專利名稱：風力發電機用變槳軸承的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種自潤滑軸承，尤其涉及風力發電機用變槳軸承。
背景技術：
變槳軸承是安裝于風力發電機葉片和輪轂之間，內、外圈通過螺栓分別與葉片和輪轂聯結，使葉片可以相對其軸線旋轉以達到變槳的目的。變槳軸承主要承受徑向載荷、軸向載荷和傾覆力矩。由于風力發電機變槳軸承的受力情況復雜，而且軸承承受的沖擊和振動比較大，因此，要求軸承既能承受沖擊，又能承受較大載荷、以及優良的耐磨性能。目前變槳軸承其制造材料為金屬基自潤滑材料。金屬基自潤滑復合材料具有優良的摩擦學特性。固體潤滑劑作為組元被加入到金屬中而形成的復合材料，其摩擦學特性則取決于在摩擦過程中，固體潤滑劑的析出和彌散分布。由于固體潤滑劑在摩擦表面間的轉換和遷移而形成潤滑薄膜，從而使材料的耐磨性能明顯改善。目前的固體潤滑劑大多為石墨材料，但根據研究原始石墨顆粒表面出現凹坑，其原始紋路清晰可見，四周有明顯的棱角使得固體潤滑劑顆粒之間不僅浸潤性差，接觸角大都在90°以上，而且它們的密度往往也差別較大，容易產生偏析而致使金屬基自潤滑復合材料中顆粒分布不均勻，而影響變槳軸承的耐磨性能。
發明內容
本發明提供了一種承壓、受載性能佳、耐磨性能好、使用壽命長適應溫度范圍廣的風力發電機用變槳軸承。一種風力發電機用變槳軸承，包括相互配合連接的內圈和外圈，內圈為圓環結構，圓環體上設有軸向的螺栓安裝孔，外圈為內徑大于內圈外徑的圓環結構，圓環體上設有軸向的螺栓定位孔，所述的內圈內側圓周上設有均勻密布的鋸齒用以連接風力發電機的轉軸齒輪以提高變槳軸承的輸出扭矩；所述的內圈和外圈均由銅基復合材料制造，銅基復合材料各成分的重量百分比含量為2-6%石墨，2-4%納米碳管，1-3%二硫化鑰，余量為銅。石墨不僅具有良好的導熱性和耐高溫性能，更具有層狀結構，層與層之間的滑移能產生良好的自潤滑效果。碳納米管因其管狀結構和獨特的長徑比，不僅可起到增強增韌的作用，更使其具有獨特的潤滑機制。摩擦過程中，一方面碳納米管能夠在摩擦副之間發生滾動，起到支承負荷的“滾動軸承”作用，從而有減摩抗磨的效果；另一方面，多壁碳納米管在室溫下層間很容易發生滑動，也能夠起到自潤滑的作用，從而提高減摩抗磨性能。二硫化鑰同石墨一樣具有六方晶系的層狀結構，層與層之間的S原子是以弱的范德華力相連結，故極易從層與層之間劈開，僅在0. 025毫米的薄片內，就約有四萬個“可劈開面”。二硫化鑰在空氣中于一 184°C — 400°C下都具有低摩擦的潤滑特性，氧化鑰作為固體潤滑劑，使用溫度可以比石墨更高，而且摩擦表面的氧化物能夠防止咬合過程的發展，降低摩擦偶件的磨損。
結合上述石墨，納米碳管，二硫化鑰三種材料作為固體潤滑劑制造的銅基復合材料極大的實現了變槳軸承良好的耐磨、耐壓以及廣泛的溫度適應性。所述構成內圈的銅基復合材料中石墨、納米碳管、二硫化鑰的密度分布沿內圈徑向由內到外逐漸增加，以提高內圈的 外周耐磨。耐壓性能。所述構成外圈的銅基復合材料中石墨、納米碳管、二硫化鑰的密度分布沿外圈徑向由外到內逐漸增加，以提高外圈的內周耐磨。耐壓性能。由于變槳軸承是內圈的外周與外圈的內周磨合的上述石墨、納米碳管、二硫化鑰的密度分布結構更加有利于在摩擦磨損過程中該軸承材料可在摩擦副表面形成完整的潤滑膜，提高了潤滑減摩性能，具有更低的摩擦系數和更好的耐磨性，磨損率降低約50%，而且復合材料的承載能力得到了明顯的增加。