1 绪 论
1.1 课题来源及意义
在机械零部件中，轴承占有着重要的位置，它的作用是支撑轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度，同时减小转动的轴与支承之间的摩擦和磨损，轴承分为滚动轴承和滑动轴承。滑动轴承在工作时的摩擦性质为滑动摩擦，它在船舶、矿山、仪表、汽车、轧钢机等设备中应用较为广泛。如何使滑动轴承中滑动轴与轴承间的摩擦更小，机械效率更高，是滑动轴承设计者需要研究和解决的问题。有关资料显示目前世界上大概有 30%的能源消耗在各种形式的摩擦上，而滑动轴承消耗就占了 1/10 左右。 一直以来，在机械传动装置中，轴承摩擦副通常由金属构件制成，同时采用油润滑的润滑方式，因此这就不可避免的耗费了大量金属与油资源，这在船舶运输行业中的船舶推进系统中尤为广泛。
在江河湖泊中，为了避免油泄漏，就需要尤其注意传动系统中的密封工作，从而使得机械结构更为复杂，摩擦磨损及无功能耗的问题也随之产生。 根据国内船舶行业有关部门的统计资料表明，以一艘功率为 880kW 的推轮船为例，每年它的推进系统中艉轴泄漏的润滑油就在 3 吨以上。资料显示，目前在三峡库区航行并采用油润滑轴承系统的船舶大概有 10 多万艘，假如每艘船每年平均泄漏润滑油为 1.5 吨量，那么三峡库区每年由于船舶推进系统造成的泄漏润滑油高达 20 多万吨。我国的三峡水利工程完工之后，库区已成为世界上最大的内陆湖之一，水的流速相比之前陡然减慢，自我净化能力同时也大大减弱，这就造成了船舶推进系统中艉轴泄漏的润滑油对整个三峡库区水环境的污染更加严重。
目前我国国内各种船舶数量至少有 200 多万艘（不含海军舰艇），这些船只（除了少数进口的之外）绝大部分都是采用油润滑的润滑方式，如果每年每艘船的平均泄漏润滑油以1.5吨计，则这200多万艘船只每年的泄漏润滑油就至少有300万吨，这对江河湖泊及生态环境无疑是沉重的灾难，也严重影响到人类的健康。目前，西方发达国家已经深刻意识到了这一点，并做出了有效的措施，例如美国已通过立法来禁止在内陆河流域航行的船舶使用油润滑轴承[1,6]，以此保护和净化水环境。我国的内陆河流例如长江黄河对居民的生活和企业的生产都有重要意义，包括很多内陆湖泊，如果我们还允许内河流域的船舶艉轴推进系统继续采用油润滑方式的轴承，那么不仅污染我们的水资源，更会破坏整个生态环境，从而危及到公民的生存条件。建设资源节约和环境友好的社会是我们所有公民的努力目标，因此有关设计人员需要去研究和开发具有减振、耐磨、可靠、降噪、高效、节能、设备寿命长、承载能力强等多重功效的新型轴承系统，并进行普及应用，论文网sblunwen.com是国内专业的硕士论文网站，提供小学德育论文题目，小学德育教育论文，小学德育案例，教师评职称论文题目，教师论文发表服务。联系方式：QQ 1847080343，电话13795489978。以解决江河湖泊及海洋环境被严重污染的问题，这是工业领域和生态领域都需要解决的重要问题。
水润滑橡胶合金轴承的“两个替代”功能，即用非金属替代金属，用自然水替代矿物油进行润滑，改变了长期以来船舶推进系统中通常采用金属构件和油润滑方式摩擦副的传统观念。水润滑橡胶合金轴承的逐步推广应用，节约了大量的贵重金属和油料资源，同时使轴系结构得到简化，更重要的是大大降低了因油泄漏而造成的水环境污染状况。由于用水作润滑介质不仅具有无污染、来源广泛、节省能源、安全性、难燃性等特点，而且还能降低和减少摩擦副运动而产生的磨损、冲击、噪声、无功能耗、可靠性差和寿命较短等问题，因而研究水润滑橡胶合金轴承，对于提高机械的效率、减少摩擦、磨损等有着重要的意义。如何利用天然水替代矿物油作为各种机械传动和流体动力系统工作介质的研究，是机械传动系统的高效节能与环境保护科学研究领域的前沿，已引起了人们的普遍关注，并成为世界工业发达国家竞相研究的一个热点。
2水润滑橡胶合金轴承成型工艺分析
在进行模具设计之前很有必要对水润滑橡胶合金轴承的成型工艺分析进行一定的了解，从中找出水润滑橡胶合金轴承传统成型工艺所存在的问题，为设计水润滑橡胶合金轴承模具奠定一定的理论基础。
2.1水润滑橡胶合金轴承成形工艺过程
水润滑橡胶合金轴承传统成型工艺采用的是平板硫化机的模压硫化工艺。模压硫化是加压硫化法中的一种，加压硫化是将胶料装入模内，在加压条件下进行硫化。其优点是橡胶密着性好、产品结构致密，不易产生气泡，表面光滑，花纹清晰。本课题采用的是重庆奔腾科技发展有限公司生产的 BTG 水润滑橡胶合金轴承作为实验对象，它的工艺流程图如图 2.1 所示。
