织物型表面织构摩擦预填充式自润滑关节轴承的制作方法

本发明涉及一种航空制造领域，具体涉及一种织物型表面织构摩擦预填充式自润滑关节轴承。

背景技术：

自润滑关节轴承因具有结构紧凑、承载能力大、使用温度范围广、安全可靠、耐冲击及良好的自润滑性能等诸多优点，已在大型军/民用运输机、新型歼击机、武装直升机等机型重要部位被普遍采用。但是，国产自润滑关节轴承与国外先进水平仍有较大差距，如瑞典skf轴承(采用该公司x1型摩擦副技术或xl摩擦副技术)比国产轴承使用寿命高约1.5-2倍左右。2014年更新的美国汽车工程师协会标准saeas81820和as81819均提高了产品寿命要求，其中as81820提出了耐10万次磨损寿命的衬垫，使其寿命从现有的2.5万次提高了4倍；as81819-2提出了明确的指标要求，即在15mpa、4m/min的实验条件下进行600h试验后，最大平均磨损量不大于1.2×10^-4mm/h，磨损量不大于0.127mm。随着航空装备发展，自润滑关节轴承的服役工况越来越苛刻，对自润滑关节轴承性能要求越来越高。

制约自润滑关节轴承发展的根源是摩擦副固体与固体界面的摩擦问题，提高自润滑关节轴承性能关键在于降低界面摩擦阻力。按自润滑材料分类，航空自润滑关节轴承主要可分为织物型和非织物型两种。目前，航空自润滑关节轴承大量采用织物型衬垫作为自润滑层。织物型自润滑关节轴承的寿命取决于衬垫的摩擦磨损寿命。

表面织构是一种非常有效的改进零件摩擦学性能的手段，在相互摩擦的表面加工织构可以起到储存和容纳磨屑的作用，减少固体表面的直接接触，达到降低摩擦、减小磨损的目的。部分研究已将表面织构技术应用于自润滑关节轴承。例如，中国专利《一种固体润滑航空关节轴承及其制造方法》(cn105864284a)公开了一种固体润滑航空关节轴承及其制造方法。该关节轴承内圈外表面和外圈内表面均加工有一层经超声滚压强化得到的强化层，且强化层表面布置有微织构，超声表面强化的同时，加入二硫化钼、二硫化钨、二烷基二硫代氨基甲酸钼、片状石墨、石墨烯、氟化石墨中任意一种或几种固体润滑剂，这样使得关节轴承内圈外表面和外圈内表面及微织构内都具有一层固体润滑脂层，极大提高了关节轴承的承载能力，改善摩擦副润滑性能，提高耐磨损性能，大幅提高关节轴承的使用寿命。该项发明工作时，内外圈之间具有游离的固体润滑剂，不属于织物型自润滑关节轴承。

由于表面织构的边缘在摩擦初期对织物型衬垫具有加速磨损作用，限制了表面织构技术在织物型自润滑关节轴承产品的应用。

本发明为提高织物型自润滑关节轴承的服役性能，提供一种表面织构摩擦预填充工艺，通过对轴承内圈外表面加工表面织构、利用摩擦预填充自润滑材料的方法，达到降低衬垫初期的摩擦磨损，降低启动力矩并延长磨损寿命，提高航空织物型自润滑关节轴承使用性能的目的。

技术实现要素：

根据上述设计思想，本发明的目的在于提供一种织物型表面织构摩擦预填充式自润滑关节轴承，用以满足目前航空高新装备发展中越来越复杂的工况需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种织物型表面织构摩擦预填充式自润滑关节轴承，所述关节轴承包括轴承外圈和轴承内圈，所述轴承内圈外壁为球面，轴承内圈的外球面加工有表面织构，表面织构的宽度为轴承内圈外表面宽度的30％-80％；所述表面织构进行自润滑材料摩擦预填充；所述轴承外圈内壁为与所述轴承内圈相配合的内球面，所述轴承外圈内球面表面粘结有一层织物自润滑材料衬垫。

所述自润滑关节轴承的轴承内圈具有自润滑材料摩擦预填充的表面织构，所述表面织构可采用激光加工或机械加工对其金属表面局部进行去除而形成的具有一定形状和规则排列的凹痕。

所述表面织构的凹痕形状为圆形、正方形或菱形，所述圆形凹痕的直径为30-200μm；所述正方形凹痕的边长为30-200μm；所述菱形凹痕的边长为30-200μm；上述圆形、正方形或菱形凹痕的深度为5-20μm，面密度为10％-60％。

