自潤滑軸承的特性及其應用
2012-04-06作者：高 欣
（黑龍江哈爾濱電機廠有限責任公司）
（黑龍江哈爾濱電機廠有限責任公司）
摘 要：介紹了德國GLACLER公司設計制造的DEVA—BM的金相組織結(jié)構(gòu)、自潤滑特性和DEVA—BM的機械性能，及DEVA—BM在水力發(fā)電設備上的應用，描述了DEVA—BM軸承裝配安裝方法及使用壽命計算方法。
關鍵字：DEVA—BM；金相組織；自潤滑；安裝方法；壽命計算
前 言
在水力發(fā)電設備中，以往使用的尼龍軸承、銅瓦軸承自身的缺點較多。如純尼龍軸承的吸水膨脹性，增加了尺寸的不穩(wěn)定因素，出現(xiàn)抱軸等現(xiàn)象，給電站實際運行帶來了隱患；銅瓦軸承需要干油潤滑，造價較高，工藝復雜，不利于環(huán)保，承載能力低，擠壓應力較高，只有加大本體部件的軸徑尺寸，才能降低軸瓦的擠壓應力，這樣勢必造成發(fā)電設備本體部件材料的浪費。隨著我國加入WTO的步代加快，與外國公司的合作項目日趨增多，外國先進的自潤滑產(chǎn)品進入我國市場，給我國的水力發(fā)電設備注入了新的活力。本文對德國GLACIER公司研制的DEVA—BM材料的金相組織結(jié)構(gòu)、自潤滑特性、裝配安裝方法、實際應用及其使用壽命的估算方法等進行了分析探討。
1 DEVA—BM材料的金相組織結(jié)構(gòu)
DEVA—BM系列產(chǎn)品是采用先進的粉末冶金技術制造的，其產(chǎn)品的合金材料是將DEVA—BM合金的薄壁層燒結(jié)到鋼基材上，DEVAMET－AL合金含有固體石墨潤滑劑或使用二硫化鎢等低摩擦的添加劑，均勻地彌散在整個青銅或鉛青銅的金屬基體內(nèi)。為了保證有較低的摩擦系數(shù)，可以將石墨和聚四氟乙?。≒TFE）構(gòu)成的20μm的薄膜施加到軸承的表面，這種由石墨和聚四氟乙稀(PTFE)構(gòu)成的薄膜被稱為磨合膜(見圖1)，可有效地保證軸承有較低的摩擦系數(shù)。
關鍵字：DEVA—BM；金相組織；自潤滑；安裝方法；壽命計算
前 言
在水力發(fā)電設備中，以往使用的尼龍軸承、銅瓦軸承自身的缺點較多。如純尼龍軸承的吸水膨脹性，增加了尺寸的不穩(wěn)定因素，出現(xiàn)抱軸等現(xiàn)象，給電站實際運行帶來了隱患；銅瓦軸承需要干油潤滑，造價較高，工藝復雜，不利于環(huán)保，承載能力低，擠壓應力較高，只有加大本體部件的軸徑尺寸，才能降低軸瓦的擠壓應力，這樣勢必造成發(fā)電設備本體部件材料的浪費。隨著我國加入WTO的步代加快，與外國公司的合作項目日趨增多，外國先進的自潤滑產(chǎn)品進入我國市場，給我國的水力發(fā)電設備注入了新的活力。本文對德國GLACIER公司研制的DEVA—BM材料的金相組織結(jié)構(gòu)、自潤滑特性、裝配安裝方法、實際應用及其使用壽命的估算方法等進行了分析探討。
1 DEVA—BM材料的金相組織結(jié)構(gòu)
DEVA—BM系列產(chǎn)品是采用先進的粉末冶金技術制造的，其產(chǎn)品的合金材料是將DEVA—BM合金的薄壁層燒結(jié)到鋼基材上，DEVAMET－AL合金含有固體石墨潤滑劑或使用二硫化鎢等低摩擦的添加劑，均勻地彌散在整個青銅或鉛青銅的金屬基體內(nèi)。為了保證有較低的摩擦系數(shù)，可以將石墨和聚四氟乙?。≒TFE）構(gòu)成的20μm的薄膜施加到軸承的表面，這種由石墨和聚四氟乙稀(PTFE)構(gòu)成的薄膜被稱為磨合膜(見圖1)，可有效地保證軸承有較低的摩擦系數(shù)。
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圖1 SEVA—BM的金相組織結(jié)構(gòu)
2 DEVA—BM的自潤滑特性
