專利名稱：一種高速轉(zhuǎn)子跌落碰摩防護自潤滑支承方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)子跌落碰摩防護技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高速轉(zhuǎn)子跌落碰摩防護自潤滑支承方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代機械向高參數(shù)方向發(fā)展，離不開先進支承部件的支撐。因此主動電磁軸承 (AMB)技術(shù)得到了快速發(fā)展。但是，主動電磁軸承的抗沖擊能力弱，在電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定如掉電或軸承過載等情況下，轉(zhuǎn)子因失效跌落發(fā)生轉(zhuǎn)子軸與軸承的碰摩。過大的沖擊載荷誘發(fā)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)自激振動，在過高的跌落速度和跌落載荷作用下轉(zhuǎn)子和軸承表面因摩擦發(fā)生損傷。因此有必要對電磁軸承系統(tǒng)進行防護。在實際使用中電磁軸承配置了支承軸承，以增強軸承系統(tǒng)的可靠性并保證在軸承碰摩時迅速復(fù)位到正常工作狀態(tài)，防止轉(zhuǎn)子沖擊造成的損傷。楊國軍公開號CN1544821的專利針對立式轉(zhuǎn)子系統(tǒng)設(shè)置了復(fù)雜的整體輔助軸承裝置，通過增加緩沖部件和轉(zhuǎn)子防護部件緩解和承受轉(zhuǎn)子跌落載荷。由于支承軸承通常采用滾動軸承，滾動軸承的極限轉(zhuǎn)速一般低于電磁軸承的工作轉(zhuǎn)速，難以滿足高速電磁軸承系統(tǒng)的需要，同時滾動軸承需要潤滑。因此增加輔助滾動軸承裝置同時也增加了電磁軸承的體積和成本。季進臣等發(fā)表的文章關(guān)于電磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中高速不平衡轉(zhuǎn)子跌落過程的非線性動力學(xué)，在機械工程學(xué)報，1999，35 (5) :62-66中認(rèn)為降低軸頸與軸承內(nèi)圈間的摩擦系數(shù)可以避免軸承磨損和劇烈振動。祝長生的備用軸承碰撞副對電磁軸承失效后轉(zhuǎn)子墜落瞬態(tài)響應(yīng)的影響，振動工程學(xué)報，2010，23 (5) =475-478通過試驗表明，潤滑能夠使轉(zhuǎn)子在跌落過程中的運動振幅明顯減小。謝友柏等[專利號95245561. 7]設(shè)計了無輔助軸承的電磁軸承，在轉(zhuǎn)子軸頸和軸承之間涂聚合物涂層，可有效的避免因啟停、突然掉電等意外情況下發(fā)生軸承轉(zhuǎn)子和軸承的擦傷。汪希平等[電磁軸承在透平膨脹機中的應(yīng)用研究進展，中國機械工程，11(4) (2000)379-381]在磁軸承的內(nèi)表面涂以高溫有機材料，提高表面的平整度和潤滑性能，取得了較好的效果。然而轉(zhuǎn)子跌落時，軟質(zhì)涂層直接承受著高的沖擊載荷，極易發(fā)生疲勞失效，同時高速跌落所產(chǎn)生的摩擦熱使得涂層的性能退化和磨損加劇。王偉清在[徑向彈性阻尼防護軸承阻尼器的動態(tài)特性研究，碩士學(xué)位論文，南京航空航天大學(xué)，2010]報道了在40000r/min 的高速下，轉(zhuǎn)子跌落所產(chǎn)生的摩擦熱把保護軸承的內(nèi)圈與轉(zhuǎn)子燒焊在一起?？梢娫诟咚俎D(zhuǎn)子跌落所產(chǎn)生的巨大的摩擦熱可使得潤滑涂層氧化失效。