船舶用水润滑橡胶轴承模具及工装设计毕业设计说明书(编辑修改稿)

船舶用水润滑橡胶轴承模具及工装设计毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

，水润滑橡胶轴承的研究与应用会得到长足的发展。 水润滑橡胶轴承的设计原则 橡胶层的厚度 橡胶轴瓦的厚度是橡胶轴承设计中的重要参数 ,取决于轴径、轴的平衡度、轴的转动频率和沟槽的断面以及载荷等。 但在实际中橡胶层的最小厚度主要考虑轴承正常工作时 ,悬浮于水中的砂粒尺寸 ,其次还考虑结构尺寸 ,包括为了满足橡胶轴承表面和旋转轴颈表面之间建立流体动压润滑所要求的最小楔形角 ,也就是说要限制轴颈陷入橡胶材料的程度 ,因此也与载荷有关。 一般橡胶层以薄为好。 理论上橡胶层最小厚度为 ～ ,但由于制造工艺困难 ,建议橡胶层最小厚度为 6ｍｍ。 另外 ,橡胶轴瓦与金属轴套间要有良好的粘附强度。 橡胶与黄铜的粘合是最安全可靠的 ,操作也简单 ,因此应优先采用黄铜轴套。 钢制轴套有时需要在钢套内表面进行特殊加工 ,以保证橡胶与金属之间的粘附强度不低于 4 5ＭＰａ。 轴承的设计比压 由于橡胶是高弹性体 ,比压太大会引起工作面变形过大而承载能力下降 ,所以橡胶轴承的设计比压通常按下式计算ｐ =Ｗｄ179。 Ｌ (Ｎ /ｍｍ 2)式中 :Ｗ — 轴承载荷 (Ｎ )。 ｄ — 轴颈直径 (ｍｍ )。 Ｌ — 轴承长度 (ｍｍ )。 允许的设计比压不超过 Ｐａ ,并建议采用 ～。 根据国外经验 ,轴承的长径比通常要求Ｌ /ｄ 4。 因为增加轴承长度 ,并不意味着承载能力成比例增大。 相反 ,不仅带来安装上的困难 ,还毕业设计说明书 10 可能使轴承散热差 ,工作状况恶化。 因此 ,因轴承比压过大而加长轴承是不可取的。 为了润滑和冷却 ,橡胶轴承都应有流水槽 ,流水槽的形状有凹面型、凸面型和平面型三种。 试验表明 ,平面型更优于凹面型或凸面型 ,结构也较为理想 ,它具有以下优点 :①良好的启动性和低速运转性能。 ②在常规轴承工作压力和速度范围内 ,平面型轴承摩擦系数最低。 ③平面型橡胶轴承更容易建立弹性 流体动力润滑状态。 按流水槽与轴中心线的关系水润滑橡胶轴承可分为轴向槽型、螺旋槽型和环型槽三种。 因环型槽式排异物能力差所以应用较少 ,螺旋槽型的表面精加工相对较困难 ,所以目前应用最广泛的主要是轴向槽式。 一般轴向水槽数应不少于 8。 轴承的线速度 对水润滑橡胶轴承来说 ,线速度越高 ,摩擦系数越小。 但当线速度达到一定值后 ,摩擦系数会逐渐稳定 ,但温度会上升 ,所以线速度并非越大越好。 而线速度太小时 ,会引起摩擦系数过大 ,轴承的功耗过大。 通常橡胶轴承的线速度在 5～ 20ｍ /ｓ之间时 ,摩擦系数和温升是比较理想的。 另外 ,线 速度对水润滑橡胶轴承的承载能力也有一定的影响。 实验研究表明 ,在低速范围内 ,轴承的最大承载能力与线速度几乎成线性比例关系。 但当速度达到一定值后 ,再提高线速度对承载能力不会再有明显的影响。 润滑水量及供水压力 橡胶轴承必须要保证在工作时有充足的供水。 对于直径小于φ 400ｍｍ的轴系供水量可按如下经验公式确定。 Ｑ =(～ )ｄ (Ｌ /ｍｉｎ )式中 ,ｄ为轴颈直径(ｍｍ )。 对于工作线速度较高的橡胶轴承 ,对供水压力没有特别要求 ,只要润滑水量充足就可以满足润滑要求。 