一种具有储油多孔结构的滑动轴承的制作方法

1.本发明属于滑动轴承技术领域，特别是一种具有储油多孔结构的滑动轴承及其坯料。


背景技术：

2.风力发电逐渐大型化，使用在风电齿轮箱中的轴承直径也越来越大，因此为了降低成本和解决大型滚动轴承的制造技术，以滑代滚已是趋势。滑动轴承不但可以缩小齿轮箱体积，使之轻量化而且可以提高功率密度。风电齿轮箱滑动轴承属于典型的流体润滑，即从外部循环供油，并从销轴端部的进油孔通油，然后在工作面上的出油孔流出。在正常工作时，滑动轴承和齿轮内圈形成滑动面，同时在润滑油的动压状态下，其将滑动轴承和齿轮内圈隔离开，形成一层油膜，从而起到润滑作用。
3.但由于风电工况复杂，经常发生启停工况，或者由于磨屑堵住进油孔的现象，从而在这几类情况下有可能会发生断油现象，即在滑动轴承与齿轮之间缺少起润滑作用的油膜。可以理解的是，一旦发生断油，滑动轴承就会和齿轮内圈直接接触，发生干摩擦或者边界摩擦。同时由于滑动轴承一般是由铜合金制成，因此在干摩擦情况下，工作面会急剧恶化，即铜面发生磨损，导致温度急剧上升，从而使得铜合金发生热胀，进而导致滑动轴承与齿轮间的配合间隙进一步减小，从而会在短时间内发生烧轴或者抱死现象，根本来不及等到启停工况的切换，或者是堵住的油孔再次被油压冲开。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种可以适应高精度耐冲击要求的具有储油多孔结构的滑动轴承及其坯料，以解决上述问题。
5.一种具有储油多孔结构的滑动轴承，其包括一个轴承，以及至少一个设置在所述轴承上的储油胶囊。所述储油胶囊为多孔烧结铜合金件并具有多个孔隙，设定v为所述储油胶囊的总体积，v为对磨件与轴承10之间的间隙体积，则所述储油胶囊的总体积应当符合下述的公式：
6.v*((1+α)
3-1)*(80-60)》v
7.其中，α为铜合金的线性膨胀系数，60为所述储油胶囊在正常工作时的温度，80为发生异常情况时所述储油胶囊的温度；同时所述储油胶囊中的孔隙率小于所述储油胶囊的总体积的40％。
8.进一步地，所述轴承包括一个轴承本体，多条设置在该轴承本体上的油道，以及多对设置在所述油道上的第一出油孔和第一回油孔。
9.进一步地，所述轴承还包括多对设置在所述轴承本体的工作面上的第二出油孔和第二回油孔，以及多个设置在所述第二出油孔的出油口处的容置腔，所述储油胶囊设置在所述空置腔中。
10.进一步地，所述储油胶囊的自由面为工作面。
11.进一步地，所述对磨件与轴承之间的间隙体积的计算方法为：
12.假设所述轴承的直径为d，轴向高度为h，所述轴承与对磨件的配合间隙为1-2
‰
，则对磨件内圈直径d＝d*(1+1
‰
)～d*(1+2
‰
)，对磨件与轴承之间的间隙体积v为0.25*π(d*d-d*d)*h。
13.进一步地，所述多孔烧结铜合金件由铜合金与造孔剂烧结而成，所述造孔剂在烧结时被燃烧掉以形成所述多孔烧结铜合金件。
14.进一步地，设在烧结前所述造孔剂的体积相对于铜合金与石墨的总体积的占比为a，v*a应当大于或等于v。
15.进一步地，所述造孔剂为石墨。
16.进一步地，(1+α)
3-1为铜合金在25-100℃内的体积膨胀系数。
17.与现有技术相比，本发明提供的具有储油多孔结构的滑动轴承通过在所述轴承的工作面上开设容置腔,并在该容置腔中设置所述多孔烧结铜合金制成的储油胶囊。由于该储油胶囊20中的孔隙在温度变化后的体积变化量应当大于v，即v*((1+α)3-1)*(80-60)应当大于v，从而使得当轴承与对磨件之间的油温从60度变化到80度后，从该储油胶囊中溢出的润滑油仍然可以填充满该轴承与对磨件之间的间隙，从而可以防止在急开或急停或意外断油等情况下所述轴承在短时间内被损坏或抱死，进而可以避免损坏整个设备。同时所述储油胶囊中的孔隙率v*a应当小于所述储油胶囊的总体积的40％，使得该储油胶囊的机械强度仍然可以保证其正常工作，不会因为该储油胶囊的机械强度太小而无法承受高强度的摩擦，进而导致轴承的品质降低。
