固體自潤滑軸承在煤礦機械中的應(yīng)用范文

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摘要:煤礦機械因使用環(huán)境特殊、使用工況惡劣以及本身結(jié)構(gòu)緊湊，給設(shè)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(yōu)點，突破了一般軸承靠潤滑油的局限性，可以充分的應(yīng)用到煤礦機械的設(shè)計制造當中，具體解決了機構(gòu)中要求抗重載、抗污染、耐磨性好與機構(gòu)因長時運轉(zhuǎn)、潤滑條件不佳所帶來的矛盾，也為煤礦機械設(shè)計選型提供了一定參考。

關(guān)鍵詞:固體自潤滑軸承;煤礦機械;潤滑

0引言

煤礦機械因其使用環(huán)境的特殊性，其設(shè)備各鉸點、回轉(zhuǎn)機構(gòu)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(huán)境惡劣、污染嚴重的條件下使用，受工作環(huán)境或機械結(jié)構(gòu)空間限制，難以供油潤滑，以至于工作機構(gòu)經(jīng)常會出現(xiàn)鉸接銹蝕抱死、機構(gòu)失效等問題，導致設(shè)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(shè)計及應(yīng)用中的計算和裝配要求，為煤礦機械設(shè)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?shù)目籽ǎ⒃诳籽ㄖ星度刖哂歇毺刈詽櫥阅艿某尚凸腆w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(yōu)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(xiàn)自潤滑效果［2］。主要特點為:1)相比傳統(tǒng)的滾動軸承，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、設(shè)計靈活、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點。2)有適量的彈塑性，能將應(yīng)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(fā)揮優(yōu)越的耐磨性。4)靜動摩擦因數(shù)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(zhuǎn)過程中能形成轉(zhuǎn)移膜，起到保護對磨軸的作用，無咬軸現(xiàn)象。

2固體自潤滑軸承在煤礦機械中的應(yīng)用

由于煤礦機械因使用環(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)用到煤礦機械的設(shè)計制造當中，例如:在結(jié)構(gòu)緊湊的減速器行星輪組件中應(yīng)用，在有相對運動且不便潤滑的滑架導向機構(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托輥上應(yīng)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(gòu)中要求零部件的耐磨、長時間運轉(zhuǎn)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(shè)計

計算固體自潤滑軸承的設(shè)計與一般滑動軸承的設(shè)計相比有其特殊要求。設(shè)計時主要校核其PV值是否滿足設(shè)計要求，以及配合選取和使用壽命內(nèi)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(guān)鍵在于能否保證軸頸和固體軸承內(nèi)圈之間形成一層邊界油膜。為此，在設(shè)計計算自潤滑軸承時要對以下參數(shù)進行驗算［3］。

3．2軸承內(nèi)徑和寬度的確定

軸承的內(nèi)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。

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。

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(nèi)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(zhì)、速度、雜質(zhì)、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(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。

4．2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(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0．2～0．3mm。

4．3軸承安裝后內(nèi)經(jīng)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(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。

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(yīng)緩慢壓入，嚴禁敲打，以免傷及軸承，引起變形。3)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)，以提高機械性能。4)設(shè)計時在高承載、往復運動中應(yīng)使用螺釘固定軸承。

5結(jié)論

固體自潤滑軸承因其結(jié)構(gòu)簡單、承載力強、高耐磨性、無需潤滑的優(yōu)良特性，現(xiàn)已在煤礦機械機構(gòu)設(shè)計中廣泛應(yīng)用。通過介紹了固體自潤滑軸承在煤礦機械中的設(shè)計計算及裝配要求，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。

參考文獻:

［1］盧鈴，朱定一，汪才良．金屬基/石墨固體自潤滑材料的研究進展［J］．材料導報．2007，21(2):38-42．

［2］強穎懷，王秉芳．鑲嵌型固體自潤滑材料的研究與應(yīng)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(shù)與機床．1996(11):4．

［5］劉如鐵，李溪濱，程時和．金屬基固體自潤滑材料的研究概況［J］．粉末冶金工業(yè)，2001，11(3):51-56．

［6］支龍，王耀華，譚業(yè)發(fā)．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.

作者：宋明江；李亭潔 單位：中國煤炭科工集團