轴承间隙 为了保证轴能够轻 快的旋转 ,轴承内孔和轴外径之间的间隙应选取合理值。 数值计算发现 ,橡胶轴承的承载能力在其他条件不变的情况下随轴承间隙的增大而减小 ,随间隙的变小而增大。 但并不是说轴承的间隙可以无限增大或减小 ,超过一定值就会破坏流体动力润滑状态而使承载能力大幅度下降。 根据实验 ,轴承间隙受轴直径、橡胶层厚度和硬度的影响。 橡胶层越厚、硬度越软 ,轴直径越大则轴承间隙相应越大。 而轴承橡胶层越薄、硬度越高 ,轴直径越小则轴承间隙相应就要小些。 例如对直径为φ 65ｍｍ的轴 ,表面光洁度Ｒａ ,橡胶轴承表面光洁度Ｒａ 1 6,邵氏硬度 75,橡胶层 厚度 22ｍｍ ,经实验表明最佳轴承间隙值为 ～。 毕业设计说明书 11 2 橡胶轴承模具和工装设计 毕业设计说明书 12 轴套的离心铸造 轴套的材料 依照水润滑橡胶轴承的设计原则 ， 橡胶轴瓦与金属轴套间要有良好的粘附强度。 橡胶与黄铜的粘合是最安全可靠的 ,操作也简单 ,因此应优先采用黄铜轴套。 黄铜HSn621在海水中有较高的耐腐蚀性，有良好的机械性能，切削加工好，但只适于液压加工，易焊接和钎焊，但有腐蚀破裂倾向。 主要用于海水接触的船舶零件中。 事实上也可以采用 ZHFe5911，其铸 造流动性好，具有较高的强度和韧性，减磨性能良好，在大气，还水中耐蚀性高，凄然学加工尚可，但线收缩率极大。 钢制轴套有时需要在钢套内表面进行特殊加工 ,以保证橡胶与金属之间的粘附强度不低于 4 5ＭＰａ。 轴套的成型设计 水润滑橡胶轴承中，轴套要求质密均匀，无缩孔，缩松，气孔，夹渣等缺陷，故设计采用离心铸造法。 (1)离心铸造及其特点 离心铸造法是指将液体金属浇入高速旋转（ 2501500r/min）的铸型中，在离心力的作用下成型，以获得铸件的工艺方法。 为实现上述工艺过程，必须采用离心铸造机创造使铸型旋转 的条件。 根据铸型旋转轴在空间位置的不同，常用的有立式离心铸造机和卧式离心铸造机两种类型。 卧式离心铸造机的铸型是绕水平轴旋转的（如图 1），它主要用来生产长度大于直径的套类和管类零件。 该设计采用卧式离心铸造机，铸件围绕水平轴旋转，可以获得均匀的壁厚。 离心铸造时，液体金属在离心力的作用下，有向铸型壁帖附的倾向，而熔渣和气泡则向铸件内表面集中，因而铸件的晶粒较细密，无缩孔，无气孔，无夹渣等缺陷的存在，正适合轴承的设计要求。 由于离心铸造时，液体金属是在旋转的情况下充填铸型并进行凝固的，因而离心铸造有下述的特点： ○ 1 液体金属能在铸型中形成中空的圆柱形自由表面，这样便可不用型芯就能铸出中空的铸件，大大简化了套筒，管类铸件的生产过程； ○ 2 由于旋转时液体金属所产生的离心力作用，离心铸造工艺可提高金属充填铸型的能力，因此一些流动性较差的合金可薄壁铸件都可以用离心铸造法生产； ○ 3 由于离心的作用，改善了补缩条件，气体和非金属夹杂也易于自液体金属中排出，因此离心铸件的组织较致密，缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷较少； 毕业设计说明书 13 ○ 4 消除或大大节省浇注系统和冒口方面的金属消耗； ○ 5 铸件易产生偏析，铸件内表面粗糙，内表面尺寸不易控制。 