自润滑轴承的特性及其应用

自润滑轴承的特性及其应用

【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。

【摘要】DEVA—BM；金相组织；自润滑；安装方法；寿命计算

0 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1SEVA—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。

表1 DEVA—BM钢基材及衬材基体万分

固体润滑剂质量w t)% 材料 钢基材

Cu Su Pb 衬材基体成分质量(w t)% C

BMllCuSn8713/6E 不锈钢 87 13 6

铅青铜合金 不锈钢

BMll CuSnPb8213/8E 不锈钢 82 13 5 8 BMllCuSnPb8213/10pfE 不锈钢 82 13 5 10 BM30

CuSnPb8213/l0pf*

低碳钢 82 13 5 10 BMl0CuSnPb8213/10pfz 低碳钢 82 13 5 10 BMllCuSnPb8713/gP 不锈钢 87 13 9(9P)

DEVA—BM的物理和机械性能如表2所示。

表2 DEVA—BM的物理和机械性能

性 能 衬材合金

硬度(最小)αl(HB) 6.5 6.3 6.4 7.6 6.6 6.5

线性热膨账系数 40 40 40 40 40 35

机械性能

抗压强度σc(N/mm2) 320 320 320 320 300 320

合金类别机械性能

320 320 300 280 280 300 0.2%屈服点(最小) αγ

(N/mm2)

抗拉强度αγ(N/mm2) 500-700 500-700 500-700 270-350 270-350 500-700 DEVA—BM的轴承性能如表3所示。

表3 DEVA—BM的轴承性能

性能 衬材合金

最大静载(N/mm2) 200 200 200 200 200 250 最大动载(N/mm2) 150 80 100 130 80 150 最大滑动速度(ms) 0.1 0.25 0.5 1.0 0.5

最大PU因数

0.4 0.8 1.0 1.5 1.0

(N.m/(mm2.s))

最大温度(℃) 280 280 280 120 200 150 最小温度(℃) －150 －150 －150 －150 －150 －150

摩擦系数(干) 0.15 0.13 0.11 0.11 0.11 0.07 摩擦系数(在水中) 0.13 0.11 0.10 0.10 0.10 0.07 轴的最小硬度 >180 HB >180 HB>35RC >35RC >35RC >180 HB 轴的表面精度(μm) 0.2～0.8 0.2～0.80.2～0.80.2～0.80.2～0.8 0.2～0.8

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上的最大单位负载，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P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。

最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p=(F÷D1B1)（1）

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合金给出最佳干磨损性。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