本发明属于轴承技术领域，具体的说，是涉及一种自润滑滑动轴承。
背景技术：
滑动轴承工作时发生的是滑动摩擦，滑动摩擦力的大小主要取决于轴承配合面的材料性能。在滑动摩擦过程中，常常通过机械方式在轴承配合面人为加工具有一定形状和尺寸的表面微结构，称为表面织构。表面织构可以储存润滑液，能够增加润滑膜承载能力，改善润滑效果，提高抗磨性能。但传统材料经过加工形成的表面织构容易在轴承使用过程中磨损，导致表面织构使用寿命较为有限。
滑动轴承分为整体式和剖分式滑动轴承。整体式滑动轴承中，轴与轴瓦的间隙不可调，轴瓦材料需要整体加工，加工难度和更换成本较高。而传统剖分式滑动轴承的剖分式轴瓦一般为上下两部分组成，由复合材料制造而成的剖分式轴瓦加工成上下两部分的效率低，难度和成本高。
技术实现要素：
为了保证表面织构在滑动轴承的使用过程中始终发挥作用，本发明提供了一种具有全寿命表面织构的自润滑滑动轴承，其利用ptfe基长碳纤维定向复合材料加工为剖分式轴瓦，实现磨损过程剖分式轴瓦的表面织构永久性存在于摩擦面，从而形成良好的动压油膜和自润滑效果，实现低摩擦系数，高耐磨性，耐腐蚀，减振降噪性能优等效果。
本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种具有全寿命表面织构的自润滑滑动轴承，包括剖分式轴瓦，所述剖分式轴瓦之间设置有内部支撑架，所述内部支撑架对剖分式轴瓦周向定位，同时所述内部支撑架使所述剖分式轴瓦的工作表面外露并使所述剖分式轴瓦与配合的轴径相接触；所述剖分式轴瓦和所述内部支撑架外部套装有外部支撑罩，所述外部支撑罩径向定位所述剖分式轴瓦；所述外部支撑罩两端分别设置有端盖，所述端盖与所述内部支撑架通过支撑架内六角螺栓连接固定，所述端盖与所述外部支撑罩通过端盖内六角螺栓连接固定；
所述剖分式轴瓦采用ptfe基长碳纤维定向复合材料制成，所述ptfe基长碳纤维定向复合材料中的长碳纤维与所述剖分式轴瓦的工作表面相垂直。
其中，所述ptfe基长碳纤维定向复合材料按照重量百分数由以下原料制成：
3-20wt％的微米级硬质陶瓷粒子，3-20wt％的短碳纤维，3-30wt％的长碳纤维，余量为聚四氟乙烯；
所述长碳纤维在所述微米级硬质陶瓷粒子、所述短碳纤维和所述ptfe粉末搅拌后的混合物中定向均匀排布，所述长碳纤维采用1k-24k的小束丝或24k以上的大束丝，根据重量百分数确定的所述长碳纤维按照束丝在预制件模具空间中相互平行的等间距阵列；
所述微米级硬质陶瓷粒子粒径区间为0.1-5微米，所述短碳纤维过400目筛；所述长碳纤维直径为6-7微米；所述聚四氟乙烯采用平均粒径为10-30微米的ptfe粉末。
优选地，所述微米级硬质陶瓷粒子为微米级碳化硅粒子、微米级氮化硅粒子、微米级二氧化硅粒子、微米级氮化硼粒子或微米级氧化铝粒子。
优选地，所述长碳纤维型号为1k、3k、6k、24k。
其中，所述剖分式轴瓦的制备方法如下：
(1)按重量百分数称取所述微米级硬质陶瓷粒子、所述短碳纤维和所述ptfe粉末，混合后进行机械搅拌；
(2)根据所述微米级硬质陶瓷粒子、所述短碳纤维、所述ptfe粉末、所述长碳纤维的重量百分数以及模具空间，计算所述长碳纤维按照束丝在预制件模具空间中等间距阵列的设定距离，并将所述长碳纤维束丝截取与模具相同的长度；
