軸承總成的製作方法

2023-05-06 09:43:11 2

專利名稱：軸承總成的製作方法
技術領域：
本發明涉及軸承總成，特別涉及，如在大型艦艇中，在支撐水潤滑推進器軸中用的新型軸承總成。
這類軸承總成之一包括一個外耐腐蝕的支撐或殼，和多個在殼內設置的沿圓周均勻分隔開的彈性柵，所述柵選擇地接觸軸，支撐軸。
另一類這樣的軸承總成包括一個外耐腐蝕的支撐或殼，和一個較大的彈性軸承接觸表面，它設置在殼內，在比帶柵的軸承類型更大的圓周面積上接觸軸。這類軸承稱為圓孔或部分圓弧軸承(某些情況中)。
部分圓弧軸承製造起來困難，因為，它們必須具有精確的公差。迄今，部分圓弧軸承是通過將軸承件固定到殼的內表面，並將所述彈性件加工到正確尺寸進行製造。然而加工過程使所述件產生疤痕，從而顯著提高軸承和軸間的摩擦係數，並使得這兩件的磨損速度提高。
一直在努力改進這類軸承的多功能性，實用性和效果。
本發明形成的部分圓弧軸承總成具有減小的摩擦係數，和磨損速度，同時減小製造成本。
通過對附圖
所示的說明實施例的詳細說明，本發明的目的，特點和優點會變得明了。
詳細說明見圖，圖中相同的標號表示相同的或一致的部件，圖中示出，軸承總成10具有一個外圓柱軸承套15。它圍繞軸向中心線5。這剛性的軸承套15可以是金屬結構的，如黃銅的，或塑料的殼，或一個帶有多個環形設置的，徑向相鄰的層的非金屬複合材料結構，或一個由玻璃纖維強化的或樹脂基體浸漬的複合材料結構。套15具有凸緣17，它具有在內的安裝孔18。
結合到套15內表面的是多個部分圓弧軸承段20。軸承總成10被示出具有八個軸承段20，但較多或較少也可用。每個段圍繞套15的內部在圓周上延伸約180度。軸承段20具有一個光滑的軸承表面16。軸承段20限定在內安裝軸(未示出)中心孔14，軸接觸軸承表面16。軸承段20由多個片26固定，固定片用螺栓或螺絲30牢靠地安在套15上。最好在段20的圓周端，形成導角34，形成與固定片或橫條26的良好的界面，並防止段20向孔14的中心凸出。
軸承段20最好由兩層22、24組成，並且一個彈性體層22最好粘結到玻璃纖維強化的環氧樹脂殼24上。彈性體限定為這樣的物質，在室溫它可伸長至少到它原來長度的兩倍，並且在伸長後應力除去，若施加力又在短時間恢復到大約它的原來長度。(見Glossary of Terms，ASTM Committee D-11準備的關於橡膠和類似橡膠的材料，由美國測試材料協會公布)。在構成本發明中可用的彈性體和橡膠材料包括任何已知的彈性體，如天然橡膠，丁腈橡膠，SBR橡膠，丁二烯和丙烯腈的共聚物，丁二烯和苯乙烯的共聚物，丁二烯和烷基丙烯醯胺共聚物，異丁橡膠，如乙烯-丙烯的烯烴橡膠類和EPDM橡膠，碳氟橡膠類，氟矽橡膠，矽橡膠，氯磺化聚乙烯，聚丙烯酸鹽，聚丁二烯，氯丁橡膠等。然而如前所述，具有高彈性的丁腈橡膠和其它彈性體是最好的。這樣的彈性體具有較低肖氏A硬度(小於90)。最好材料是B.F.Goodrich Company供應的系列號H-201的材料。H-201是丁腈橡膠，具有約85±5的肖氏A硬度。
複合殼24最好由玻璃纖維強化的環氧樹脂構成，玻璃重量約佔70％。
軸承總成段20的製造如下A·軸承段模製1.固化的H-201橡膠碾壓成薄板，使得它可裝配到一定的模中。模底板應具有光滑表面光潔度(即小於8微英寸)。