在橡胶硫化的过硫化阶段中，一般有三种情况（如图 2.3）：第一种是曲线继续上升，这种状态是由于在过硫化阶段中产生结构化作用所致，通常非硫黄硫化的丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶等会出现这种现象；第二种是曲线保持较长的平衡期，通常用硫黄硫化的天然橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶等会出现这种现象；第三种是曲线转为下降，这是胶料在过硫化阶段中发生网构热裂解所致。通常，非硫黄硫化的天然橡胶、硅橡胶、硅氟橡胶等都会出现这种现象。正硫化是指橡胶制品的硫化性能达到最佳值时的硫化状态。如果处于正硫化前期，称为欠硫；处于正硫化后期，称为过硫；这两种情况下橡胶的物理与化学性能都较差。在硫化历程图中，从胶料开始加热起至出现平坦期止所经过的时间即为制品的硫化时间，也就是 “正硫化时间”。
3 水润滑橡胶合金轴承精密成型模具................... 31-41
3.1 一次成型水润滑橡胶合金轴承................... 31-33
3.2 模具材料概述................... 33-36
3.3 模具结构的初步设计................... 36-39
3.3.1 模体设计................... 36-39
3.3.2 加热途径 ...................39
3.4 本章小结 ...................39-41
4 水润滑橡胶合金轴承的有限元分析................... 41-54
4.1 模具加热效率的有限元分析................... 41-46
4.1.1 ANSYS 软件简介................... 41
4.1.2 温度场分析数学模型 ...................41-42
4.1.3 热分析边界条件与材料................... 42-43
4.1.4 热分析结果................... 43-46
4.2 模具结构静力分析................... 46-53
4.2.1 ABAQUS 软件简介................... 47
4.2.2 静力场数学模型................... 47
4.2.3 静力分析................... 47-53
4.3 本章小结................... 53-54
5 模具结构的实验验证................... 54-60
5.1 实验装置 ...................54-55
5.2 实验研究................... 55-59
5.2.1 实验过程................... 56-59
5.2.2 实验前后铜管的膨胀量................... 59
5.3 本章小结................... 59-60
结论
水润滑橡胶合金轴承的重要性及在船舶领域应用的普遍性已经不言而喻，如何使水润滑橡胶合金轴承的生产工艺逐步趋向自动化、高速化，是是一个需要解决的课题。目前水润滑橡胶合金轴承的成型工艺仍然存在保温阶段各个部位热压不均匀，及合模和开模工序中劳动强度很大的问题。为此，在重庆大学机械传动国家重点实验室王家序教授等人发明的一种水润滑橡胶合金轴承精密成型模具（专利申请号：200810070081）的基础上，设计并优化了一套新型的水润滑橡胶合金轴承精密成型模具；结合有限元分析及实验操作，得出如下结论：
①通过对水润滑橡胶合金轴承的成型设备，即平板硫化机的发展和现状描述，证明传统的平板硫化机结构过于简单，没有专门控制模具推进退出功能的机构，因此需要一种可实现注压、硫化、合模、开模、注胶等多功能于一体的注压成型设备，以此减少劳动强度和提高生产效率。
②通过对三种加热方式的描述对比，微波加热受材料的限制不可行；感应加热难以实现低温范围内的控制且结构复杂，不利于实验研究；因此论文中的模具依旧使用电阻加热。
③通过对水润滑橡胶合金轴承硫化成形的工艺过程分析，得出传统成形工艺中存在硫化温度有很大的滞后性、温度控制困难、受热不均匀（存在两头过硫，中间欠硫）、能耗大、环境干扰大等问题，进而导致了产品的质量控制难、硫化效率低。
④针对某种规格的水润滑橡胶合金轴承，设计了一种模具结构，介绍了各个关键零部件的构造，同时按照该设计加工出了相应的模具实物。
⑤利用ANSYS和ABAQUS软件对模具结构进行了热分析与静力分析，初步证明了论文中的模具加热效率较高，在合适的配合间隙范围内可实现哈夫定位与脱模的统一。
⑥利用新型工程复合材料精密成形数字制造装备和论文中模具的实物，对与之规格匹配的铜管进行了成型工艺，实验证明该模具在温度控制、注胶过程，尤其是开模工序都可以顺利完成，从而证明论文中的模具具有一定的实践指导意义 。
虽然本文在水润滑橡胶合金轴承的模具结构改进方面取得了一定的进步，但还有待于进一步更详细的研究，比如在开模时仍需要依靠人工在高温状态下把顶出的模芯取下来，注压机加热至预定温度所用时间仍太久等。
参考文献
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