一種風力發電機用變槳軸承的制造工藝，包括如下步驟一、獲取石墨、納米碳管粉末進行清洗、干燥預處理完成后進行化學鍍銅處理，化學鍍銅過程中引入超聲波，溫度和pH值分別控制在50 55°C和12. 5 13. 0，實現石墨、納米碳管粉表面的化學鍍銅。二、在離心鑄造機中增加電磁裝置，使得離心鑄造機內的金屬銅熔體內產生電磁力，同時加入步驟一鍍銅的石墨、納米碳管粉以及二硫化鑰粉末，重量配比為2-6%石墨，2-4%納米碳管，1-3%二硫化鑰，余量為銅；在電磁力控制下鍍銅的石墨、納米碳管粉以及二硫化鑰粉末在金屬銅凝固基體中密度漸變分布。根據相反的電磁力控制下分別獲得石墨、納米碳管、二硫化鑰的密度分布沿徑向由內到外逐漸增加的內圈基體和石墨、納米碳管、二硫化鑰的密度分布沿徑向由外到內逐漸增加的外圈基體。三、將步驟二中獲得的內圈基體和外圈基體進行車削、鉆孔加工獲得內圈和外圈，而后進行裝配最終獲得變槳軸承。上述石墨、納米碳管粉表面的化學鍍銅利用氧化還原反應在鍍件上得到一層厚度均勻的銅鍍層，使得石墨、納米碳管顆粒四周較圓滑，表面凹坑和紋路都被覆蓋，表面較豐滿，立體感強。石墨、納米碳管粉表面的化學鍍銅有效提高非金屬顆粒與金屬基體之間的界面相容性，改善銅基石墨、納米碳管復合材料的界面結合效果，界面結合緊密，在壓潰和沖擊實驗過程中，裂紋不易從界面處形成并擴展，使得復合材料的宏觀壓潰強度和沖擊韌性均明顯提聞。在離心鑄造機中增加電磁裝置得到穩恒磁場，使液態金屬在離心力場、重力場和磁場下凝固，從而改變了金屬的凝固過程，改善了離心鑄件的凝固組織和力學性能，其特點是在完全保持離心鑄造的優點的同時又獲得了電磁攪拌的冶金效果。在電磁離心鑄造過程中，液態金屬在高速旋轉的鑄型帶動下繞軸線運動，所受體積力除重力外，還有電磁力引起的受迫對流運動對液態金屬產生電磁攪拌作用。因此，電磁離心鑄造即保留了普通離心鑄造組織致密，疏松和氣孔少等優點，又通過電磁攪拌作用，克服了普通離心鑄造的缺點，使粗大的柱狀晶組織轉變為均勻的等軸晶組織，同時，有效控制了石墨與納米碳管的密度分布情況。在電磁離心鑄造的過程中，采用強制風冷，使金屬結晶的過冷度大幅提高，進一步使晶粒得到細化。通過化學鍍和電磁離心鑄造快速成形復合的制造工藝技術，最終獲得了組織致密、晶粒細小的高性能銅基復合材料。本發明通過石墨，納米碳管，二硫化鑰三種材料作為固體潤滑劑制造的銅基復合材料極大的實現了變槳軸承良好的耐磨、耐壓以及廣泛的溫度適應性。
如圖I所示為本發明風力發電機用變槳軸承結構示意圖。
具體實施例方式如圖I所示一種風力發電機用變槳軸承，包括相互配合連接的內圈I和外圈3，內圈I為圓環結構，圓環體上設有軸向的螺栓安裝孔2，外圈3為內徑大于內圈I外徑的圓環結構，圓環體上設有軸向的螺栓定位孔4，內圈I內側圓周上設有均勻密布的鋸齒5以連接風力發電機的轉軸齒輪以提高變槳軸承的輸出扭矩；內圈I和外圈3均由銅基復合材料制造，銅基復合材料各成分的重量百分比含量為2-6%石墨，2-4%納米碳管，1-3%二硫化 鑰，余量為銅。作為結構優選構成內圈I的銅基復合材料中石墨、納米碳管、二硫化鑰的密度分布沿內圈I徑向由內到外逐漸增加。構成外圈3的銅基復合材料中石墨、納米碳管、二硫化鑰的密度分布沿外圈3徑向由外到內逐漸增加。一種風力發電機用變槳軸承的制造工藝，包括如下步驟一、獲取石墨、納米碳管粉末進行清洗、干燥預處理完成后進行化學鍍銅處理，化學鍍銅過程中引入超聲波，溫度和pH值分別控制在50 55°C和12. 5 13. 0，實現石墨、納米碳管粉表面的化學鍍銅。