附图说明
18.图1为本发明提供的一种具有储油多孔结构的滑动轴承的结构示意图。
19.图2为图1的具有储油多孔结构的滑动轴承的分解结构示意图。
具体实施方式
20.以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
21.如图1和图2所示，其为本发明提供的一种具有储油多孔结构的滑动轴承的结构示意图。所述具有储油多孔结构的滑动轴承包括一个轴承10，以及至少一个设置在所述轴承10上的储油胶囊20。可以想到的是，所述具有储油多孔结构的滑动轴承还包括其他的一些功能模块，如安装结构等等，其为本领域技术人员所习知的技术，在此不再赘述。
22.所述轴承10包括一个轴承本体11，多条设置在该轴承本体11上的油道12，以及多对设置在所述油道12上的第一出油孔13和第一回油孔14，以及多对设置在所述轴承本体11的工作面上的第二出油孔15和第二回油孔16，以及多个设置在所述第二出油孔15的出油口处的容置腔17。所述轴承本体11可以为圆柱形，且其可以由铜合金制成。可以理解的是，为了降低成本，所述轴承本体11可以为在不锈钢基材上通过烧结或激光熔覆形成一层铜合金而制成的复合材料轴承。另外，该轴承本体11的规格参数可以根据实际的使用场合设计，在此不再赘述。所述油道12也设置在所述轴承本体11的径向侧壁上。通常所述油道12环绕的轴承本体11的侧壁开设，形成多条储油槽。所述第一出油孔13及第一回油孔14与所述第二
出油孔15及第二回油孔16的结构是相同的，不同点仅在设置的位置不同。下面仅以所述第一出油孔13及第一回油孔14为例来说明。
23.所述第一出油孔13及第一回油孔14通常成对地设置在所述轴承本体11的径向侧壁上。所述第一出油孔13在外部供油装置的压力下向该轴承本体11与对磨件如齿轮或轴承座等之间提供润滑油。而所述第一回油孔14会让润滑油重新回到外部供油装置中，从而形成一个循环，达到充分润滑该轴承本体11与所述对磨件。但是，在该轴承10的使用过程中，所述外部供油装置也会有急停或急开等工况，在该急停或急开的情况下，所述第一出油孔13往往不会有油出来。还有一种情况就是在该轴承10的长期使用过程中，所述轴承10与对磨件会有磨屑形成，该磨屑会堵住某一个或某几个所述第一出油孔13，从而导致该出油孔不会出油，此时油会从其他第一出油孔13流出。而当开设在工作面上的第二出油孔15不出油时，工作面的工况就会急剧恶化，即铜面发生磨损，导致温度急剧上升，从而使得铜合金发生热胀，进而导致滑动轴承与对磨件之间的配合间隙减小，进而会在短时间内发生烧轴或者抱死现象。很明显，这是不允许的，因为烧轴会损坏所述轴承，而抱死将无法再次启动，只能等完全冷却后再启动，这时轴承可能已经烧坏了。所述容置腔17开设在所述轴承10的工作面上，即该轴承10的径向侧壁上。所述容置腔17的形状可以四边形，圆形，或其他任意形状。同时所述空置腔17的深度可以根据实际的需要设置。所述容置腔17与所述第二出油孔15的出油孔重合，即所述容置腔17位于所述第二出油孔15的出油孔上。所述容置腔17用于设置所述储油胶囊20。
24.所述储油胶囊20设置在所述容置腔17，其设置方法可以焊接、烧结、或者机械嵌入如紧配等方式，在此不再赘述。所述储油胶囊20的自由面也为工作面，因此其可以由铜合金制成，同时该储油胶囊20为多孔烧结铜合金，以达到含油的目的。所述多孔烧结铜合金的孔隙率是一个非常重要的参数，因为当开设在工作面上的第二出油孔15不出油时，工作面的工况急剧恶化，导致温度急剧上升。该温度上升使得多孔烧结铜合金膨胀。而当多孔烧结铜合金膨胀时，便将含在孔隙中的油挤出，该挤出的油可以短时间内润滑该轴承10与对磨件，避免由于第二出油孔15不出油而导致轴承10与对磨件在短时间内发生烧轴或者抱死现象，导致事故的发生。