所述表面织构进行自润滑材料摩擦预填充技术处理，所述摩擦预填充将自润滑材料通过内圈与自润滑材料摩擦方式预填充到表面织构中，形成自润滑材料摩擦预填充型表面织构结构。

所述自润滑材料为聚四氟乙烯(ptfe)基复合材料。

本发明的有益效果是：对于织物型自润滑关节轴承，在金属表面加工表面织构并做摩擦预填充处理，自润滑材料在摩擦方式下填充更易于充满表面织构而且工艺简单，织构化表面预填充的自润滑材料优化了摩擦界面材料配置，使得摩擦表面转移膜易于生成，并在一定程度上弱化织构边缘切削效应，使得摩擦界面具有较低的静摩擦系数(低启动力矩)和较低的动摩擦系数成为可能，从而大幅度提高自润滑关节轴承的使用寿命。

附图说明

图1是织物型表面织构摩擦预填充式自润滑关节轴承的剖视图；

图2是织物型表面织构摩擦预填充式自润滑关节轴承的内圈织构三维示意图；

图3是轴承内圈外球面表面织构摩擦预填充的示意图；

图4是织物型表面织构摩擦预填充式自润滑关节轴承三维示意图；

图5是有无表面织构摩擦预填充对自润滑关节轴承摩擦磨损性能影响；

图6是有无表面织构摩擦预填充对自润滑衬垫磨损形貌的影响。

在上述附图中，1-轴承外圈，2-自润滑衬垫，3-轴承内圈，4-凹痕形状，5-表面织构，h：表面织构宽度，h:轴承内圈外表面宽度。

具体实施方式

实施例1

图1～图4是本发明公开的一种织物型表面织构摩擦预填充式自润滑关节轴承，其中，1是轴承外圈，3是轴承内圈，所述轴承内圈3外壁为球面，轴承内圈3的外球面加工有表面织构5，表面织构5的宽度为轴承内圈3外表面宽度的40％，所述表面织构5进行自润滑材料摩擦预填充；所述轴承外圈1内壁为与所述轴承内圈3相配合的内球面，轴承外圈1内球面表面粘结有一层织物自润滑衬垫2。所述自润滑关节轴承的轴承内圈3具有自润滑材料预填充的表面织构5，所述表面织构5采用激光加工金属表面局部进行去除而形成的具有一定形状和规则排列的凹痕。

本发明中，表面织构5的形状为圆形凹痕4，所述圆形凹痕4的直径为100μm；圆形凹痕4的深度为10μm，面密度为14.3％。

所述表面织构5通过自润滑材料摩擦预填充技术手段，将聚四氟乙烯(ptfe)基复合材料预填充到表面织构中，形成自润滑材料摩擦预填充型表面织构结构。

本发明织物型表面织构摩擦预填充式自润滑关节轴承的原理是：在自润滑关节轴承内圈外球面加工表面织构，在摩擦过程中填充的自润滑材料可以充满并存储于表面织构，同时在自润滑关节轴承内圈外球面的金属基体表面初步形成转移膜，将完成摩擦预填充自润滑材料的轴承内圈与带有衬垫的外圈装配到一起，形成的产品将在工作初期具有较低的静摩擦系数(低启动力矩)，随着磨损过程的进行，自润滑材料损耗-填充过程将保证自润滑关节轴承的动摩擦系数保持在较低且稳定的状态，从而实现提高轴承服役性能、延长服役寿命的目的。

织物型表面织构摩擦预填充式自润滑关节轴承性能对比试验：

表面织构参数：直径为100μm；深度为10μm，面密度为14.3％。利用航空自润滑关节轴承服役性能评价试验机对两种自润滑关节轴承进行了服役性能评价试验。试验参数为：常温，载荷：25kn，摆动频率：2.5hz。实验结果如图5与图6所示。从图5可以看出，有表面织构摩擦预填充的自润滑关节轴承在服役过程中具有更低的摩擦扭矩(摩擦系数)以及更小的磨损量；从图6可以看出，有表面织构摩擦预填充(a)的自润滑关节轴承中自润滑衬垫的编织结构依然保持完整，表面塑性变形很小，而表面织构无摩擦预填充(b)的自润滑关节轴承其自润滑衬垫塑性变形严重，聚四氟乙烯纤维和芳纶纤维均有一定程度的塑性流动，已经无法辨别出织物编织结构。这些实验结果表明织物型表面织构摩擦预填充式自润滑关节轴承的服役性能得到了有效的提升。