自潤滑軸承的特性及其應用

2012-04-06

作者：高欣
（黑龍江哈爾濱電機廠有限責任公司）

　　摘　要：介紹了德國GLACLER公司設計制造的DEVA—BM的金相組織結構、自潤滑特性和DEVA—BM的機械性能，及DEVA—BM在水力發電設備上的應用，描述了DEVA—BM軸承裝配安裝方法及使用壽命計算方法。
　　關鍵字：DEVA—BM；金相組織；自潤滑；安裝方法；壽命計算
　　前　言
　　在水力發電設備中，以往使用的尼龍軸承、銅瓦軸承自身的缺點較多。如純尼龍軸承的吸水膨脹性，增加了尺寸的不穩定因素，出現抱軸等現象，給電站實際運行帶來了隱患；銅瓦軸承需要干油潤滑，造價較高，工藝復雜，不利于環保，承載能力低，擠壓應力較高，只有加大本體部件的軸徑尺寸，才能降低軸瓦的擠壓應力，這樣勢必造成發電設備本體部件材料的浪費。隨著我國加入WTO的步代加快，與外國公司的合作項目日趨增多，外國先進的自潤滑產品進入我國市場，給我國的水力發電設備注入了新的活力。本文對德國GLACIER公司研制的DEVA—BM材料的金相組織結構、自潤滑特性、裝配安裝方法、實際應用及其使用壽命的估算方法等進行了分析探討。
　　1　DEVA—BM材料的金相組織結構
　　DEVA—BM系列產品是采用先進的粉末冶金技術制造的，其產品的合金材料是將DEVA—BM合金的薄壁層燒結到鋼基材上，DEVAMET－AL合金含有固體石墨潤滑劑或使用二硫化鎢等低摩擦的添加劑，均勻地彌散在整個青銅或鉛青銅的金屬基體內。為了保證有較低的摩擦系數，可以將石墨和聚四氟乙稀（PTFE）構成的20μm的薄膜施加到軸承的表面，這種由石墨和聚四氟乙稀(PTFE)構成的薄膜被稱為磨合膜(見圖1)，可有效地保證軸承有較低的摩擦系數。

圖1　SEVA—BM的金相組織結構

　　2　DEVA—BM的自潤滑特性
　　DEVA—BM產品是利用其自身的干耐磨機理來工作的，其中固體潤滑劑起著決定性的作用。眾所周知，石墨本身是層狀組織，其優點是材料內相鄰分子間、層之間的層間抗剪強度低。在DEVA—BM軸承開始運轉時，DEVAMETAL合金出現磨損，此時石墨從軸承表面釋放出來，通過配合端面的凹凸不平，機械地粘附在磨損處的接觸表面，形成了堅固的低摩擦表面。依靠這個表面，DEVA—BM軸承得以繼續工作，并且磨損率很低。當發生磨損時，所形成的石墨膜只要有任何損壞，將被DEVA—BM軸承中再次釋放出來的固體潤滑劑修補。DEVA—BM就是通過這種干耐磨機理實現其自潤滑特性的。
　　3　DEVA—BM合金的成分及其主要物理性能
　　DEVA—BM鋼基材及襯材基體成分如表1所示。
　　DEVA—BM的物理和機械性能如表2所示。
　　DEVA—BM的軸承性能如表3所示。

表1　DEVA—BM鋼基材及襯材基體萬分

表2　DEVA—BM的物理和機械性能

表3　DEVA—BM的軸承性能

　　4　DEVA—BM的設計要素及使用壽命的計算方法
　　4.1單位負載施加于DEVA—BM上的Z大單位負載，取決于合金類別和負載的類別。在靜負載條件下，單位負載大；在動負載條件下，因為它使軸承產生疲勞應力，因而允許的單位負載就要小。為評估軸承性能，單位負載

用工作負載除以軸承投影面積來確定，此值不應超過表3所給出的負載極限。Z大負載值表現在軸承和接觸表面之間的良好對中性上。對于襯套

　　4.2負載類別如上所述，DEVA金屬的磨損性取決于施加負載的大小以及負載的性質。
　　4.2.1靜負載在靜負載時，負載相對軸承來說，其負載大小和作用位置是恒定的，根據這樣的條件，DEVA—BM合金給出Z佳干磨損性。磨損集中在軸承表面，有利的弧形是在與軸接觸的地方。
　　4.2.2旋轉負載在旋轉負載時，負載的大小和運動是恒定的，是圍繞著軸承做圓周運行。在這樣的條件下，在軸承表面所有點發生磨耗，導致軸承間隙增加，并且磨損加速發展。
　　4.2.3動負載在動負載時，負載相對軸承來說，其大小和位置是變化的。在此條件下，DEVA—BM的性能取決于材料的疲勞性能，因此材料的負載能力降低。對于動載荷，負載對DEVA—BM的性能影響系數αE=0.7。對于軸承固定一軸旋轉，運動類別對DEVA—BM性能的影響系數αBS=1.10。
　　4.3滑動速度對于襯套（連續旋轉）

　　軸承表面產生的摩擦熱，在干運轉時，隨著滑動速度而增加，Z終對軸承材料的耐磨性產生不良影響。在干運轉條件下，DEVA—BM軸承尚能安全工作的Z大滑動速度取決于合金成分。DE—VA—BM合金Z大滑動速度的推薦值列于表3。工作時產生的摩擦熱，通過接觸表面和軸承材料散失到軸承座上。間隙工作產生的摩擦熱可以散失，從而降低軸承內的溫度。
　　4.4