二、在離心鑄造機中增加電磁裝置，使得離心鑄造機內的金屬銅熔體內產生電磁力，同時加入步驟一鍍銅的石墨、納米碳管粉以及二硫化鑰粉末，重量配比為2-6%石墨，2-4%納米碳管，1-3%二硫化鑰，余量為銅；在電磁力控制下鍍銅的石墨、納米碳管粉以及二硫化鑰粉末在金屬銅凝固基體中密度漸變分布。根據相反的電磁力控制下分別獲得石墨、納米碳管、二硫化鑰的密度分布沿徑向由內到外逐漸增加的內圈I基體和石墨、納米碳管、二硫化鑰的密度分布沿徑向由外到內逐漸增加的外圈3基體。三、將步驟二中獲得的內圈I基體和外圈3基體進行車削、鉆孔加工獲得內圈I和外圈3，而后進行裝配最終獲得變槳軸承。上述步驟中銅、石墨、納米碳管、二硫化鑰總重量為100KG為例的重量配比為
原料^______5__6
銅_KG 939290898789
石墨 KG 2__34565.5
納米碳管 KG 4__33.53.543.5
二疏化相 KG I__22.52.53權利要求
1.一種風力發電機用變槳軸承，包括相互配合連接的內圈(I)和外圈(3)，內圈(I)為圓環結構，圓環體上設有軸向的螺栓安裝孔(2)，外圈(3)為內徑大于內圈(I)外徑的圓環結構，圓環體上設有軸向的螺栓定位孔(4)，其特征在于所述的內圈(I)內側圓周上設有均勻密布的鋸齒(5);所述的內圈(I)和外圈(3)均由銅基復合材料制造，銅基復合材料各成分的重量百分比含量為2-6%石墨，2-4%納米碳管，1-3%二硫化鑰，余量為銅。
2.如權利要求I所述的風力發電機用變槳軸承，其特征在于所述構成內圈(I)的銅基復合材料中石墨、納米碳管、二硫化鑰的密度分布沿內圈(I)徑向由內到外逐漸增加。
3.如權利要求I所述的風力發電機用變槳軸承，其特征在于所述構成外圈(3)的銅基復合材料中石墨、納米碳管、二硫化鑰的密度分布沿外圈(3)徑向由外到內逐漸增加。
4.一種制造權利要求I所述風力發電機用變槳軸承的制造工藝，包括如下步驟 一、獲取石墨、納米碳管粉末進行清洗、干燥預處理完成后進行化學鍍銅處理，化學鍍銅過程中引入超聲波，溫度和pH值分別控制在50 55°C和12. 5 13. 0，實現石墨、納米碳管粉表面的化學鍍銅。
二、在離心鑄造機中增加電磁裝置，使得離心鑄造機內的金屬銅熔體內產生電磁力，同時加入步驟一鍍銅的石墨、納米碳管粉以及二硫化鑰粉末，重量配比為2-6%石墨，2-4%納米碳管，1-3%二硫化鑰，余量為銅；在電磁力控制下鍍銅的石墨、納米碳管粉以及二硫化鑰粉末在金屬銅凝固基體中密度漸變分布。根據相反的電磁力控制下分別獲得石墨、納米碳管、二硫化鑰的密度分布沿徑向由內到外逐漸增加的內圈(I)基體和石墨、納米碳管、二硫化鑰的密度分布沿徑向由外到內逐漸增加的外圈(3)基體。
三、將步驟二中獲得的內圈(I)基體和外圈(3)基體進行車削、鉆孔加工獲得內圈(I)和外圈(3)，而后進行裝配最終獲得變槳軸承。
全文摘要
本發明公開了一種風力發電機用變槳軸承，包括內圈和外圈，所述的內圈內側圓周上設有均勻密布的鋸齒用以連接風力發電機的轉軸齒輪以提高變槳軸承的輸出扭矩；所述的內圈和外圈均由銅基復合材料制造，銅基復合材料各成分的重量百分比含量為2-6％石墨，2-4％納米碳管，1-3％二硫化鉬，余量為銅。本發明通過石墨，納米碳管，二硫化鉬三種材料作為固體潤滑劑制造的銅基復合材料極大的實現了變槳軸承良好的耐磨、耐壓以及廣泛的溫度適應性。
文檔編號F03D11/00GK102748395SQ20121024316
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月10日 優先權日2012年7月10日
發明者周志梅 申請人:諸暨市成芳機械有限公司