自润滑轴承的特性及其应用

2012-04-06

作者：高欣
（黑龙江哈尔滨电机厂有限责任公司）

　　摘　要：介绍了德国GLACLER公司设计制造的DEVA—BM的金相组织结构、自润滑特性和DEVA—BM的机械性能，及DEVA—BM在水力发电设备上的应用，描述了DEVA—BM轴承装配安装方法及使用寿命计算方法。
　　关键字：DEVA—BM；金相组织；自润滑；安装方法；寿命计算
　　前　言
　　在水力发电设备中，以往使用的尼龙轴承、铜瓦轴承自身的缺点较多。如纯尼龙轴承的吸水膨胀性，增加了尺寸的不稳定因素，出现抱轴等现象，给电站实际运行带来了隐患；铜瓦轴承需要干油润滑，造价较高，工艺复杂，不利于环保，承载能力低，挤压应力较高，只有加大本体部件的轴径尺寸，才能降低轴瓦的挤压应力，这样势必造成发电设备本体部件材料的浪费。随着我国加入WTO的步代加快，与外国公司的合作项目日趋增多，外国先进的自润滑产品进入我国市场，给我国的水力发电设备注入了新的活力。本文对德国GLACIER公司研制的DEVA—BM材料的金相组织结构、自润滑特性、装配安装方法、实际应用及其使用寿命的估算方法等进行了分析探讨。
　　1　DEVA—BM材料的金相组织结构
　　DEVA—BM系列产品是采用先进的粉末冶金技术制造的，其产品的合金材料是将DEVA—BM合金的薄壁层烧结到钢基材上，DEVAMET－AL合金含有固体石墨润滑剂或使用二硫化钨等低摩擦的添加剂，均匀地弥散在整个青铜或铅青铜的金属基体内。为了保证有较低的摩擦系数，可以将石墨和聚四氟乙稀（PTFE）构成的20μm的薄膜施加到轴承的表面，这种由石墨和聚四氟乙稀(PTFE)构成的薄膜被称为磨合膜(见图1)，可有效地保证轴承有较低的摩擦系数。

图1　SEVA—BM的金相组织结构

　　2　DEVA—BM的自润滑特性
　　DEVA—BM产品是利用其自身的干耐磨机理来工作的，其中固体润滑剂起着决定性的作用。众所周知，石墨本身是层状组织，其优点是材料内相邻分子间、层之间的层间抗剪强度低。在DEVA—BM轴承开始运转时，DEVAMETAL合金出现磨损，此时石墨从轴承表面释放出来，通过配合端面的凹凸不平，机械地粘附在磨损处的接触表面，形成了坚固的低摩擦表面。依靠这个表面，DEVA—BM轴承得以继续工作，并且磨损率很低。当发生磨损时，所形成的石墨膜只要有任何损坏，将被DEVA—BM轴承中再次释放出来的固体润滑剂修补。DEVA—BM就是通过这种干耐磨机理实现其自润滑特性的。
　　3　DEVA—BM合金的成分及其主要物理性能
　　DEVA—BM钢基材及衬材基体成分如表1所示。
　　DEVA—BM的物理和机械性能如表2所示。
　　DEVA—BM的轴承性能如表3所示。

表1　DEVA—BM钢基材及衬材基体万分

表2　DEVA—BM的物理和机械性能

表3　DEVA—BM的轴承性能

　　4　DEVA—BM的设计要素及使用寿命的计算方法
　　4.1单位负载施加于DEVA—BM上的Z大单位负载，取决于合金类别和负载的类别。在静负载条件下，单位负载大；在动负载条件下，因为它使轴承产生疲劳应力，因而允许的单位负载就要小。为评估轴承性能，单位负载

用工作负载除以轴承投影面积来确定，此值不应超过表3所给出的负载极限。Z大负载值表现在轴承和接触表面之间的良好对中性上。对于衬套

　　4.2负载类别如上所述，DEVA金属的磨损性取决于施加负载的大小以及负载的性质。
　　4.2.1静负载在静负载时，负载相对轴承来说，其负载大小和作用位置是恒定的，根据这样的条件，DEVA—BM合金给出Z佳干磨损性。磨损集中在轴承表面，有利的弧形是在与轴接触的地方。
　　4.2.2旋转负载在旋转负载时，负载的大小和运动是恒定的，是围绕着轴承做圆周运行。在这样的条件下，在轴承表面所有点发生磨耗，导致轴承间隙增加，并且磨损加速发展。
　　4.2.3动负载在动负载时，负载相对轴承来说，其大小和位置是变化的。在此条件下，DEVA—BM的性能取决于材料的疲劳性能，因此材料的负载能力降低。对于动载荷，负载对DEVA—BM的性能影响系数αE=0.7。对于轴承固定一轴旋转，运动类别对DEVA—BM性能的影响系数αBS=1.10。
　　4.3滑动速度对于衬套（连续旋转）

　　轴承表面产生的摩擦热，在干运转时，随着滑动速度而增加，Z终对轴承材料的耐磨性产生不良影响。在干运转条件下，DEVA—BM轴承尚能安全工作的Z大滑动速度取决于合金成分。DE—VA—BM合金Z大滑动速度的推荐值列于表3。工作时产生的摩擦热，通过接触表面和轴承材料散失到轴承座上。间隙工作产生的摩擦热可以散失，从而降低轴承内的温度。
　　4.4