几乎一切铸造合金都可以用于离心铸造生产，离心铸造的最小内径可达 8mm，最大直径可达 3m，铸件的最大长度可达 8m，离心逐渐的重量范围为几牛至几万牛（零点几公斤至十多吨）。 (2)离心铸造工艺 ○ 1 离心铸型转速的选择 选择离心铸型的转速时，主要考虑两个问题：（ 1）离心铸型的转速起码应该保证液体金属（铜液）在进入铸型后立刻能形成圆筒；（ 2）充分利用离心 力的作用，保证得到良好的铸件内部质量，避免铸件内产生缩孔、缩松、气孔可夹渣。 采用砂型离心铸造时，也要注意不要忽视液体金属对型壁的太大的离心压力而引起铸件粘砂和胀砂等缺陷。 ○ 2 离心铸造用铸型 离心铸造时使用的铸型有两大类，即金属型和非金属型。 非金属型可分为砂型、壳型、熔模壳型等。 由于金属型在大量生产、成批生产时具有一系列的优点，所以在离心铸造时广泛地采用金属型。 因此该铜套的铸造采用金属型。 卧式悬臂离心铸造机上的金属型按其主体的结构特点可以分为单层金属型和双层金属型两种。 在单层 金属型中，型壁由一曾组成，单层金属型结构简单，操作方便，但它损坏后需要制作新的铸型才能开始生产，在此铸型中只能浇注单一外径尺寸的铸件。 而在双层金属型中，型壁由双层组成，铸件在内型表面形成。 双层金属型结构虽然复杂，但只要改变内型的工作表面尺寸就可浇注多种外径尺寸的离心铸件。 长期工作后，只需要更换结构较简单繁荣内型就可把旧铸型当作新的铸型使用。 因此采用铜套的铸造采用双层金属型 ○ 3 涂料 金属型离心铸造时，需要在金属型的工作表面喷刷涂料。 离心铸造金属型涂料的要求与一般金属型铸造时相同。 为防止铸件与金属型粘合和铸铁件产生白口，在离心金属型上的涂料曾有时较厚。 离心铸造用涂料大多用水作载体。 有时也用固体涂料，如石墨粉，以使铸件能较易地从铸型中取出。 喷刷涂料时应注意金属型的温度。 在生产大型铸件时，如果铸型本身的热量不足以把涂料烘干，可以把铸型放在加热炉中加热，并保持铸型的工作温度，等待浇注。 生产小型铸件时，尤其是采用悬臂离心机铸造机生产时，希望尽可能用铸型本身的热量烘干涂料，等待浇注。 此铜套属小型铸件，因此可利用铸型本身的热量烘干涂料。 ○ 4 浇注 毕业设计说明书 14 离心铸造时，浇注工 艺有其本身的特点，首先由于铸件的内表面是自由表面，而铸件厚度的控制全由所浇注液体金属的数量决定，故离心铸造浇注时，对所浇注金属的定量要求较高。 此外由于浇注是在铸型旋转的情况下进行的，为了尽可能地消除金属飞溅的现象，要很好控制金属进入铸型时的方向。 液体金属的定量有重量法，容积法和定自由表面高度（液体金属厚度）法等。 容积法用一定体积的浇包控制所浇注液体金属的数量，此法较简便，但受金属温度、熔渣等影响，定量不太准确，在生产中用的较多。 铜套的内外表面处理 为了便于在黄铜轴套内表面硫化一层橡胶轴瓦，在黄铜 入模前，需要对黄铜进行机械处理和理化处理，即对铜套的内表面进行喷砂处理。 浇注橡胶以前，须进行压力为 的水压实验以检验产品，应无气孔夹砂及损伤等缺陷。 外表面应平滑、无裂痕。 橡胶模具设计 水润滑橡胶轴承模具设计原则 橡胶模具是生产橡胶制品硫化的主要设备之一，模具设计的依据是制品的形状，特性和适用要求。 根据同有橡胶制品可设计几种不同结构的模具，模具结构直接关系到制品质量，生产效率和使用寿命，因此模具结构设计研究是相当重要的。 