固體自潤滑軸承在煤礦機械中的應用

馬林杰

（平頂山煤業（集團）油脂化工廠，河南 平頂山 467000）

隨著現代工業等領域的飛速發展，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的發展，突破了油膜潤滑極限，能適應多種特殊工況的要求，應用場合越來越多。煤礦機械生產條件惡劣，煤礦機械若潤滑不到位，致使磨損失效，情況嚴重會影響設備的使用壽命，甚至會引起安全事故。固體自潤滑軸承，結合金屬基體與固體潤滑劑的各項性能，在低速、重載、高溫的環境中表現出良好的自潤滑特性，為煤礦機械設計、制造中的潤滑不佳部位提供有效的解決方案，同時節能環保，減小污染，與綠色煤機設計制造技術理念一脈相承。

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、大小適當的孔，并在孔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。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。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。

2 固體自潤滑軸承在煤礦機械中的應用要點

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。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。

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

（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—軸的轉速，min-1。

（2）軸承內徑與寬度的確定。軸承的內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值后，可能使抗偏載能力和冷卻效果降低，反而過早地損傷軸承。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；或者在允許的設計范圍內加大軸頸，達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、熱傳導及機械強度的需要，其厚度只需滿足機械加工工藝的要求。

推薦的軸承厚度與軸頸的關系如下表1所示。

表1 軸承厚度與軸頸的關系（單位：mm）

（4）軸承的配合間隙。對于下列情況，軸承間隙的設計要作修正。第一，當軸頸小于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，F7/d7。當孔與軸發生相向運動時，間隙應放大0.05～0.15mm。第二，當環境溫度在100℃以上時，必須考慮軸的熱膨脹量對配合間隙的影響。在設計軸承時，內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—環境溫度，℃；α—材料熱膨脹系數。

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。（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，故裝配時建議采用相應芯棒壓入，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0.2～0.3 mm。（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）注意事項。第一，裝配時軸承及安裝座和軸表面清理干凈，適當涂抹潤滑脂。第二，裝配時應緩慢壓入，嚴禁敲打，以免傷及軸承，引起變形。第三，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。第四，設計時在高承載、往復運動中應使用螺釘固定軸承。

3 結束語

綜上所述，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，將其用于煤礦機械設備，可有效提升設備使用性能。具體總結如下：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合，利用兩種材料的性能互補，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，實現無油自潤滑，達到磨損慢及壽命高的目的。2）固體自潤滑軸承的設計有其自身的特點，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械中的裝配要求，實踐證明其性能良好，使用壽命較長。為同行在固體自潤滑軸承設計、選型方面提供一定的參考作用。