固體自潤滑軸承在煤礦機(jī)械中的應(yīng)用

馬林杰

（平頂山煤業(yè)（集團(tuán)）油脂化工廠，河南 平頂山 467000）

隨著現(xiàn)代工業(yè)等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，特殊工況越來越多，使得普通液體潤滑軸承因其摩擦特性所限，已不能適應(yīng)特殊工況的要求。金屬基固體自潤滑軸承作為固體潤滑技術(shù)的發(fā)展，突破了油膜潤滑極限，能適應(yīng)多種特殊工況的要求，應(yīng)用場合越來越多。煤礦機(jī)械生產(chǎn)條件惡劣，煤礦機(jī)械若潤滑不到位，致使磨損失效，情況嚴(yán)重會影響設(shè)備的使用壽命，甚至?xí)鸢踩鹿省９腆w自潤滑軸承，結(jié)合金屬基體與固體潤滑劑的各項(xiàng)性能，在低速、重載、高溫的環(huán)境中表現(xiàn)出良好的自潤滑特性，為煤礦機(jī)械設(shè)計、制造中的潤滑不佳部位提供有效的解決方案，同時節(jié)能環(huán)保，減小污染，與綠色煤機(jī)設(shè)計制造技術(shù)理念一脈相承。

1 固體自潤滑軸承的特性

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(dāng)?shù)目祝⒃诳字星度刖哂歇?dú)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。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(yōu)點(diǎn)。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(qiáng)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、天然黑鉛等合成，另一種以PTFE為基體合成。固體自潤滑軸承可以充分的應(yīng)用到煤礦機(jī)械的設(shè)計制造當(dāng)中，例如：在結(jié)構(gòu)緊湊的減速器行星輪組件中應(yīng)用；在有相對運(yùn)動且不便潤滑的滑架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中應(yīng)用；還有在長時間工作且數(shù)量巨大的帶式輸送機(jī)托輥上應(yīng)用等。固體自潤滑軸承的選用，能很好地解決上述機(jī)構(gòu)中要求零部件的耐磨、長時間運(yùn)轉(zhuǎn)以及外界潤滑條件不佳所帶來的矛盾。

2 固體自潤滑軸承在煤礦機(jī)械中的應(yīng)用要點(diǎn)

由于煤礦機(jī)械因使用環(huán)境的特殊性，使用工況的惡劣以及本身結(jié)構(gòu)的緊湊性，給設(shè)備的使用維護(hù)帶來很大的不便。而固體自潤滑軸承可以充分的應(yīng)用到煤礦機(jī)械的設(shè)計制造當(dāng)中，例如：在結(jié)構(gòu)緊湊的減速器行星輪組件中應(yīng)用，在有相對運(yùn)動且不便潤滑的滑架導(dǎo)向機(jī)構(gòu)中應(yīng)用，還有在長時間工作且數(shù)量巨大的帶式輸送機(jī)托輥上應(yīng)用等。固體自潤滑軸承的選用，能很好地解決上述機(jī)構(gòu)中要求零部件的耐磨、長時間運(yùn)轉(zhuǎn)以及外界潤滑條件不佳所帶來的矛盾。

1）設(shè)計與分析。固體自潤滑軸承的設(shè)計與一般滑動軸承的設(shè)計有許多共同之處，但鑲嵌型固體自潤滑軸承的設(shè)計有些特殊要求，一般包括以下內(nèi)容。

（1）軸承pV值的確定。軸承使用載荷條件由表面載荷p和允許速度V和乘積pV值確定。

所以p′ V=(πPn/L)×10-3(MPa·m/min)

式中，P—承載載荷，N；L—軸承寬度，mm；D—軸承直徑，mm；n—軸的轉(zhuǎn)速，min-1。

（2）軸承內(nèi)徑與寬度的確定。軸承的內(nèi)徑由所用軸的直徑確定。軸承寬度則由軸承允許表面載荷p′確定，即p′≥P/dL，即L≥P/dp′。由此可見，增大軸承寬度可提高承載載荷，降低軸承表面載荷。但寬度增加到一定數(shù)值后，可能使抗偏載能力和冷卻效果降低，反而過早地?fù)p傷軸承。所以在L/d值大到一定程度仍然不能滿足時，則可以選擇允許表面載荷p′高的基體材料；或者在允許的設(shè)計范圍內(nèi)加大軸頸，達(dá)到降低軸承寬度的目的。一般L/d=0.5～1.5；對于高溫、高速、高載荷的軸承L/d≤1；對于高偏載軸承L/d≤0.5～0.7。