2.將模預熱到215°F。圍繞板的周邊系上一個直徑0.250英寸的繩子，將碾壓的薄板裝入模，將它保持在中心。在彈性體的整個頂部表面放一個薄的聚酯薄板，最好是MYLAR。MYLAR是DuPontdeNemours E.I.Company的商標。在215°F和低壓下(小於1,000psi)閉合模20分鐘。這使彈性體薄板成形。然後打開模，並用無皺紋的MYLAR替換皺了紋的。然後閉合模，在310°高壓下(2,000-2,600psi)固化45分鐘。
3.不冷卻，並從模中取下固化的薄板，切割成形。然後從邊部去掉繩子。
4.用自動研磨機，砂磨所述段的背部的橡膠(即光滑軸承表面的相反表面)達到希望要的厚度。在軸和軸承間的複合材料套的內徑，粘結劑層厚度，軸外徑和希望的間隙都涉及到希望橡膠厚度的計算。
B·複合材料套的製造1.使用Dura Wound Company供應的11-A型的絲線纏繞機，在一個適當大小的複合材料芯軸上纏繞環氧樹脂浸漬的玻璃纖維，到希望的外直徑尺寸。纏繞前用MYLAR帶蓋上芯棒。絲線與軸向中心線的角度應約為78度，以便使圓環強度最大，減少回跳到最小。
2.在室溫固化套48-72小時。
B·取下芯棒並加工複合材料套1.從芯棒拉出套。
2.剝掉套內徑表面的MYLAR。測量並平均粗的內徑測量值。將車床的軟鐵卡爪卡盤切割成粗直徑大小。加工內徑的1.5長度。切割軟卡爪大到產品的內徑尺寸。然後整個車削殼體，並精加工內外逕到正確尺寸。應注意，套可以加工到希望內徑尺寸的0.0001英寸。
C·將砂磨的彈性體軸承段結合到套1.將橡膠彈性體段切割到正確尺寸。在套內徑上標出中心線。將約50％體積的B.F.Goodrich Company供應的樣本號為EL2995A環氧樹脂粘結劑和50％體積的B.F.Goodrich Company供應的樣本號為EL2995B的胺混合。
見圖4，用圖示的帶槽鏝刀40將粘結劑分布於套上。鏝刀可通過加工槽製成。槽應約0.09375英寸寬，0.0625英寸深，帶有0.125英寸的槽間的分開距離。鏝中的槽使得粘結劑以相互平行圓周線分布，當被軸承段壓縮時，粘結劑被弄平到固定厚度的粘結劑層，沒有或很小的空隙。圖4a示出平行粘結劑線40a的圖形。用較好的鏝刀，可獲得小於或等於0.005英寸的粘結劑厚度，最好是0.001英寸。為了與層的粘結強度最大，必須仔細施加粘結劑，獲得約0.001英寸的厚度。如果粘結劑層過厚，會發生開裂或脆斷。一次粘結一個半圓周軸承，在側面的中心線停止。
然後在粘結的內徑上放置每個軸承段。用一個輥相對於複合材料殼的內徑表面滾壓彈性體薄板。
2.見圖5，將一個可膨脹的空氣囊42置於套內徑的中心。氣囊42最好是由兩層彈性體薄層44，46，在它們的各自外邊結合在一起製成。膨脹閥48，壓力計和管50用於使氣囊42膨脹。在氣囊的頂上放置一個橡膠墊(約0.50英寸)。將氣囊42脹大約3.5psi，並保持7小時或更長時間。用氣囊42確保向整個的軸承表面施加相等的徑向壓力。因為氣囊42是由較軟(肖氏硬度A＝65±5)的彈性體製造的，不會損壞軸承表面。應注意，氣囊42從氣囊的中部到端部自然膨脹，因此在粘結劑分散開成為均勻層時，通過推壓在粘結劑中存在的氣泡有邦助從套的端部消除氣泡。
3.粘結劑應在室溫，大氣壓下固化，因為加熱和壓力會不利地改變橡膠軸承材料22的摩擦係數和耐磨性，並且使粘結劑層變薄。粘結劑層固化後，將氣囊放氣，取出。
D·分開和加工45度角