25.同时，孔隙率也不能太大，因为太大会导致该多孔烧结铜合金的含油能力降低，即该储油胶囊20虽然有很多孔，但这些孔却没有油，同时由于孔太多，导致该储油胶囊20的机械强度降低，不能达到轴承10所要求的机械强度。
26.所述多孔烧结铜合金制备方法如下：
27.step101：提供铜合金粉与造孔剂，并先将铜合金粉与造孔剂按一定比例在混料机中混均匀；
28.step102：将混合料在通过粉末烧结的方式进行制胚；
29.step103：将胚料放入还原气氛中进行烧结，得到前驱体；
30.step104：将前驱体放在有氧气氛中进行脱碳烧结，将造孔剂形成气体逃出，得到多孔烧结铜合金。
31.在步骤step101中，铜合金粉与造孔剂的配比将决定所述多孔烧结铜合金的孔隙体积，其计算步骤如下：
32.step201：假设所述轴承10的直径为d，轴向高度为h，所述轴承10与对磨件的配合
间隙一般为1-2
‰
，则对磨件内圈直径d＝d*(1+1
‰
)～d*(1+2
‰
)，对磨件与轴承10之间的间隙体积v为0.25*π(d*d-d*d)*h；
33.step202：假设多孔铜合金总体积为v，造孔剂相对于造孔剂与铜合金粉的总体积的占比为a，此时孔隙体积v*a应当大于v；
34.step203：设铜合金的线性膨胀系数α，在25-100℃内的体积膨胀系数为(1+α)
3-1；
35.step204：经统计，在正常时，油温为60℃左右，而当发生异常情况，温度急剧上升，在上升至80℃左右时，由于热膨胀以及毛细作用，即断油处形成低压，储存在孔隙中的油会在压力差下挤出至工作面，因此孔隙体积的变化量需满足：v*((1+α)3-1)*(80-60)》v。
36.通过上述的计算方法即可算出储油胶囊20的孔隙体积的值，在该值内，即可以保证第二出油孔15不出油时，在短时间内避免发生烧轴和抱死现象。
37.在步骤step201中，所述对磨件可以为一个轴承座或轴套等，其为现有技术，在此不再赘述。因为轴承10需要在该对磨件中旋转，因此该对磨件与轴承10不可能是紧配，一定具有一定的间隙。当然该间隙也是有标准的，通常为轴承10的直径的1～2
‰
。因此该间隙的体积也应当是一个范围。所述造孔剂可以为石墨。
38.在步骤step202中，v*a应当是该多孔铜合金中的孔隙的总体积的大小。由于该多孔铜合金的孔隙中会填充有润滑油，因此该v*a的大小应当大于轴承10与对磨件之间的间隔的体积。因此v*a应当大于v。但是为了保证多孔铜合金的强度，其孔隙体积应当小于某一个值，所述v*a应当小于多孔铜合金的40％。
39.在步骤step203中，铜合金的线性膨胀系数α是其固有特性，在此不再赘述，其可以通过顶杆式间接法，望远镜直读法、以及激光测量法测定。
40.在步骤step204中，油温60度为设备正常运行时的温度。80度为发生异常情况下在初始的几分钟内，虽然温度开始急剧上升，但在所述轴承还没有烧坏或抱死前的最高温度。当油温从60度升高到80度，由于热膨胀以及毛细作用，储存在孔隙中的油会在压力差下挤出至工作面，因此孔隙在温度变化后的体积变化量需满足：v*((1+α)
3-1)*(80-60)》v，即所述多孔铜合金由于膨胀所挤出的润滑油的体积v*((1+α)
3-1)*(80-60)，该公式应当为孔隙变化的总体积。
41.可以想到的是v*((1+α)
3-1)*(80-60)应当是小于v*a，因些只要v*((1+α)
3-1)*(80-60)大于v即可。