因此必須考慮其他潤滑方式，以保證轉(zhuǎn)子對支承軸承的沖擊要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種高速轉(zhuǎn)子跌落碰摩防護自潤滑支承方法，針對高速軸承轉(zhuǎn)子的跌落碰摩過程，將支承軸承由硅鋼片經(jīng)不導(dǎo)電且不導(dǎo)磁的固體自潤滑樹脂粘結(jié)疊壓后固化，形成嵌藏式自潤滑表面，實現(xiàn)支承表面自潤滑，軟質(zhì)自潤滑材料可緩解轉(zhuǎn)子在跌落時對支承軸承沖擊帶來的渦動，同時保護轉(zhuǎn)子表面。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種高速轉(zhuǎn)子跌落碰摩防護自潤滑支承方法，包括下列步驟步驟一、自潤滑材料的制備本發(fā)明的自潤滑材料由粘接劑、固體潤滑劑、固化劑、稀釋劑組成，粘接劑采用環(huán)氧樹脂E51，固體潤滑劑選用二硫化鉬、石墨，固化劑為聚酰胺和對二氨基-二苯甲烷DDM， 稀釋劑選用丁酮，各組分間的重量百分?jǐn)?shù)為
環(huán)氧樹脂50%-70%二硫化鉬10%-20%石墨5%-15%聚酰胺5%- 10%DDM5%- 15%丁酮5%-15%按配方稱取環(huán)氧樹脂，二硫化鉬和石墨研磨，再加入聚酰胺和DDM研磨，最后加入丁酮進一步研磨，保證各組分混合均勻；步驟二、疊片基體制備(1)采用自潤滑疊層表面將外徑相同、內(nèi)徑分別為屯、4 > d2)的圓環(huán)片，超聲清洗去除表面油污和其它附著物，然后將圓環(huán)片用步驟一制備的自潤滑材料粘貼疊置成所需溝槽表面并固化成型，再向溝槽中填充步驟一制備的自潤滑材料，得到自潤滑疊層表面再固化成型，將固化好的表面進行研磨去除高出基體表面的自潤滑材料得到軟硬材料交替排列的自潤滑支承軸承，自潤滑材料的填充深度為h，h = (Cl1-Cl2)/2，自潤滑材料的填充比為λ，λ =Σ 10/1, (O^ λ < 1)，其中Σ Itl為溝槽的總長度，1為疊層表面的總長度，改變Σ 1和1即可優(yōu)化疊層表面的填充比；(2)采用織構(gòu)化表面沿內(nèi)徑為d2的圓環(huán)片的內(nèi)邊緣加工出織構(gòu)，尺寸大小從微米級到毫米級，然后將織構(gòu)化的圓環(huán)片與無織構(gòu)的內(nèi)徑為d2的圓環(huán)片用自潤滑材料粘貼疊置并固化成型，再向形成陣列微坑中填充步驟一制備的自潤滑材料，得到自潤滑織構(gòu)表面再固化成型，將固化好的表面進行研磨去除高出基體表面的自潤滑材料得到軟硬材料交替排列的自潤滑支承，自
_ab
潤滑材料的填充比為Sp,^ =2π、，其中a為單個圓環(huán)片上織構(gòu)周向?qū)挾?，b為
2 360°
疊置后的織構(gòu)化的圓環(huán)片的厚度，c為疊置后的未織構(gòu)化的圓環(huán)片的厚度，d2為圓環(huán)片的內(nèi)徑，θ為織構(gòu)在圓環(huán)上的均勻分布角。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著特點為(1)本發(fā)明的自潤滑材料處于低位的溝槽或陣列微坑內(nèi)，在摩擦熱的激勵下滲出表面，具有自適應(yīng)性；( 本發(fā)明的嵌藏自潤滑材料能保持潤滑性能，延長壽命；C3)本發(fā)明的支承表面為軟硬材料交替排列，其中軟質(zhì)的自潤滑材料為高阻尼材料，通過調(diào)整疊置時的軟硬材料排列次序，獲得剛度和阻尼可調(diào)的支承表面，該表面在滿足支承強度的需求同時也能夠吸收沖擊功起到緩沖作用；(4)本發(fā)明可用于苛刻環(huán)境，尤其是空間環(huán)境等無油(脂)潤滑場合。(5)本發(fā)明的電磁軸承不需要輔助滾動軸承，降低成本提高系統(tǒng)的可靠性。本發(fā)明的有益效果可以有效地降低碰摩時的摩擦，減少轉(zhuǎn)子表面磨損。優(yōu)化后自潤滑表面的摩擦系數(shù)比未潤滑的表面降低20 60%以上、磨損率降低1 2個數(shù)量級。