(3)将步骤(1)搅拌后的混合物均匀铺入模具中，按照步骤(2)得到的设定距离每铺入一层所述混合物后，按照步骤(2)得到的设定距离等间距间隔放置截取长度后的所述长碳纤维束丝，一层所述长碳纤维束丝放置完毕后，再按照步骤(2)得到的设定距离铺入所述混合物，如此重复至原料用尽，最后在室温下进行冷压成型获得预制件；其中，冷压成型的压力为25±5mpa，保压时间为40±10min，保压温度为室温；
(4)将预制件放入马弗炉中进行烧结，烧结程序为：自30℃升温至327℃，升温速率为100℃/h；在327℃保温30min；自327℃升温至380℃，升温速率为60℃/h；在380℃保温1h；自380℃降温至327℃，升温速率为60℃/h；在327℃保温30min；自327℃降温至150℃，降温速率为100℃/h；到达150℃后空冷至室温；
(5)烧结后的预制件经过加工中心加工后形成剖分式轴瓦。
其中，所述剖分式轴瓦的剖分数量为四个、六个、八个或十个。
其中，所述内部支撑架包括多个径向均布的长方体结构，长方体结构的数量与剖分式轴瓦的剖分数量一致，每个长方体结构的两端面对称地分别设置有内螺纹孔，该内螺纹孔与所述支撑架内六角螺栓相匹配。
其中，所述外部支撑罩为薄壁圆筒形结构，该薄壁圆筒形结构的两个圆环端面对称地分别设置有均匀分布的内螺纹孔，该内螺纹孔的尺寸与所述端盖内六角螺栓相匹配。
其中，所述端盖设有与所述内部支撑架的内螺纹孔对应的第一通孔，所述端盖设有与外部支撑罩的内螺纹孔对应的第二通孔，第一通孔与第二通孔交错排列且径向均布。
其中，所述内部支撑架、所述外部支撑罩和所述端盖共同组成轴承保持架，轴承保持架的材料选为青铜、黄铜、铝青铜或钢，并进行表面防锈处理。
本发明的有益效果是：
(一)本发明的自润滑滑动轴承采用ptfe基长碳纤维定向复合材料加工剖分式轴瓦，该材料具有高耐磨性，耐腐蚀，减振降噪性能优等特点，该材料用于滑动轴承轴瓦时，在液体润滑时有助于形成动压油膜，润滑突然中断或干摩擦时也可形成自润滑效果；本发明将ptfe基长碳纤维定向复合材料中的长碳纤维设计为垂直于滑动轴承摩擦面的方向，从而使长碳纤维在摩擦表面随磨损过程不断形成表面织构，进而实现表面织构永久性存在于摩擦面，不会因磨损而消，最终利于动压油膜和自润滑效果的形成。
(二)本发明的自润滑滑动轴承采用剖分式轴瓦结构，不仅使轴与轴瓦之间的间隙可以调整，而且结合了ptfe基长碳纤维定向复合材料预制件的烧制特点，提高了轴瓦的制备效率和成功率，降低了制备成本，使得轴承的维修和更换成本降低；同时，本发明的自润滑滑动轴承采用内部支撑架和外部支撑罩相配合，有效地使剖分式轴瓦固定和定位，结构紧凑，便于加工和制造，也便于拆卸和更换。
(三)本发明的自润滑滑动轴承工作平稳、可靠、无噪声，在液体润滑状态下易于形成动压油膜，有效的减少摩擦损失和表面磨损，同时在润滑突然中断或干摩擦状态下可以有效的形成自润滑效果，适应任何复杂工况；剖分式轴瓦采用ptfe基长碳纤维定向复合材料形成永久性表面织构，定向的长碳纤维一方面在磨损过程中持续形成新的表面织构，另一方面碳纤维的加入也有助于自润滑效果的形成。
附图说明
图1为本发明所提供的自润滑滑动轴承的结构爆炸图；
图2为本发明所提供的自润滑滑动轴承的总装配体轴测图；
图3为本发明所提供的自润滑滑动轴承的总装配体正视图；
图4为本发明所提供的自润滑滑动轴承中内部支撑架的轴测图；
图5为本发明所提供的自润滑滑动轴承中内部支撑架的三视图；
图6为本发明所提供的自润滑滑动轴承中外部支撑罩的轴测图；
图7为本发明所提供的自润滑滑动轴承中端盖的轴测图；
图8为本发明所提供的自润滑滑动轴承中剖分式轴瓦的轴测图；
图9为本发明所提供的自润滑滑动轴承中剖分式轴瓦的零件图；
