金属基镶嵌式固体自润滑轴承的应用

金属基镶嵌式固体自润滑轴承的应用

姚技军

陕西陕煤黄陵矿业有限公司 陕西黄陵 727300

摘要：一些工矿企业机械设备因使用环境特殊、使用工况恶劣，给设备的使用维护增加了难度。金属基镶嵌式固体自润滑轴承综合了金属基体和自润滑的优点，突破了一般轴承靠润滑油的局限性，可以充分地应用到恶劣工况条件下的机械设计制造当中，解决了机构中要求抗重载、抗污染、耐磨性好的问题。

关键词：金属基镶嵌式固体自润滑轴承；恶劣工况；机械设备；应用研究

0 引言

由于特殊生产工艺的要求，一些工矿企业如水泥生产、石油化工、煤炭开采等企业的某些关键设备在极为恶劣的工况下运行。粉尘大或空气中含酸性腐蚀气体CO、SO2等，对设备的润滑带来很多问题，摩擦磨损严重，国内上述企业大部分仍沿用传统的油、脂润滑，而事实上这些工矿条件已超出了油、脂润滑的范围，极易发生轴承及其他摩擦副的咬伤或咬死，引起严重的零件磨损和损坏，经常性地导致设备停运。 为了生产连续运行，除在原始设计上要求安装多台设备轮修外，还须投入大量维修人员。严重地限制着生产率的提高，备品备件和能源消耗极大，已成为发展生产的重要障碍。为此，本文具体介绍了金属基镶嵌式固体自润滑轴承的特点，详细阐述了该轴承的应用和装配要求，为这些企业机械设计选型提供了一定的参考。

1 金属基镶嵌式固体自润滑轴承原理及其特点

1.1 基本原理

金属基镶嵌式固体自润滑轴承是一种兼有金属轴承特点和自润滑轴承特点的新颖润滑轴承，由金属基体承受载荷，特殊配方的固体润滑材料起润滑作用。镶嵌式自润滑复合材料是一种新型的抗极压固体润滑材料，由金属底材与嵌入底材的孔或槽中的固体润滑剂膏体构成。在摩擦过程中金属底材承担了绝大部分负荷。孔或槽中的固体润滑剂向摩擦面转移或反转移，在摩擦面上形成润滑良好、牢固附着并均匀覆盖的固体转移膜，大幅度降低了摩擦磨损。随摩擦的进行，嵌入的固体润滑剂不断提供于摩擦面，保证了长期运行时对摩擦副的良好润滑。这种轴承比较常用的材料有高强黄铜合金、锡青铜、铝铁青铜等；嵌入的固体润滑材料主要有两大产品：一种为人工石墨、天然黒铅、MoS₂合成，另一种以PTFE（聚四氟乙烯）为基体合成。

1.2主要要特点

固体自润滑轴承特别适用于低速、重载、高温、无油、污染以及在水中而无法加注润滑油脂的特殊工况条件下使用,能有效减弱摩擦副金属间的直接接触,减小重启动阻力,即使在很高的载荷下也能形成很好的固体润滑膜,从而实现自润滑效果。主要特点为:

1)相比传统的滚动轴承,具有结构简单、体积小、重量轻、设计灵活、应用范围广的优点。

2)有适量的弹塑性,能将应力分布在较宽的接触面上,提高轴承的承载能力。

3)往复运动、摆动运动、启动停止频繁等油膜难以形成的场所,可发挥优越的耐磨性。

4)静动摩擦因数相近，能消除低速下的爬行，从而保证机械的工作精度

5)能使机械减少振动、降低噪声、防止污染,改善劳动条件。

6)在运转过程中能形成转移膜,起到保护对磨轴的作用,无咬轴现象。

2固体自润滑轴承的应用

一些工矿企业由于使用环境的特殊性,使用工况的恶劣以及本身结构的紧凑性,给设备的使用维护带来很大的不便。而固体自润滑轴承可以充分的应用到这些企业机械设备的设计制造当中,例如:在结构紧凑的减速器行星轮组件中应用,在有相对运动且不便润滑的滑架导向机构中应用,还有在长时间工作且数量巨大的带式输送机托辊上应用等,固体自润滑轴承的选用,能很好地解决上述机构中要求零部件的耐磨、长时间运转以及外界润滑条件不佳所带来的矛盾。

3固体自润滑轴承的装配要求

3.1 轴承外径孔座的配合

固体自润滑轴承的外径一般取r7,安装座孔取H7的过盈配合,特殊情况,如果过盈配合压装有困难,则可取m7,但轴承两端须加装稳钉固定。固体自润滑轴承的内径取E8,轴径取d7(如果受到加工能力限制,可取d8或d9),回转精度要求高时可选e7。

3.2 轴承的安装

固体自润滑轴承一般为薄壁结构,安装方法不当容易造成轴承变形,故装配时建议采用芯棒压入,座孔入口应有倒角,芯棒头部应光滑,芯棒直径d应小于轴承内径0.2~0.3 mm。

3.3轴承安装后内经收缩量计算

当固体自润滑轴承压入座孔后,压入时的压力使轴承内径收缩,此时外径的过盈量δ和内径的收缩量Δ之间的关系受座孔强度、材质、表面粗糙度以及压入方式等因素的影响发生变化。当座孔强度足够,材质为铁系,轴承材质为铜合金时,内径收缩量Δ可用下式计算,即:

Δ = 10D_Bd₀/(7D_B ²+3 d₀²)×δ

式中: Δ为轴承内径收缩量,mm; δ为轴承外径过盈量, mm; d₀为压人前轴承内径,mm; D_B 为压入前轴承外径,mm。

3.4注意事项

1)装配时轴承及安装座和轴表面清理干净,适涂抹润滑脂。

2)装配时应缓慢压入,严禁敲打,以免伤及轴,引起变形。

3)设计时根据不同的工况及安装部位选用不同的基体材质,以提高机械性能。

4)设计时在高承载、往复运动中应使用螺钉固轴承。

4结论

固体自润滑轴承因其结构简单、承载力强、高耐性、无需润滑的优良特性,现已在机械机构设中广泛应用。通过介绍了金属基镶嵌式固体自润滑轴承的应用及装配要求,为同行在固体自润轴承设计、选型方面提供一定的参考作用。

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作者简介：姚技军（1966-），男，陕西蓝田人，1987年毕业于陕西工学院机械制造工艺及设备专业，现就职于陕西陕煤黄陵矿业有限公司，从事煤矿机电设备维修管理工作，高级工程师。