（3）軸承的厚度。考慮軸承的熱膨脹、熱傳導(dǎo)及機(jī)械強(qiáng)度的需要，其厚度只需滿足機(jī)械加工工藝的要求。

推薦的軸承厚度與軸頸的關(guān)系如下表1所示。

表1 軸承厚度與軸頸的關(guān)系（單位：mm）

（4）軸承的配合間隙。對于下列情況，軸承間隙的設(shè)計要作修正。第一，當(dāng)軸頸小于120mm時，針對輕載荷及重載荷，軸承與軸承座的配合可分別選擇H7/r7，H7/m7；軸承與軸的配合可分別選擇F7/f7，F(xiàn)7/d7。當(dāng)孔與軸發(fā)生相向運(yùn)動時，間隙應(yīng)放大0.05～0.15mm。第二，當(dāng)環(huán)境溫度在100℃以上時，必須考慮軸的熱膨脹量對配合間隙的影響。在設(shè)計軸承時，內(nèi)孔的公差要加入熱膨脹量σ，其值可按下式計算

式中，d—軸的直徑，mm；t—環(huán)境溫度，℃；α—材料熱膨脹系數(shù)。

2）裝配要求與分析.（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(wěn)釘固定。固體自潤滑軸承的內(nèi)徑取E8，軸徑取d7(如果受到加工能力限制，可取d8或d9)，回轉(zhuǎn)精度要求高時可選e7。（2）軸承的安裝。固體自潤滑軸承一般為薄壁結(jié)構(gòu)，安裝方法不當(dāng)容易造成軸承變形，故裝配時建議采用相應(yīng)芯棒壓入，座孔入口應(yīng)有倒角，芯棒頭部應(yīng)光滑，芯棒直徑d應(yīng)小于軸承內(nèi)徑的0.2～0.3 mm。（3）軸承安裝后內(nèi)經(jīng)收縮量計算。當(dāng)固體自潤滑軸承壓入座孔后，壓入時的壓力使軸承內(nèi)徑收縮，此時外徑的過盈量δ和內(nèi)徑的收縮量Δ之間的關(guān)系受座孔強(qiáng)度、材質(zhì)、表面粗糙度以及壓入方式等因素的影響發(fā)生變化。當(dāng)座孔強(qiáng)度足夠，材質(zhì)為鐵系，軸承材質(zhì)為銅合金時，內(nèi)徑收縮量Δ可用下式計算，即：

式中，Δ—為軸承內(nèi)徑收縮量，mm；δ—為軸承外徑過盈量，mm；d0—為壓入前軸承內(nèi)徑，mm；DB—為壓入前軸承外徑，mm。

（4）注意事項(xiàng)。第一，裝配時軸承及安裝座和軸表面清理干凈，適當(dāng)涂抹潤滑脂。第二，裝配時應(yīng)緩慢壓入，嚴(yán)禁敲打，以免傷及軸承，引起變形。第三，設(shè)計時根據(jù)不同的工況及安裝部位選用不同的基體材質(zhì)，以提高機(jī)械性能。第四，設(shè)計時在高承載、往復(fù)運(yùn)動中應(yīng)使用螺釘固定軸承。

3 結(jié)束語

綜上所述，煤礦機(jī)械因其使用環(huán)境的特殊性，其設(shè)備各鉸點(diǎn)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)長期處于重載荷或沖擊載荷中，啟動頻繁或啟動負(fù)荷高，且長期在環(huán)境惡劣、污染嚴(yán)重的條件下使用，受工作環(huán)境或機(jī)械結(jié)構(gòu)空間限制，難以供油潤滑，以至于工作機(jī)構(gòu)經(jīng)常會出現(xiàn)鉸接銹蝕抱死、機(jī)構(gòu)失效等問題，導(dǎo)致設(shè)備不能正常工作，增加了維護(hù)維修難度。為此，將其用于煤礦機(jī)械設(shè)備，可有效提升設(shè)備使用性能。具體總結(jié)如下：1）固體自潤滑軸承是采用一定的金屬基材和固體潤滑劑的復(fù)合，利用兩種材料的性能互補(bǔ)，可在高溫、低速、重載、不易形成潤滑油膜或油膜易失效的惡劣特殊條件下，實(shí)現(xiàn)無油自潤滑，達(dá)到磨損慢及壽命高的目的。2）固體自潤滑軸承的設(shè)計有其自身的特點(diǎn)，如基體材料及固體潤滑劑的選擇及配對；軸承承載載荷及軸承寬度的確定；軸承的厚度與配合間隙的選擇等。3）通過介紹了固體自潤滑軸承在煤礦機(jī)械中的裝配要求，實(shí)踐證明其性能良好，使用壽命較長。為同行在固體自潤滑軸承設(shè)計、選型方面提供一定的參考作用。