DEVA—BM產(chǎn)品是利用其自身的干耐磨機理來工作的，其中固體潤滑劑起著決定性的作用。眾所周知，石墨本身是層狀組織，其優(yōu)點是材料內(nèi)相鄰分子間、層之間的層間抗剪強度低。在DEVA—BM軸承開始運轉(zhuǎn)時，DEVAMETAL合金出現(xiàn)磨損，此時石墨從軸承表面釋放出來，通過配合端面的凹凸不平，機械地粘附在磨損處的接觸表面，形成了堅固的低摩擦表面。依靠這個表面，DEVA—BM軸承得以繼續(xù)工作，并且磨損率很低。當發(fā)生磨損時，所形成的石墨膜只要有任何損壞，將被DEVA—BM軸承中再次釋放出來的固體潤滑劑修補。DEVA—BM就是通過這種干耐磨機理實現(xiàn)其自潤滑特性的。
3 DEVA—BM合金的成分及其主要物理性能
DEVA—BM鋼基材及襯材基體成分如表1所示。
DEVA—BM的物理和機械性能如表2所示。
DEVA—BM的軸承性能如表3所示。
DEVA—BM產(chǎn)品是利用其自身的干耐磨機理來工作的，其中固體潤滑劑起著決定性的作用。眾所周知，石墨本身是層狀組織，其優(yōu)點是材料內(nèi)相鄰分子間、層之間的層間抗剪強度低。在DEVA—BM軸承開始運轉(zhuǎn)時，DEVAMETAL合金出現(xiàn)磨損，此時石墨從軸承表面釋放出來，通過配合端面的凹凸不平，機械地粘附在磨損處的接觸表面，形成了堅固的低摩擦表面。依靠這個表面，DEVA—BM軸承得以繼續(xù)工作，并且磨損率很低。當發(fā)生磨損時，所形成的石墨膜只要有任何損壞，將被DEVA—BM軸承中再次釋放出來的固體潤滑劑修補。DEVA—BM就是通過這種干耐磨機理實現(xiàn)其自潤滑特性的。
3 DEVA—BM合金的成分及其主要物理性能
DEVA—BM鋼基材及襯材基體成分如表1所示。
DEVA—BM的物理和機械性能如表2所示。
DEVA—BM的軸承性能如表3所示。
表1 DEVA—BM鋼基材及襯材基體萬分
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表2 DEVA—BM的物理和機械性能
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表3 DEVA—BM的軸承性能
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表2 DEVA—BM的物理和機械性能
表3 DEVA—BM的軸承性能
4 DEVA—BM的設計要素及使用壽命的計算方法
4.1單位負載施加于DEVA—BM上的Z大單位負載，取決于合金類別和負載的類別。在靜負載條件下，單位負載大；在動負載條件下，因為它使軸承產(chǎn)生疲勞應力，因而允許的單位負載就要小。為評估軸承性能，單位負載.jpg)
用工作負載除以軸承投影面積來確定，此值不應超過表3所給出的負載極限。Z大負載值表現(xiàn)在軸承和接觸表面之間的良好對中性上。對于襯套
4.1單位負載施加于DEVA—BM上的Z大單位負載，取決于合金類別和負載的類別。在靜負載條件下，單位負載大；在動負載條件下，因為它使軸承產(chǎn)生疲勞應力，因而允許的單位負載就要小。為評估軸承性能，單位負載
用工作負載除以軸承投影面積來確定，此值不應超過表3所給出的負載極限。Z大負載值表現(xiàn)在軸承和接觸表面之間的良好對中性上。對于襯套
4.2負載類別如上所述，DEVA金屬的磨損性取決于施加負載的大小以及負載的性質(zhì)。
4.2.1靜負載在靜負載時，負載相對軸承來說，其負載大小和作用位置是恒定的，根據(jù)這樣的條件，DEVA—BM合金給出Z佳干磨損性。磨損集中在軸承表面，有利的弧形是在與軸接觸的地方。
