根据权利要求7所述的一种PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副，其特征在于：步骤3中装配加工时，PTFE衬垫成型是建立在干膜涂层成型的基础上，粘贴有PTFE织物衬垫的摩擦表面与干膜涂层已成型好的对磨表面同步固化，提高PTFE衬垫表面与涂层表面良好的耦合度和精度。
9.一种如权利要求1至7之一所述的PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副，适合在高速旋转工况下应用。
10.一种自润滑关节轴承，包括轴承外圈和轴承内圈，外圈内球面设有PTFE织物衬垫，内圈的外表面喷涂干膜，所述PTFE织物衬垫与干膜组合形成摩擦副，该摩擦副是权利要求1至8之一所述的PTFE织物衬垫与干膜组合摩擦副。
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