42.在步骤step104中，将烧结后的多孔铜合金加工成与所述容置腔17相适配的形状，然后通过焊接、烧结、或粘接的方式固定所述容置腔17中。
43.与现有技术相比，本发明提供的具有储油多孔结构的滑动轴承通过在所述轴承10的工作面上开设容置腔17,并在该容置腔17中设置所述多孔烧结铜合金制成的储油胶囊20。由于该储油胶囊20中孔隙在温度变化后的体积变化量应当大于v，即v*((1+α)3-1)*(80-60)应当大于v，从而使得当轴承10与对磨件之间的油温从60度变化到80度后，从该储油胶囊20中溢出的润滑油仍然可以填充满该轴承10与对磨件之间的间隙，从而可以防止在急开或急停或意外断油等情况下所述轴承10在短时间内被损坏或抱死，进而可以避免损坏整个设备。同时所述储油胶囊20中的孔隙率v*a应当小于所述储油胶囊20的总体积的40％，使得该储油胶囊20的机械强度仍然可以保证其正常工作，不会因为该储油胶囊20的机械强度太小而无法承受高强度的摩擦，进而导致轴承10的品质降低。
44.以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

技术特征：
1.一种具有储油多孔结构的滑动轴承，其特征在于：所述具有储油多孔结构的滑动轴承包括一个轴承，以及至少一个设置在所述轴承上的储油胶囊，所述储油胶囊为多孔烧结铜合金件并具有多个孔隙，设定v为所述储油胶囊的总体积，v为对磨件与轴承10之间的间隙体积，则所述储油胶囊的总体积应当符合下述的公式：v*((1+α)
3-1)*(80-60)>v其中，α为铜合金的线性膨胀系数，60为所述储油胶囊在正常工作时的温度，80为发生异常情况时所述储油胶囊的温度；同时所述储油胶囊中的孔隙率小于所述储油胶囊的总体积的40％。2.如权利要求1所述的具有储油多孔结构的滑动轴承，其特征在于：所述轴承包括一个轴承本体，多条设置在该轴承本体上的油道，以及多对设置在所述油道上的第一出油孔和第一回油孔。3.如权利要求2所述的具有储油多孔结构的滑动轴承，其特征在于：所述轴承还包括多对设置在所述轴承本体的工作面上的第二出油孔和第二回油孔，以及多个设置在所述第二出油孔的出油口处的容置腔，所述储油胶囊设置在所述空置腔中。4.如权利要求1所述的具有储油多孔结构的滑动轴承，其特征在于：所述储油胶囊的自由面为工作面。5.如权利要求1所述的具有储油多孔结构的滑动轴承，其特征在于：所述对磨件与轴承之间的间隙体积的计算方法为：假设所述轴承的直径为d，轴向高度为h，所述轴承与对磨件的配合间隙为1-2
‰
，则对磨件内圈直径d＝d*(1+1
‰
)～d*(1+2
‰
)，对磨件与轴承之间的间隙体积v为0.25*π(d*d-d*d)*h。6.如权利要求1所述的具有储油多孔结构的滑动轴承，其特征在于：所述多孔烧结铜合金件由铜合金与造孔剂烧结而成，所述造孔剂在烧结时被燃烧掉以形成所述多孔烧结铜合金件。7.如权利要求6所述的具有储油多孔结构的滑动轴承，其特征在于：设在烧结前造孔剂的体积相对于铜合金与石墨的总体积的占比为a，v*a应当大于或等于v。8.如权利要求1所述的具有储油多孔结构的滑动轴承，其特征在于：所述造孔剂为石墨。9.如权利要求1所述的具有储油多孔结构的滑动轴承，其特征在于：(1+α)
3-1为铜合金在25-100℃内的体积膨胀系数。

技术总结
一种具有储油多孔结构的滑动轴承,其包括一个轴承，以及至少一个设置在所述轴承上的储油胶囊。所述储油胶囊为多孔烧结铜合金件并具有多个孔隙，设定V为所述储油胶囊的总体积，v为对磨件与轴承10之间的间隙体积，则所述储油胶囊的总体积应当符合下述的公式：V*((1+α)


技术研发人员：方孝红 樊学峰 陆晓林 精晨剑
受保护的技术使用者：浙江长盛滑动轴承股份有限公司
技术研发日：2023.08.09
技术公布日：2023/10/6