水潤滑橡膠合金智能軸承的製作方法
2023-06-12 04:22:01 1
水潤滑橡膠合金智能軸承的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種水潤滑橡膠合金智能軸承，包括呈筒狀的軸殼和套裝設置在軸殼內的橡膠合金襯，橡膠合金襯的內壁上環形均布設有用於潤滑水通過的凹槽，位於相鄰兩凹槽之間的橡膠合金襯的內壁上設有內凹的承載工作面，凹槽和承載工作面均沿橡膠合金襯的軸向方向延伸並貫穿橡膠合金襯的兩端；還包括用於實時監控軸承運行工況的監控裝置，監控裝置包括數據接收裝置和設置在承載工作面內並用於測量軸承運行參數的傳感器組，傳感器組和數據接收裝置之間無線連接。該水潤滑橡膠合金智能軸承不僅能夠提高承載能力和抗震能力，延長軸承的使用壽命，而且能夠對運行過程中的動態數據進行在線智能測控，並水潤滑軸承的失效作出預估和預判，以提高可靠性。
【專利說明】水潤滑橡膠合金智能軸承
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種軸承，具體的為一種水潤滑橡膠合金智能軸承。
【背景技術】
[0002]軸承是機械傳動不可缺少的部件，普通的金屬滾動軸承和滑動軸承，由於需要潤滑油進行潤滑，因此，如果將其應用於與水接觸的傳動機械，則需要複雜的密封部件。若有水進入潤滑系統，則易造成軸承損壞和失效，甚至會出現潤滑油洩漏汙染水的環境問題。
[0003]現有技術中，水潤滑軸承在機械傳動特別是船舶等推進系統中得到廣泛應用，水潤滑軸承採用水作為潤滑介質，能夠在節約資源和環境友好方面很好的解決以上問題。
[0004]一般水潤滑軸承採用金屬外圈加橡膠合金內襯的結構，橡膠內襯的徑向厚度對於軸承的承載能力和抗震能力有比較重要的影響，然而現有技術中，由於對水潤滑橡膠合金軸承動態特性研究較困難，極其缺乏與橡膠襯層厚度對承載能力和抗震能力影響的相關數據，所以現有技術的水潤滑橡膠合金軸承中的橡膠襯層沒有綜合考慮承載能力和抗震能力，因而無法達到承載能力和抗震能力的最佳匹配，存在摩擦磨損快，使用壽命短等問題。
[0005]同時，在水潤滑橡膠合金軸承的使用過程中，在滿足其功能要求的前提下，還對其可靠性提出了嚴格的要求，要求水潤滑橡膠合金軸承實現信息化、智能化，能實時在線監測水潤滑軸承的運行狀態，並對水潤滑軸承的失效作出預估和預判，以保證裝備的可靠性及人民財產安全。目前國內外在對水潤滑軸承運行過程中各項參數的信號測量時，由於環境複雜，傳感器布置安裝困難，信號傳輸易受幹擾，所以一直缺乏有效的測試方法，給水潤滑軸承動態數據的採集、狀態監測帶來極大困難。
[0006]因此，需要對現有的水潤滑軸承進行改造，水潤滑橡膠材料內襯徑向厚度綜合考慮承載能力和抗震能力，提高水潤滑軸承的綜合性能，延長軸承的使用壽命；運用智能傳感檢測，有效地監測軸承的實際工作狀態，實現對軸承傳動中的動態數據進行在線智能測控，對水潤滑軸承的失效作出預估和預判。
【發明內容】
[0007]有鑑於此，本發明的目的在於提供一種水潤滑橡膠合金智能軸承，該水潤滑橡膠合金智能軸承不僅能夠提高承載能力和抗震能力，延長軸承的使用壽命，而且能夠對運行過程中的動態數據進行在線智能測控，並水潤滑軸承的失效作出預估和預判，以提高可靠性。
[0008]為達到上述目的，本發明提供如下技術方案:
一種水潤滑橡膠合金智能軸承，包括呈筒狀的軸殼和套裝設置在軸殼內的橡膠合金
襯；
所述橡膠合金襯的內壁上環形均布設有用於潤滑水通過的凹槽，位於相鄰兩凹槽之間的橡膠合金襯的內壁上設有內凹的承載工作面，所述凹槽和承載工作面均沿橡膠合金襯的軸向方向延伸並貫穿橡膠合金襯的兩端；還包括用於實時監控軸承運行工況的監控裝置，所述監控裝置包括數據接收裝置和設置在所述承載工作面內並用於測量軸承運行參數的傳感器組，所述傳感器組和所述數據接收裝置之間無線連接。