1.然後將軸承段20置於水平鏜床上，被分開，並加工它們的側角。
2.用甲基乙基酮(MEK)清潔套。組裝軸承並安裝固定片。沿條墊墊片，需要時用不鏽鋼墊片。
應注意，本發明避免在彈性體軸承表面上的加工，從而保持一個光滑的象玻璃一樣的精度，這使得水潤滑的摩擦係數保持在一個很低的水平。通過準確的加工軸承套15的內徑，僅準確的加工每個彈性體軸承段的結合表面，使用帶槽的鏝刀在套內徑上分布粘結劑，並在粘結劑固化時用氣囊向軸承段施加緩和的均勻的壓力，避免了所述加工。膨脹裝置42也可利用空氣外的流體作為介質，向軸承套施加固化軸承材料徑向壓力。而且，套也可切割成較小的單位，以便更好地易於彈性體軸承段的安裝，然後在固化或安裝前再組裝。
見圖6a-6b，示出軸承段20的軸承材料22的另一實施例。軸承材料模製成大型柔性的板坯。材料22模製成大型柔性板坯。材料靠著一個帶有很多凸起的粗織物或板模製成形。模製的板坯由彈性體/塑料複合材料製成，如在共有的美國專利3,993,371中說明的那些，或最好是，美國專利4,725,151；4,735,982公開的勻質滑動聚合物合劑(SPA)。以上專利本說明全部引述。SPA軸承材料層最好約為0.125英寸厚。然後當板坯固化時，粘結到丁腈橡膠襯薄板上。橡膠襯使得板坯可彎曲，並且，當被研磨，使用室溫固化的環氧樹脂粘結劑或接觸水泥，容易與金屬或複合材料軸承套結合。用工具機易於快速砂磨或研磨橡膠支撐襯，形成特定軸承尺寸的正確的總板坯厚度。粘結劑層大約增加軸承總壁厚的0.001英寸。因此不需要研磨或加工軸承表面。研磨軸承表面增加摩擦力和磨損。
見圖6a，通過在一個模中形成彈性體的底部層110，可製成另一個軸承材料22。較好的彈性體的產品樣本號為H-212，B.F.GoodrichCompany供應。另外，在彈性體上形成滑性聚合物合劑(SPA)的頂層112。熱塑性塑料和熱固橡膠劑料以及少量潤滑劑形成SPA。SPA是多相的合劑，其中熱塑性塑料是連續的相，熱固橡膠是不連續的相分散在其中。即，形成熱塑性塑料基體，它具有熱固劑料和潤滑劑分散於其中，與攙和不同。
熱塑性劑料可以是任何具有韌性，低摩擦係數和好的耐磨性的聚合物。這種聚合物的特定組包括各種通常本領域已知的超高分子量的聚乙烯(UHMWPE)。超高分子量聚乙烯一般分類為，具有平均分子量大於2.5百萬的那些，即在3.0百萬-7.0百萬間，使用溶解粘度法(solution viscosity method)形成。一個希望的範圍是4百萬-6.5百萬，最好的範圍是5百萬-6百萬。這樣的聚乙烯由Hoechst CelaneseCorporation供應，名為GUR413。
超高分子量聚乙烯以及其他一般對本發明適用的聚合物，具有低的摩擦性，如軸速在每分鐘零轉數時，0.25或更小的靜摩擦的剝離(breakaway)係數，最好在0.20以下，優選在0.15以下。本發明的希望的熱塑性塑料也具有20或更大的V形缺口衝擊韌性值(ASTMD256)，最好是30或大於30。但是，無缺口測定試樣是不斷裂的。本發明的熱塑性塑料也具有砂漿磨損試驗測定的良好的耐磨性。砂漿磨損測定是Hoechst Celanese Corporation的一個測試法，其中測試試樣(1″×3″×1/4″)一般是在含有兩份水和三份砂的砂漿中，以1200轉/分，旋轉24小時以上。
