自潤滑軸承在煤礦機械中的應用

　　摘要:煤礦機械因使用環境特殊、使用工況惡劣以及本身結構緊湊，給設備的使用維護增加了難度。固體自潤滑軸承綜合了金屬基體和自潤滑的優點，突破了一般軸承靠潤滑油的局限性，可以充分的應用到煤礦機械的設計制造當中，具體解決了機構中要求抗重載、抗污染、耐磨性好與機構因長時運轉、潤滑條件不佳所帶來的矛盾，也為煤礦機械設計選型提供了一定參考。

　　關鍵詞:固體自潤滑軸承;煤礦機械;潤滑;機械；發表機械專業論文

　　0引言煤礦機械因其使用環境的特殊性，其設備各鉸點、回轉機構長期處于重載荷或沖擊載荷中，啟動頻繁或啟動負荷高，且長期在環境惡劣、污染嚴重的條件下使用，受工作環境或機械結構空間限制，難以供油潤滑，以至于工作機構經常會出現鉸接銹蝕抱死、機構失效等問題，導致設備不能正常工作，增加了維護維修難度。為此，具體介紹了固體自潤滑軸承的特點，詳細闡述了該軸承在煤礦機械設計及應用中的計算和裝配要求，為煤礦機械設計選型提供了一定的參考。

　　1固體自潤滑軸承原理及其特點

　　1.1基本原理

　　固體自潤滑軸承是在滑動軸承基體的金屬摩擦面上布置排列有序、大小適當的孔穴，并在孔穴中嵌入具有獨特自潤滑性能的成型固體潤滑劑而制成的固體自潤滑軸承，如圖1所示。固體潤滑劑的潤滑面積一般為摩擦面積的25%～35%。該種類型軸承綜合了金屬基體和自潤滑材料的優點，突破了一般軸承依靠潤滑油的局限性。固體自潤滑軸承比較常用的材料有高強黃銅合金、錫青銅、鋁鐵青銅等等;嵌入的固體潤滑材料主要有兩大品種:一種為人工石墨、天然黑鉛、MoS2合成，另一種以PTFE(聚四氟乙烯)為基體合成[1]。

　　

　　1.2主要特點固體自潤滑軸承特別適用于低速、重載、高溫、無油、污染以及在水中而無法加注潤滑油脂的特殊工況條件下使用，能有效減弱摩擦副金屬間的直接接觸，減小重啟動阻力，即使在很高的載荷下也能形成很好的固體潤滑膜，從而實現自潤滑效果[2]。主要特點為:

　　1)相比傳統的滾動軸承，具有結構簡單、體積小、重量輕、設計靈活、應用范圍廣的優點。

　　2)有適量的彈塑性，能將應力分布在較寬的接觸面上，提高軸承的承載能力。

　　3)往復運動、擺動運動、啟動停止頻繁等油膜難以形成的場所，可發揮優越的耐磨性。

　　4)靜動摩擦因數相近，能消除低速下的爬行，從而保證機械的工作精度。

　　5)能使機械減少振動、降低噪聲、防止污染，改善勞動條件。

　　6)在運轉過程中能形成轉移膜，起到保護對磨軸的作用，無咬軸現象。

　　2固體自潤滑軸承在煤礦機械中的應用

　　由于煤礦機械因使用環境的特殊性，使用工況的惡劣以及本身結構的緊湊性，給設備的使用維護帶來很大的不便。而固體自潤滑軸承可以充分的應用到煤礦機械的設計制造當中，例如:在結構緊湊的減速器行星輪組件中應用，在有相對運動且不便潤滑的滑架導向機構中應用，還有在長時間工作且數量巨大的帶式輸送機托輥上應用等，如圖2所示。固體自潤滑軸承的選用，能很好地解決上述機構中要求零部件的耐磨、長時間運轉以及外界潤滑條件不佳所帶來的矛盾。

　　

　　3固體自潤滑軸承在煤礦機械中的設計計算

　　固體自潤滑軸承的設計與一般滑動軸承的設計相比有其特殊要求。設計時主要校核其PV值是否滿足設計要求，以及配合選取和使用壽命內的磨損分析。

　　3.1PV值的計算與校核固體自潤滑軸承的主要失效形式為過渡磨損，防止磨損失效的關鍵在于能否保證軸頸和固體軸承內圈之間形成一層邊界油膜。為此，在設計計算自潤滑軸承時要對以下參數進行驗算[3]。

　　1)工作壓強設計計算限制平均比壓P，避免在載荷作用下自潤滑軸承被完全擠出。

　　

　　式中:P為軸承的工作壓力，MPa;Fmax為軸承承受的最大徑向載荷，N;d為軸頸直徑，mm;L為軸頸的工作長度，mm;[]P0為軸承材料的許用壓力，MPa。

　　2)軸承工作線速度計算

　　