[0009]進一步,所述橡膠合金襯的厚度為4-25mm。
[0010]進一步，所述凹槽呈弧形，且凹槽的數量為4-14個。
[0011]進一步，所述承載工作面的徑向截面呈圓心落在所述橡膠合金襯軸線上的弧形，且承載工作面與位於其兩側的凹槽之間圓滑過渡。
[0012]進一步，所述橡膠合金襯採用彈性體製成，所述彈性體為高分子橡膠合金彈性體。
[0013]進一步，所述高分子橡膠合金彈性體採用硫化工藝製作而成，其各個組分的重量份為:
丁晴橡膠40-100 ;氧化鋅3-8 ;硫磺1-3 ;脂肪酸1-3 ;防老劑1- 3 ;半補強炭黑60-80 ；填充劑20-60。
[0014]進一步，所述傳感器組包括至少一個傳感器，且所述傳感器組沿軸向方向布置在所述承載工作面內。
[0015]進一步，所述傳感器為無源傳感器，所述數據接收裝置內設有電磁波發送裝置，所述傳感器內設有至少一個用於接收來自數據接收裝置的電磁波、並將電磁波轉換為電能的傳導元件；或，
所述傳感器為有源傳感器，且傳感器內設有用於將所述彈性體彈性變形產生的能量轉換為電能的導電聚合物電路。
[0016]進一步，所述監控裝置還包括與所述數據接收裝置相連並用於處理所述傳感器採集的數據的數據處理裝置；所述傳感器為微米級或納米級傳感器。
[0017]本發明的有益效果在於:
本發明的水潤滑橡膠合金智能軸承，通過在橡膠合金襯的內壁上設置凹槽，凹槽用於潤滑水通過，並通過在相鄰兩個凹槽之間設置內凹的承載工作面，能夠有效地在橡膠合金襯的內壁上形成水膜，通過多個凹槽可以使軸承在工作時形成多個水膜，達到良好的潤滑效果，能夠有效提高承載能力和抗震能力，延長軸承的使用壽命；通過在承載工作面內設置傳感器組，由於軸承水膜壓力在承載工作面上沿軸向成馬鞍形分布，因此在承載工作面內設置傳感器組即可以測出軸承關鍵部位的動態特性，能夠對運行過程中的動態數據(如應力、應變、溫度、振動、物理化學性能等動態參數數據)進行在線智能測控，並水潤滑軸承的失效作出預估和預判，以提高可靠性；
本發明的水潤滑橡膠合金智能軸承通過對其運行參數的在線測控，解決了軸承傳動裝置動態數據採集、狀態監測困難等難題，因此本發明的水潤滑橡膠合金智能軸承特別適用於船舶、國防武器裝備等對軸承傳動機構可靠性要求嚴格的工程領域，此外本發明的水潤滑橡膠合金智能軸承也可用於實驗研究，特別是對軸承進行多場耦合條件下的動態特性性能研究，便於對軸承的設計提供數據參考和依據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明: 圖1為本發明水潤滑橡膠合金智能軸承實施例的結構示意圖；
圖2為圖1的A-A剖視圖；
圖3為圖2的軸測圖。
【具體實施方式】
[0019]下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0020]如圖1所述，為本發明水潤滑橡膠合金智能軸承實施例的結構示意圖。本實施例的水潤滑橡膠合金智能軸承，包括呈筒狀的軸殼I和套裝設置在軸殼I內的橡膠合金襯2，軸殼I可由任何滿足強度性能要求的金屬和非金屬材料製成，本實施例的橡膠合金襯2粘接固定在橡膠合金襯2的內壁上。
[0021]橡膠合金襯2的內壁上環形均布設有用於潤滑水通過的凹槽3，位於相鄰兩凹槽3之間的橡膠合金襯2的內壁上設有內凹的承載工作面4，凹槽3和承載工作面4均沿橡膠合金襯2的軸向方向延伸並貫穿橡膠合金襯2的兩端，本實施例凹槽4的凹陷深度大於承載工作面4的內凹深度，且凹槽的寬度小於承載工作面4的寬度。
[0022]本實施例的水潤滑橡膠合金智能軸承還包括用於實時監控軸承運行工況的監控裝置，監控裝置包括數據接收裝置和設置在承載工作面4內並用於測量軸承運行參數的傳感器組，傳感器組和數據接收裝置之間無線連接。