圖1為本發(fā)明的跌落碰摩防護自潤滑支承示意圖。圖2為本發(fā)明的實施例一制備工藝流程圖，其中圖2-a為疊層基體制備過程示意圖；圖2-b為疊層表面制備示意圖；圖2-c為自潤滑支承制備示意圖。圖3為本發(fā)明的實施例二制備工藝流程圖，其中圖3_a為織構(gòu)基體制備過程示意圖；圖3-b為織構(gòu)表面制備示意圖；圖3-c為自潤滑支承制備示意圖。圖4為本發(fā)明的自潤滑表面的摩擦學(xué)性能柱狀圖，其中圖如為摩擦系數(shù)對比柱狀圖，圖4b為摩損率對比柱狀圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。實施例一步驟一、自潤滑材料的制備將質(zhì)量百分比為50%的環(huán)氧樹脂，20%的二硫化鉬和5%的石墨研磨30min，再加入質(zhì)量百分比為7. 5%的聚酰胺和12. 5%的DDM研磨30min，最后加入5%的丁酮進一步研磨，保證各組分混合均勻；步驟二、疊片基體制備(1)采用自潤滑疊層表面將外徑60mm、內(nèi)徑；35讓、厚度0. 35mm第一圓環(huán)硅鋼片3和外徑60mm、內(nèi)徑32mm厚度0. 35mm第二圓環(huán)硅鋼片4，依次放入酒精和丙酮中，超聲波各清洗lOmin，去除表面油污和其它附著物，真空干燥箱120°C烘干air，在0. 20 0. 35MPa下用噴槍把自潤滑材料均勻噴涂圓環(huán)硅鋼片3和圓環(huán)硅鋼片4兩側(cè)，噴涂5厚度為5 10 μ m，參照圖2_a，取四片第一圓環(huán)硅鋼片3和一片第二圓環(huán)硅鋼片4，沿外徑方向整齊疊置，并按上述疊置方式周期排列至設(shè)計所需支承軸承的設(shè)計寬度，得到所需溝槽表面固化成型，參照圖2-b，再向溝槽中填充步驟一制備的自潤滑材料，將固化好的表面進行研磨去除高出基體表面的自潤滑材料得到自潤滑疊層表面再固化成型，參照圖2-c，自潤滑疊層表面的填充比為20%。圖2-c中， h為所形成溝槽的深度；Itl為單個溝槽的寬度，1為軸承的寬度。同理設(shè)計并制備填充比為40^^60^^80%的轉(zhuǎn)子跌落碰摩防護自潤滑支承，自潤滑支承形狀如圖1所述，圖1中1為自潤滑材料，2為疊片基體。實施例二
步驟一、自潤滑材料的制備將質(zhì)量百分比為50%的環(huán)氧樹脂，20%的二硫化鉬和5%的石墨研磨30min，再加入質(zhì)量百分比為7. 5%的聚酰胺和12. 5%的DDM研磨30min，最后加入5%稀釋劑丁酮進一步研磨，保證各組分混合均勻；步驟二、疊片基體制備采用織構(gòu)化表面在厚度為圓環(huán)片的內(nèi)邊緣加工出織構(gòu)，即將厚度為0. 35mm的第一硅鋼片6加工成外徑60mm，內(nèi)徑35mm圓環(huán)；再將厚度為0. 35mm的第二硅鋼片7加工成外徑60mm，內(nèi)徑35mm，內(nèi)邊緣加工均勻分布角為18°的1 X Imm矩形織構(gòu)，第一硅鋼片6和第二硅鋼片 7依次放入酒精和丙酮中，超聲波各清洗lOmin，去除表面油污和其它附著物，真空干燥箱 120°C烘干air，在0. 20 0. 35MPa下用噴槍把自潤滑材料均勻噴涂無織構(gòu)第一硅鋼片6和織構(gòu)化第二硅鋼片7兩側(cè)，噴涂5厚度為5 10 μ m，參照圖3-a然后將四片織構(gòu)化的第二硅鋼片7與八片無織構(gòu)的第一硅鋼片6用自潤滑材料粘貼疊置并固化成型，固化成型采用室溫25°C固化Mhr，180°C固化^r并隨爐冷卻，參照圖3_b，再向形成陣列微坑中填充步驟一制備的自潤滑材料，得到自潤滑織構(gòu)表面再固化成型，將固化好的表面進行研磨去除高出基體表面的自潤滑材料得到軟硬材料交替排列的自潤滑織構(gòu)化表面，參照圖3-c，自潤滑織構(gòu)化表面的填充比為12.7%，圖3-a中，θ為織構(gòu)分布角度，a、h為矩形織構(gòu)的長和寬， 圖3-b中，b為織構(gòu)圓片的疊置厚度，c為無織構(gòu)圓片的疊置厚度。