为了保证橡胶压制品有正确的几何形状和一定的尺寸精度，模具 的结构设计应遵循几项主要原则： （ 1）掌握和了解橡胶制品的所用材料的硬度、收缩率以及使用要求。 （ 2）模具结构合理，定位可靠，操作方便，易于清洗和制品修边。 （ 3）模具腔数应适当，易于机械加工和模具使用并兼顾生产效率。 （ 4）模具应有足够的强度和刚度，力求外形小，质量轻。 （ 5）模具模腔使用时便于装料、排气、逃余料；硫化时，胶料应有足够的压力。 （ 6）模具设计应符合系列化、标准化、力求通用化。 对制品零件的工艺分析 该制品零件是水润滑橡胶轴承尺寸与结构如图 所示： 毕业设计说明书 15 图 水润滑橡胶结构 图 该水润滑橡胶轴承的技术指标和生产情况如下： 转速： n=740rad/min； 线载荷为： 179。 105Pa； 水的黏度：μ =179。 103 N178。 S/m2 ；接触介质：水 生产批量：小批量 轴瓦材料的选用：水润滑轴承的工作条件决定做轴瓦的橡胶必须摩擦系数小，耐磨性好等，因而采用丁腈橡胶（ NBR）。 丁腈橡胶的耐热性能比天然橡胶 和丁苯橡胶好，可以在 120176。 的条件下连续使用。 此外，丁腈橡胶还具有良好的耐磨性能、耐老化性能和气密性能。 丁腈橡胶流动性好，较易充满型腔，模压工艺性一般，收缩率范围为 %，常取值 %。 模具结构的确定 压铸成型模具与普通模压硫化相比，由于带有压铸塞，料腔，压铸胶料流道口等结构，且模具压铸过程中压力较高，所以压铸成型模具结构设计时，应该注意以下几点： （ 1）模具的结构，材料应有足够的强度和刚度。 因为压铸时的压力高于开放式压模的压力，如果强度不够，压铸胶料时模具易变形，造成制品超差模具报 废。 （ 2）在设计或选择压铸流道或压铸面位置时应避免制品的工作面或重要表面（有外观要求的表面）。 流道尽可能短，缩短硫化时间。 （ 3）设计中，尽可能使模具闭合高度短一些，有利于压铸和脱模，为了使生产的橡胶制品达到理想的质量要求，具有较长的寿命，还必须满足设计的工艺技术要 求。 毕业设计说明书 16 (1)模具结构形式和腔数的确定 ○ 1 模具结构形式的确定 橡胶模具是生产橡胶制品硫化的主要设备之一，模具设计的依据是制品的形状，特性和适用要求。 根据同有橡胶制品可设计几种不同结构的模具，模具结构直接关系到制品 质量，生产效率和使用寿命，因此模具结构设计研究是相当重要的。 在实际生产中，小批量生产的模压产品，其模具结构采用压制结构形式。 一些薄壁、高硬度制品、带骨架而难以装胶的产品模具则采用压铸成型结构。 对于大批量生产的产品模具有注射条件的应尽量采用注射模具结构。 此橡胶轴承的模具应采用整体立式压铸成型结构。 其最大的特点是提高生产效率，改进橡胶制品的质量，尤其是能硫化普通模压法所不能硫化的薄壁、超长和超厚的制品，还能增强金属嵌件的结合粘着力，模具在使用过程中先合模后加料，模具不易损坏。 压铸成型模具的原理：在普通的模压 模具上增加两个组合零件：压铸塞（头）与压铸料腔，起装填胶料的作用。 在压铸料腔底部与相连接的模板或模腔部位开置一定数量的压铸胶料流道口，在平板硫化机的压力作用下，将力传递至压铸塞压缩胶料，在受热、受压情况下，胶料软化呈半流体状态并快速挤入胶料流道口进入模具模腔中，然后通过定时、恒压硫化阶段。 胶料定型而得到模压制品。 ○ 2 模具腔数的确定。