[0023]本實施例的水潤滑橡膠合金智能軸承，通過在橡膠合金襯2的內壁上設置凹槽3，凹槽3用於潤滑水通過，並通過在相鄰兩個凹槽3之間設置內凹的承載工作面4，能夠有效地在橡膠合金襯2的內壁上形成水膜，通過多個凹槽3可以使軸承在工作時形成多個水膜，達到良好的潤滑效果，能夠有效提高承載能力和抗震能力，延長軸承的使用壽命；通過在承載工作面4內設置傳感器組，由於軸承水膜壓力在承載工作面4上沿軸向成馬鞍形分布，因此在承載工作面4內設置傳感器組即可以測出軸承關鍵部位的動態特性，能夠對運行過程中的動態數據(如應力、應變、溫度、振動、物理化學性能等動態參數數據)進行在線智能測控，並水潤滑軸承的失效作出預估和預判，以提高可靠性。
[0024]本實施例的水潤滑橡膠合金智能軸承通過對其運行參數的在線測控，解決了軸承傳動裝置動態數據採集、狀態監測困難等難題，因此本實施例的水潤滑橡膠合金智能軸承特別適用於船舶、國防武器裝備等對軸承傳動機構可靠性要求嚴格的工程領域，此外本實施例的水潤滑橡膠合金智能軸承也可用於實驗研究，特別是對軸承進行多場耦合條件下的動態特性性能研究，便於對軸承的設計提供數據參考和依據。
[0025]進一步，橡膠合金襯2的厚度為4_25mm，在設計橡膠合金襯2的厚度參數時，應綜合考慮橡膠合金襯2徑向厚度對軸承承載能力、抗震能力和製造成本的影響，並根據不同規格的軸承，選取橡膠合金襯2的厚度，從而提高軸承的綜合性能，延長軸承的使用壽命，節約製造成本，本實施例的橡膠合金襯2的厚度為15_。
[0026]進一步，凹槽3呈弧形，且凹槽3的數量為4-14個，凹槽3的數量過少，不能形成多水膜支承，也不利於泥沙和雜質的排洩，潤滑效果不理想，凹槽3的數量過多，會影響橡膠合金襯2的強度等性能，因此，需根據軸徑大小來合理選擇設置凹槽3的數量，本實施例的凹槽3的數量為10個。
[0027]進一步，承載工作面4的徑向截面呈圓心落在橡膠合金襯2軸線上的弧形，且承載工作面4與位於其兩側的凹槽3之間圓滑過渡。承載工作面4的曲面以及各處圓滑過渡的曲面更容易形成彈性流體動壓潤滑，在傳動軸與軸承間形成水膜支承，並有利於泥沙和雜質的排洩，從而減小工作面的磨損，通過將承載工作面4的圓心設置在橡膠合金襯2的軸線上，能夠使形成的水膜更加均勻。
[0028]進一步，橡膠合金襯2採用彈性體製成，彈性體為高分子橡膠合金彈性體,該高分子橡膠合金彈性體採用硫化工藝製作而成，其各個組分的重量份為:
丁晴橡膠40-100 ;氧化鋅31 ;硫磺f 3 ;脂肪酸f 3 ;防老劑f 3 ;半補強炭黑60-80 ；填充劑20?60。
[0029]該高分子橡膠合金彈性體的組分中，防老劑為二丁基二硫代氨基甲酸鎳；脂肪酸為C16或C18飽和脂肪酸；填充劑為二硫化鑰、聚四氟乙烯、石墨、玻璃纖維和碳纖維中的一種或至少兩種的混合物；且在橡膠合金彈性體硫化過程中採用的硫化促進劑為硫醯胺類促進劑。
[0030]具體的高分子橡膠合金彈性體的組分可以按比例採用多種重量份組合製備:
I)丁晴橡膠40，氧化鋅8，硫磺I，N-環已基-2-苯駢噻唑次磺醯胺I，二丁基二硫代氨基甲酸鎳1，C16飽和脂肪酸1，半補強炭黑60，二硫化鑰20 ；
2) 丁晴橡膠100，氧化鋅3，硫磺3，N-環已基-2-苯駢噻唑次磺醯胺3，二丁基二硫代氨基甲酸鎳3，C16飽和脂肪酸3，半補強炭黑80，二硫化鑰60 ；
3)丁晴橡膠60，氧化鋅5，硫磺2，N-環已基-2-苯駢噻唑次磺醯胺2，二丁基二硫代氨基甲酸鎳2，C16飽和脂肪酸2，半補強炭黑70，二硫化鑰40。
[0031]當然，橡膠合金彈性體還可在上述重量份範圍內進行任意組合均能實現，且二硫化鑰還可採用聚四氟乙烯、石墨、玻璃纖維和碳纖維中的一種或至少兩種的混合物進行替代，C16飽和脂肪酸可採用C18飽和脂肪酸替代，均可製備得到符合要求的橡膠合金彈性體，本實施例的高分子橡膠合金彈性體採用上述第2)中組分配比製備得到。