同理織構(gòu)類型為半圓或三角形或其他形狀的也按上述方法制備自潤滑支承。本專利所保護的不限于上述的填充比、幾何圖形、分布參數(shù)。摩擦學(xué)性能分析將實施例一中的填充比為20%、40%、60%、80%和無填充的支承軸承表面進行摩擦學(xué)性能測試，在UMT-2摩擦磨損試驗機上按球-盤模式進行，上試樣為Φ9. 5mm的52100 鋼球(HRC 58)；下試樣分別為基體表面、自潤滑疊層表面。試驗載荷10N，選用的速度為 lOOrpm。每次摩擦試驗時間為30min，環(huán)境溫度為室溫。試驗結(jié)果見圖4。從圖4可見自潤滑表面能有效地降低摩擦和磨損，其中填充比為0的表面是基體表面，該表面的摩擦系數(shù)為0. 56，磨損率為10_8kg/N · m遠遠大于經(jīng)過優(yōu)化的自潤滑疊層表面。
權(quán)利要求
1. 一種高速轉(zhuǎn)子跌落碰摩防護自潤滑支承方法，其特征在于，包括下列步驟 步驟一、自潤滑材料的制備自潤滑材料由粘接劑、固體潤滑劑、固化劑、稀釋劑組成，粘接劑采用環(huán)氧樹脂E51，固體潤滑劑選用二硫化鉬、石墨，固化劑為聚酰胺和對二氨基-二苯甲烷DDM，稀釋劑選用丁酮，各組分間的重量百分?jǐn)?shù)為環(huán)氧樹脂50%-70%二硫化鉬10%-20%石墨5%-15%聚酰胺5%- 10%DDM5%- 15%丁酮5%-15%按配方稱取環(huán)氧樹脂，二硫化鉬和石墨研磨，再加入聚酰胺和DDM研磨，最后加入丁酮進一步研磨，保證各組分混合均勻； 步驟二、疊片基體制備采用自潤滑疊層表面將外徑相同、內(nèi)徑分別為屯、( > d2)的圓環(huán)片，超聲清洗去除表面油污和其它附著物，然后將圓環(huán)片用步驟一制備的自潤滑材料粘貼疊置成所需溝槽表面并固化成型，再向溝槽中填充步驟一制備的自潤滑材料，得到自潤滑疊層表面再固化成型，將固化好的表面進行研磨去除高出基體表面的自潤滑材料得到軟硬材料交替排列的自潤滑支承軸承，自潤滑材料的填充深度為h，h = (Cl1-Cl2)/2，自潤滑材料的填充比為λ，λ =Σ 10/1, (O^ λ < 1)，其中Σ Itl為溝槽的總長度，1為疊層表面的總長度，改變Σ 1和1即可優(yōu)化疊層表面的填充比；
2. 一種高速轉(zhuǎn)子跌落碰摩防護自潤滑支承方法，其特征在于，步驟二、疊片基體制備采用織構(gòu)化表面制備，沿內(nèi)徑為d2的圓環(huán)片的內(nèi)邊緣加工出織構(gòu)，尺寸大小可以從微米級到毫米級，然后將織構(gòu)化的圓環(huán)片與無織構(gòu)的內(nèi)徑為d2的圓環(huán)片用自潤滑材料粘貼疊置并固化成型，再向形成陣列微坑中填充步驟一制備的自潤滑材料，得到自潤滑織構(gòu)表面再固化成型，將固化好的表面進行研磨去除高出基體表面的自潤滑材料得到軟硬材料交替排列的 自潤滑支承，自潤滑材料的填充比為
全文摘要
一種高速轉(zhuǎn)子跌落碰摩防護自潤滑支承方法，首先制備自潤滑材料，然后再粘貼疊片基體，最后將自潤滑材料填充到疊片基體的溝槽或陣列微坑中，得到自潤滑支承，本發(fā)明針對高速軸承轉(zhuǎn)子的跌落碰摩過程，形成嵌藏式自潤滑表面，實現(xiàn)支承表面自潤滑，軟質(zhì)自潤滑材料可緩解轉(zhuǎn)子在跌落時對支承軸承沖擊帶來的渦動，同時保護轉(zhuǎn)子表面。
文檔編號F16C32/04GK102434588SQ20111034390
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者張東亞, 毛軍紅, 董光能 申請人:西安交通大學(xué)