　　式中:v為軸承工作線速度，m/s;n為輪軸轉速，r/min;r為軸承半徑，mm。

　　3)PV值計算

　　限制固體自潤滑軸承的PV值，控制軸承的溫升，避免邊界膜的破裂。

　　

　　式中:[]Pv為PV的許用值，MPa。根據相關設計參數，計算得PV值，查相關手冊可得許用安全[]Pv值。

　　3.2軸承內徑和寬度的確定

　　軸承的內徑由所配合的軸的直徑d確定。軸承寬度L則由軸承允許的工作壓力P確定，即

　　

　　由此可見，增大軸承寬度可提高承載載荷，降低軸承工作壓力，但寬度增加到一定數值后，可能使軸承的抗偏載能力和冷卻效果降低，反而過早的損傷軸承，故L/d值大到一定程度仍然不能滿足時，則可以選擇允許軸承工作壓力P較高的基體材料，或者在允許的設計范圍內加大軸頸，從而達到降低軸承寬度的目的。一般取L/d=0.5∶1.5;對于高速、高溫、高載荷的軸承一般取L/d≤1;對于高偏載的自潤滑軸承，一般取L/d≤0.5∶0.7。

　　3.3軸承壁厚的確定

　　考慮固體自潤滑軸承的熱膨脹、熱傳導以及機械強度的需要，其厚度只需滿足機械加工工藝的要求。一般情況下，軸承壁厚:t=(0.05～0.07)d+(2～5)mm(5)

　　3.4軸承磨損分析

　　固體自潤滑軸承的壽命，除急劇燒焦外，通常由軸承內徑的磨損量來決定，磨損量主要受摩擦條件的影響，而摩擦又受承載、材質、速度、雜質、工作溫度、表面粗糙度、不同運行方式以及所使用潤滑劑等條件影響。

　　4固體自潤滑軸承在煤礦機械中的裝配要求

　　4.1軸承外徑孔座的配合

　　固體自潤滑軸承的外徑一般取r7，安裝座孔取H7的過盈配合，特殊情況，如果過盈配合壓裝有困難，則可取m7，但軸承兩端須加裝穩釘固定。固體自潤滑軸承的內徑取E8，軸徑取d7(如果受到加工能力限制，可取d8或d9)，回轉精度要求高時可選e7。

　　4.2軸承的安裝

　　固體自潤滑軸承一般為薄壁結構，安裝方法不當容易造成軸承變形，故裝配時建議采用如圖3所示的芯棒壓入，座孔入口應有倒角，芯棒頭部應光滑，芯棒直徑d應小于軸承內徑的0.2～0.3mm。

　　

　　4.3軸承安裝后內經收縮量計算

　　當固體自潤滑軸承壓入座孔后，壓入時的壓力使軸承內徑收縮，此時外徑的過盈量δ和內徑的收縮量Δ之間的關系受座孔強度、材質、表面粗糙度以及壓入方式等因素的影響發生變化。當座孔強度足夠，材質為鐵系，軸承材質為銅合金時，內徑收縮量Δ可用下式計算，即:

　　

　　式中:Δ為軸承內徑收縮量，mm;δ為軸承外徑過盈量，mm;d0為壓入前軸承內徑，mm;DB為壓入前軸承外徑，mm。

　　4.4注意事項

　　1)裝配時軸承及安裝座和軸表面清理干凈，適當涂抹潤滑脂。

　　2)裝配時應緩慢壓入，嚴禁敲打，以免傷及軸承，引起變形。

　　3)設計時根據不同的工況及安裝部位選用不同的基體材質，以提高機械性能。

　　4)設計時在高承載、往復運動中應使用螺釘固定軸承。

　　5結論

　　固體自潤滑軸承因其結構簡單、承載力強、高耐磨性、無需潤滑的優良特性，現已在煤礦機械機構設計中廣泛應用。通過介紹了固體自潤滑軸承在煤礦機械中的設計計算及裝配要求，為同行在固體自潤滑軸承設計、選型方面提供一定的參考作用。

　　參考文獻:

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　　[2]強穎懷，王秉芳.鑲嵌型固體自潤滑材料的研究與應用[J].潤滑與密封.1998(1):42-43，21.

　　[3]曹同坤，鄧建新.自潤滑材料及其摩擦特性的影響因素[J].材料導報.2004，18(12):80-82.

　　[4]石淼森.高分子和金屬基潤滑材料[J].制造技術與機床.1996(11):4.

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　　[6]支龍，王耀華，譚業發.青銅-石墨復合粉末熱噴涂層的干滑動摩擦磨損性能[J].機械工程材料，2005，29(1):46-48

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