[0032]進一步，傳感器組包括至少一個傳感器5，且所述傳感器組沿軸向方向布置在所述承載工作面內。因為軸承水膜壓力在承載工作面4上沿軸向成馬鞍形分布，因此沿軸向埋置傳感器組既可以測出軸承關鍵部位的動態特性，又可以節約因埋置大量傳感器組產生的成本。
[0033]進一步，傳感器5可以為無源傳感器，數據接收裝置內設有電磁波發送裝置，傳感器5內設有至少一個用於接收來自數據接收裝置的電磁波、並將電磁波轉換為電能的傳導元件；當然，傳感器5還可以為有源傳感器，且傳感器5內設有用於將彈性體彈性變形產生的能量轉換為電能的導電聚合物電路，採用該結構的傳感器5，能夠利用彈性體在傳動過程中彈性變形產生的能量，使傳感器5能夠長時間工作，保證監控裝置的可靠性。本實施例的傳感器5採用無源傳感器，傳感器5內設有一個傳導元件。採用該結構的監控裝置，能夠對傳感器5進行供電並保證傳感器5能夠長時間穩定工作。本實施例的監控裝置還包括與數據接收裝置相連並用於處理傳感器5採集的監控數據的數據處理裝置，通過數據處理裝置的數據處理結果對軸承的運行工況進行預估和預判，保證軸承在正常的工況下運轉。傳感器5為微米級或納米級傳感器，能夠將傳感器5安裝在彈性體內，本實施例的傳感器5採用納米級傳感器。
[0034]最後說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的範圍。
【權利要求】
1.一種水潤滑橡膠合金智能軸承，包括呈筒狀的軸殼和套裝設置在軸殼內的橡膠合金襯，其特徵在於:所述橡膠合金襯的內壁上環形均布設有用於潤滑水通過的凹槽，位於相鄰兩凹槽之間的橡膠合金襯的內壁上設有內凹的承載工作面，所述凹槽和承載工作面均沿橡膠合金襯的軸向方向延伸並貫穿橡膠合金襯的兩端；還包括用於實時監控軸承運行工況的監控裝置，所述監控裝置包括數據接收裝置和設置在所述承載工作面內並用於測量軸承運行參數的傳感器組，所述傳感器組和所述數據接收裝置之間無線連接。
2.根據權利要求1所述的水潤滑橡膠合金智能軸承，其特徵在於:所述橡膠合金襯的厚度為4_25mm。
3.根據權利要求2所述的水潤滑橡膠合金智能軸承，其特徵在於:所述凹槽呈弧形，且凹槽的數量為4-14個。
4.根據權利要求1所述的水潤滑橡膠合金智能軸承，其特徵在於:所述承載工作面的徑向截面呈圓心落在所述橡膠合金襯軸線上的弧形，且承載工作面與位於其兩側的凹槽之間圓滑過渡。
5.根據權利要求1-4任一項所述的水潤滑橡膠合金智能軸承，其特徵在於:所述橡膠合金襯採用彈性體製成，所述彈性體為高分子橡膠合金彈性體。
6.根據權利要求5所述的水潤滑橡膠合金智能軸承，其特徵在於:所述高分子橡膠合金彈性體採用硫化工藝製作而成，其各個組分的重量份為:丁晴橡膠40-100 ;氧化鋅31 ;硫磺f 3 ;脂肪酸f 3 ;防老劑f 3 ;半補強炭黑60-80 ；填充劑20?60。
7.根據權利要求5所述的水潤滑橡膠合金智能軸承，其特徵在於:所述傳感器組包括至少一個傳感器，且所述傳感器組沿軸向方向布置在所述承載工作面內。
8.根據權利要求7所述的水潤滑橡膠合金智能軸承，其特徵在於:所述傳感器為無源傳感器，所述數據接收裝置內設有電磁波發送裝置，所述傳感器內設有至少一個用於接收來自數據接收裝置的電磁波、並將電磁波轉換為電能的傳導元件；或，所述傳感器為有源傳感器，且傳感器內設有用於將所述彈性體彈性變形產生的能量轉換為電能的導電聚合物電路。
9.根據權利要求8所 述的水潤滑橡膠合金智能軸承，其特徵在於:所述監控裝置還包括與所述數據接收裝置相連並用於處理所述傳感器採集的數據的數據處理裝置；所述傳感器為微米級或納米級傳感器。
【文檔編號】G01M13/04GK103438101SQ201310206795
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年5月30日 優先權日:2013年4月23日
【發明者】王家序, 蒲偉, 周廣武, 周青華, 韓彥峰, 李俊陽 申請人:四川大學