使用超高分子量的聚乙烯的有效量，使得它在SPA中形成連續的相。一般來說，熱塑性塑料劑料的量足以包裹以顆粒狀態存在的熱固橡膠劑料，更為理想的量是超過包裹以顆粒狀存在分橡膠所要的量。根據SPA的總量，常用的熱塑性塑料重量是約25-90％，在40-75％較好，在55-65％最好。
熱固劑料是固化的橡膠劑料，它一般具有低摩擦和良好的防油和水性能。低摩擦意味著，在水潤滑時，希望厚度範圍的橡膠軸承，在通常的軸頸(軸)工作速度，形成流體力學的潤滑。由於彈塑流體動力學效應，薄橡膠軸承比任何其他已知的軸承材料，形成在更低軸速度的水動力學摩擦。流體動力學潤滑是在軸承和旋轉軸間的流體膜的形成。「防油和水」的涵義是在水中浸泡彈性體是不受影響的(不溶解或軟化)，引起的體積增加在5％以下，最好3％以下。
一般來說，具有這樣摩擦的和防水性能的橡膠劑料均可使用。這樣的劑料特定組是已知的各種丁腈橡膠。例如，可用BFGoodrichCompany製造的各種丁腈橡膠劑料。較硬的丁腈橡膠較好。這種橡膠的特殊例子是BFGoodrich Company製造的H-201劑料(85±5肖氏A硬度)。另一例是較軟的丁腈橡膠，如H-203劑料，它也是BFGoodrichCompany製造的，具有約70±5的肖氏A硬度。其他的橡膠包括Butyl橡膠，EPDM，它是由乙烯-丙烯-二烯單體製造的橡膠，和以乙烯叉氟和六氟丙烯共聚物為基的氟化橡膠，它被認為是具有以下重複的結構-CF-CH-CF-CF(CF)-。這些共聚物是由DuPont以「Viton」商標出售。雖然這些其它的橡膠劑料可用，丁腈橡膠是最好的，因為丁腈橡膠具有的彈性和蠕變性能好。
本發明的一個重要方面是，在合劑生成前，固化的橡膠劑料起初可以與熱塑性塑料劑料幹混，或混合。
因此，橡膠劑料被固化，並為了混合這兩組分，將它磨碎到適當大小。可用常規的粉碎方法，如機械或冷凍法。固化的橡膠劑料的顆粒大小通常是重要的。顆粒大小一般是以能通過較細的，特定的Tyler篩網測量。因此固化的橡膠劑料一般具有比35目小的顆粒度，比65目小較好，最好是小於100目。在SPA中的固化橡膠的重量一般在SPA總重量中的比例是約10-70％，較好是約12％-40％，最好是約15-30％。
潤滑劑一般以固體形式加入，因此是非液體的。為了確保它的足夠的分散，潤滑劑一般呈粉末狀。粉末的意思是，它的顆粒的主要部分，至少70％，80％或90％，最好是95％小於Tyler的100目篩孔，即150微米。粉末的主要部分，一般是80％，90％甚至時95％，希望小於200目，即75微米。最好，石墨粉末的主要部分，即70％，80％或90％小於325目，即44微米。對SPA賦予潤滑性能的任何已知的潤滑劑均可用。潤滑性能的涵義是，當磨損開始時，被製成的SPA的表面摩擦係數被減少，例如，約至少10％，減少至少20％或30％更好。潤滑劑也應是不磨損的。石墨是一個較好的潤滑劑。特定石墨的例子是Asbury Graphite Mills，Inc.生產的117-A級。其他特定潤滑劑是二硫化鉬。雖然一般來說不是最好，但二硫化鉬在沒有水分，如大氣中的水分，的乾燥的最終應用中是理想的。矽油也可使用，其重量在SPA的總重量所具有的比例約為2-10％，希望為3-6％。特定的矽油例包括Dow Corning生產的200 Fliud.可採用的另一潤滑劑時PTFE(polytetrafluorethylene)，DuPont deNemours E.I.Company供應。
