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。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20m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图1SEVA—BM的金相组织结构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。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钢基材及衬材基体万分固体润滑剂质量wt)%材料钢基材CuSuPb衬材基体成分质量(wt)%BMllCuSn8713/6E不锈钢8713铅青铜合金不锈钢BMllCuSnPb8213/8E不锈钢8213BMllCuSnPb8213/10pfE不锈钢821310BM30CuSnPb8213/l0pf*低碳钢821310BMl0CuSnPb8213/10pfz低碳钢821310BMllCuSnPb8713/gP不锈钢87139(9P)DEVA—BM的物理和机械性能如表2所示。DEVA—BM的物理和机械性能衬材合金硬度(最小)αl(HB)6.56.36.47.66.66.5线机械性能抗压强度σc(N/mm320合金类别机械性能0.2%屈服点(最小)300抗拉强度αγ(N/mm-70-35-700DEVA—BM的轴承性能如表3所示。DEVA—BM的轴承性能性能衬材合金最大静载(N/mm250最大动载(N/mm0最大滑动速度(ms)0.10.250.51.00.50.40.81.01.51.0最大温度()150最小温度()－150－150－150－150－150－150摩擦系数(干)0.150.130.110.110.110.07摩擦系数(在水中)0.130.110.100.100.100.07轴的最小硬度180HB180HB35RC35RC35RC180HB轴的表面精度(μm)0.2～0.80.2～0.80.2～0.80.2～0.80.2～0.80.2～0.8DEVA—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=(FD1B1)（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）U=D1πN(6010轴承表面产生的摩擦热，在干运转时，随着滑动速度而增加，最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最大滑动速度取决于合金成分。DE—VA—BM合金最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。4.4PU系数自润滑轴承的工作条件的好坏程度是由P—U系数确定的，它就是单位负载p—和滑动速度U的乘积，即pˉ=每一种SEVA—BM合金的pˉU系数的最大推荐值见表3。各种DEVA—BM合金单位磨损率Sh=(32)e2pˉU4.5轴承使用寿命估算方法以哈尔滨电机厂有限责任公司设计制造的大型电站进口蝴蝶阀(见图2)为例，计算轴承的使用寿命。蝴蝶阀阀轴轴丽受力简图4.5.1计算参数蝴蝶阀活门走私：5300mm活门承受最大静压：P=1.60MPa 轴承直径：D1=800mm 轴承长度：B1=600mm 活门负载：F=π4D 4.5.2轴承寿命 单位负载pˉ= F2D1B1=37N/mm 滑动速度U=D1πN(6010 =(5.210－3 系数pˉU=375210 －3 =0.194N(mm 单位磨损Sh=(32)e20.194 =2.21μm/(Rkm) 轴承寿命 若轴承每天工作10h，则Lα=20453（10365）=5.6α即可保证1 个大修期间不用 更换轴承。 结论DEVA—BM 无论在水润滑或干摩擦状态下均具有低摩擦、低磨损等诸多优良的性能，在 国外大型水力发电设备上，应用广泛。如在水轮机导水机构上、中、下导叶轴套、控制环连 杆梢轴套、轴流转浆式浆叶的轴套、控制环抗磨块和大中型球阀及蝴蝶阀的阀轴轴套上均得 到了广泛的应用。