4.2.2旋轉(zhuǎn)負載在旋轉(zhuǎn)負載時，負載的大小和運動是恒定的，是圍繞著軸承做圓周運行。在這樣的條件下，在軸承表面所有點發(fā)生磨耗，導致軸承間隙增加，并且磨損加速發(fā)展。
4.2.3動負載在動負載時，負載相對軸承來說，其大小和位置是變化的。在此條件下，DEVA—BM的性能取決于材料的疲勞性能，因此材料的負載能力降低。對于動載荷，負載對DEVA—BM的性能影響系數(shù)αE=0.7。對于軸承固定一軸旋轉(zhuǎn)，運動類別對DEVA—BM性能的影響系數(shù)αBS=1.10。
4.3滑動速度對于襯套（連續(xù)旋轉(zhuǎn)）
4.2.1靜負載在靜負載時，負載相對軸承來說，其負載大小和作用位置是恒定的，根據(jù)這樣的條件，DEVA—BM合金給出Z佳干磨損性。磨損集中在軸承表面，有利的弧形是在與軸接觸的地方。
4.2.2旋轉(zhuǎn)負載在旋轉(zhuǎn)負載時，負載的大小和運動是恒定的，是圍繞著軸承做圓周運行。在這樣的條件下，在軸承表面所有點發(fā)生磨耗，導致軸承間隙增加，并且磨損加速發(fā)展。
4.2.3動負載在動負載時，負載相對軸承來說，其大小和位置是變化的。在此條件下，DEVA—BM的性能取決于材料的疲勞性能，因此材料的負載能力降低。對于動載荷，負載對DEVA—BM的性能影響系數(shù)αE=0.7。對于軸承固定一軸旋轉(zhuǎn)，運動類別對DEVA—BM性能的影響系數(shù)αBS=1.10。
4.3滑動速度對于襯套（連續(xù)旋轉(zhuǎn)）
軸承表面產(chǎn)生的摩擦熱，在干運轉(zhuǎn)時，隨著滑動速度而增加，Z終對軸承材料的耐磨性產(chǎn)生不良影響。在干運轉(zhuǎn)條件下，DEVA—BM軸承尚能安全工作的Z大滑動速度取決于合金成分。DE—VA—BM合金Z大滑動速度的推薦值列于表3。工作時產(chǎn)生的摩擦熱，通過接觸表面和軸承材料散失到軸承座上。間隙工作產(chǎn)生的摩擦熱可以散失，從而降低軸承內(nèi)的溫度。
4.4
U系數(shù)自潤滑軸承的工作條件的好壞程度是由.jpg)
U系數(shù)確定的，它就是單位負載.jpg)
和滑動速度U的乘積，即
4.4
U系數(shù)自潤滑軸承的工作條件的好壞程度是由U系數(shù)確定的，它就是單位負載和滑動速度U的乘積，即
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U系數(shù)的Z大推薦值見表3。各種DEVA—BM合金單位磨損率
U系數(shù)的Z大推薦值見表3。各種DEVA—BM合金單位磨損率
4.5軸承使用壽命估算方法
以哈爾濱電機廠有限責任公司設計制造的大型電站進口蝴蝶閥（見圖2）為例，計算軸承的使用壽命。
以哈爾濱電機廠有限責任公司設計制造的大型電站進口蝴蝶閥（見圖2）為例，計算軸承的使用壽命。
圖2 蝴蝶閥閥軸軸瓦受力簡圖
4.5.1計算參數(shù)
蝴蝶閥活門直徑：5300mm
活門承受Z大靜壓：P=1.60MPa
軸承直徑：D1=800mm
軸承長度：B1=600mm
活門負載：
蝴蝶閥活門直徑：5300mm
活門承受Z大靜壓：P=1.60MPa
軸承直徑：D1=800mm
軸承長度：B1=600mm
活門負載：
計算系數(shù)如表4所示。
注：以上系數(shù)取法從略。
4.5.2軸承壽命
即可保證1個大修期間不用更換軸承。
5 結(jié)論DEVA—BM無論在水潤滑或干摩擦狀態(tài)下均具有低摩擦、低磨損等諸多優(yōu)良的性能，在國外大型水力發(fā)電設備上，應用廣泛。如在水輪機導水機構(gòu)上、中、下導葉軸套、控制環(huán)連桿梢軸套、軸流轉(zhuǎn)漿式漿葉的軸套、控制環(huán)抗磨塊和大中型球閥及蝴蝶閥的閥軸軸套上均得到了廣泛的應用。
來源：《黑龍江電力》