潤滑劑重量在SPA總重量中一般約為0.5或3％到25％，約1.0-20％較好，約2-10％最好。
另外，一個圖形被轉移到軸承材料22的軸承表面的頂層。圖形形成從頂層112軸向向內凸起的凸起，凸臺，或接觸點114。每個凸起114，單獨成為流體潤滑時的流體動力學表面。將此圖形轉移的優選方法是，在固化前，放置一個聚酯薄板，它位於一片粗的松的編制物間，此織物將此聚酯薄板和織物壓入到SPA軸承材料22的表面中。所述織物最好是Geogia Duck供的樣本號為8708。聚酯分離薄板最好是0.003英寸厚聚酯膜(MYLAR)。聚酯薄板使製成的SPA層平滑，凸起114的邊圓滑。應注意，在將聚酯和織物壓入到織物中前，以已知的方式，應噴淋分型劑，如Chem-Trend供的樣本號為RTC9110的分型劑，以確保，在固化後織物可取下。在織物和聚酯薄板在未固化的軸承部分的頂部就位後，它們應被壓入，如通過閉合模。然後，在350°F，約1000-1500psi下，固化4.5小時。這樣模製後，使模溫回到室溫，但保持壓力。模應允許在模製後約1小時冷下來。在壓力下冷卻幫助防止最後物件的變形。也可在模外加水將模冷卻的時間減少到1小時，防止產品的變形。
見圖6b，可根據圖6a所示的複合物程序製造另一個軸承材料，從而制出一個具有彈性體底層120和SPA頂層122的複合材料體，所述頂層具有做在其中的金剛石成形的凸起，凸臺，或接觸點124。凸起124軸向向內凸出，在流體潤滑時各個可成為流體動力學軸承表面。然而，在頂層422的金剛石成形的圖形，是通過使用具有在其中設置的一定壓痕或圖形的橡膠模形成。在固化前，聚酯薄板，如MYLAR聚酯薄膜，可位於橡膠模和SPA之間。聚酯薄板最好約0.03英寸厚。聚酯薄板使得最終的SPA層光滑，使凸起的角圓滑。
應注意，為使軸承符合流體動力學要求，可以在頂部合劑層中設置，在本說明中未特定公開的其他形狀和尺寸的圖形。
雖然已詳細說明了本發明的特定實施例和某些變化，業內人士會理解，在不偏離本發明的原理情況下，可進行改變。
權利要求
1.一種軸承總成，用於在大型艦艇中支承水潤滑推進器軸，其特徵在於，所述軸承總成包括一個圓柱形的外套，其內表面限定一個環形腔；多個部分弧形的軸承區段，它們附著在所述套的內表面上，每個區段部分地圍繞所述內環形腔的周圍延伸，每個所述部分弧形的軸承區段包括複合的圓柱形殼體，其具有內圓周面和外圓周面，所述殼體的外圓周面附著在所述套的內表面上；和彈性軸承層，接合在所述殼體的內圓周面上；以及保持裝置，用於將所述部分弧形的軸承區段保持在所述圓柱形套上。
全文摘要
一種軸承總成,包括:一個圓柱形的外套,其內表面限定一個環形腔;多個部分弧形的軸承區段,它們附著在所述套的內表面上,每個區段部分地圍繞所述內環形腔的周圍延伸,所述每個部分弧形的軸承區段包括:複合的圓柱形殼體,其具有內圓周面和外圓周面,所述殼體的外圓周面附著在套的內表面上;和彈性軸承層,接合在所述殼體的內圓周面上;以及保持裝置,用於將所述部分弧形的軸承區段保持在所述圓柱形套上。
文檔編號B29C65/00GK1368607SQ0210174
公開日2002年9月11日 申請日期2002年1月17日 優先權日1996年4月18日
發明者小羅伊·李·奧恩多夫, 菲利普·保羅·布雷迪, 沃倫·基恩·蘭斯頓 申請人:杜蘭瑪克斯船舶股份有限公司