图10为ptfe基长碳纤维定向复合材料预制件的示意图。
其中：1.内部支撑架，2.外部支撑罩，3.剖分式轴瓦，4.端盖内六角螺栓，5.端盖，6.支撑架内六角螺栓，7.表面织构。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1至图3所示，本实施例提供了一种具有全寿命表面织构的自润滑滑动轴承，包括内部支撑架1、外部支撑罩2、剖分式轴瓦3、端盖内六角螺栓4、端盖5、支撑架内六角螺栓6。其中：端盖内六角螺栓4为用于固定左、右端盖5与外部支撑罩2的内六角螺栓，为标准件；支撑架内六角螺栓6为固定左、右端盖5与内部支撑架1的内六角螺栓，为标准件。
如图4和图5所示，内部支撑架1包括四个径向均布的长方体结构，长方体结构的两端面对称地分别设置有一个内螺纹孔，该内螺纹孔的尺寸与选用的支撑架内六角螺栓6相匹配。内部支撑架1用于周向定位和固定剖分式轴瓦3，使剖分式轴瓦3的工作表面外露，并使剖分式轴瓦3与配合的轴径相接触，而内部支撑架1与轴径不接触。
如图6所示，外部支撑罩2为薄壁圆筒形结构，该薄壁圆筒形结构的两个圆环端面对称地分别设置有四个均匀分布的内螺纹孔，该内螺纹孔的尺寸与选用的端盖内六角螺栓相匹配。外部支撑罩2的外回转面用于与缸体轴承孔配合，同时还起到固定左、右端盖5的作用，使剖分式轴瓦3固定和径向定位于外部支撑罩2内侧，便于承载。
如图7所示，左、右端盖5为圆盘状结构，其圆盘面上设有与内部支撑架1的四个内螺纹孔大小相同、位置相对的第一通孔，同时还设有与外部支撑罩2的四个内螺纹孔大小相同、位置相对的第二通孔，第一通孔与第二通孔相间隔的交错排列，八个第一通孔与第二通孔之间均为径向均布。左、右端盖5用于内部支撑架1和外部支撑罩2之间轴向和周向的定位和固定，并用于轴向定位和固定剖分式轴瓦3。
内部支撑架1、外部支撑罩2和左、右端盖5共同组成轴承保持架，轴承保持架的材料可以选为青铜、黄铜、铝青铜或钢，并进行表面防锈处理。
如图8和图9所示，剖分式轴瓦3采用ptfe基长碳纤维定向复合材料烧制而成，其中定向的长碳纤维与剖分式轴瓦3的摩擦面(即工作表面)相垂直。通过ptfe基长碳纤维定向复合材料烧结形成的长方体预制件经过加工中心加工后形成圆筒状的剖分式轴瓦3，剖分式轴瓦3占滑动轴承一周的八分之七或九分之八。这样，剖分式轴瓦3可由ptfe基长碳纤维定向复合材料中的长碳纤维形成永久性的表面织构7，通过与轴承保持架相互配合，工作表面外露与轴径相互配合，形成动压油膜或自润滑效果。剖分式轴瓦的剖分数量不限于四个，根据加工制造水平、轴承工况等要求，可以剖分为四个、六个、八个、十个等；内部支撑架1中长方体结构的数量与剖分式轴瓦的剖分数量一致。
内部支撑架1与左、右端盖5通过支撑架内六角螺栓6连接固定，左、右端盖5与外部支撑罩2通过端盖内六角螺栓4连接固定，剖分式轴瓦3与内部支撑架1间隔放置，填充于轴承保持架内部。
本发明所提供的一种具有全寿命表面织构的自润滑滑动轴承，其装配顺序为：(1)左端盖5与内部支撑架1通过支撑架内六角螺栓6连接，(2)剖分式轴瓦3放置于内部保持架1形成的四个空隙中，(3)将外部支撑罩2套在步骤(2)放置剖分式轴瓦3后的装配体上，并用端盖内六角螺栓4将外部支撑罩2与左端盖5固定连接，(4)先后将右端盖5通过支撑架内六角螺栓6和端盖内六角螺栓4固定于步骤(3)完成后的装配体上。
具有全寿命表面织构的自润滑滑动轴承的外部支撑罩2与为轴承外圈，与缸体或轴承孔配合，内部的剖分式轴瓦3为和轴接触的摩擦面，中间充满润滑油。
本发明所提供的一种具有全寿命表面织构的自润滑滑动轴承，通过剖分式轴瓦3的ptfe基长碳纤维定向复合材料内部与摩擦面垂直的定向长碳纤维形成永久性表面织构，有助于形成动压油膜或自润滑效果。由内部支撑架1、外部支撑罩2和左、右端盖5装配形成的金属轴承保持架使四块剖分式轴瓦3有效的定位和固定在轴承内部，使结构紧凑，便于加工制造和拆卸更换。最终形成的滑动轴承具有永久的表面织构，摩擦系数低，耐磨性强，耐腐蚀性高，减振降噪性能优，自润滑效果好。
本发明的剖分式轴瓦3所采用的ptfe基长碳纤维定向复合材料，按照重量百分数由以下原料制成：3-20wt％的微米级硬质陶瓷粒子，3-20wt％的短碳纤维，3-30wt％的长碳纤维，余量为聚四氟乙烯；长碳纤维在微米级硬质陶瓷粒子、短碳纤维和ptfe粉末搅拌后的混合物中定向均匀排布，长碳纤维采用1k-24k的小束丝或24k以上的大束丝，根据重量百分数确定的长碳纤维按照束丝在预制件模具空间中相互平行的等间距阵列；微米级硬质陶瓷粒子粒径区间为0.1-5微米，短碳纤维过400目筛；长碳纤维直径为6-7微米；聚四氟乙烯采用平均粒径为10-30微米的ptfe粉末。
其中，微米级硬质陶瓷粒子可以选用微米级碳化硅粒子、微米级氮化硅粒子、微米级二氧化硅粒子、微米级氮化硼粒子或微米级氧化铝粒子。
其中，长碳纤维型号优选为1k、3k、6k、24k。
上述具有表面织构的长碳纤维定向复合材料的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)按重量百分数称取微米级硬质陶瓷粒子、短碳纤维和ptfe粉末，混合后进行机械搅拌；
(2)根据微米级硬质陶瓷粒子、短碳纤维、ptfe粉末、长碳纤维的重量百分数以及模具空间，计算长碳纤维按照束丝在预制件模具空间中等间距阵列的设定距离，并将长碳纤维束丝截取与模具相同的长度；
(3)将步骤(1)搅拌后的混合物均匀铺入模具中，按照步骤(2)得到的设定距离每铺入一层所述混合物后，按照步骤(2)得到的设定距离等间距间隔放置截取长度后的所述长碳纤维束丝，一层所述长碳纤维束丝放置完毕后，再按照步骤(2)得到的设定距离铺入所述混合物，如此重复至原料用尽，最后在室温下进行冷压成型获得长方体预制件；其中，冷压成型的压力为25±5mpa，保压时间为40±10min，保压温度为室温；
(4)将长方体预制件放入马弗炉中进行烧结，烧结程序为：自30℃升温至327℃，升温速率为100℃/h；在327℃保温30min；自327℃升温至380℃，升温速率为60℃/h；在380℃保温1h；自380℃降温至327℃，升温速率为60℃/h；在327℃保温30min；自327℃降温至150℃，降温速率为100℃/h；到达150℃后空冷至室温；
(5)烧结后的长方体预制件如图10所示，经过加工中心加工后形成圆筒状的剖分式轴瓦，如图9所示。
这种ptfe基长碳纤维定向复合材料将特定配比的微米级硬质陶瓷粒子和短碳纤维混合填充，长碳纤维定向排布在耐腐蚀性极强的ptfe材料中，并根据ptfe材料的成型特点，选用压制、烧结的方式将其与填充的微米级硬质陶瓷粒子、短碳纤维和长碳纤维黏合在一起；其同时具备了硬质陶瓷粒子的高硬度、耐磨性以及润滑性，短碳纤维的比重小的特点和耐低温性能，长碳纤维定向结构的表面织构形成的动压油膜或自润滑性能，提升了复合材料的综合性能，有效地降低了摩擦系数和磨损率。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。