固体自润滑轴承在煤矿机械中的应用

马林杰

（平顶山煤业（集团）油脂化工厂，河南 平顶山 467000）

随着现代工业等领域的飞速发展，特殊工况越来越多，使得普通液体润滑轴承因其摩擦特性所限，已不能适应特殊工况的要求。金属基固体自润滑轴承作为固体润滑技术的发展，突破了油膜润滑极限，能适应多种特殊工况的要求，应用场合越来越多。煤矿机械生产条件恶劣，煤矿机械若润滑不到位，致使磨损失效，情况严重会影响设备的使用寿命，甚至会引起安全事故。固体自润滑轴承，结合金属基体与固体润滑剂的各项性能，在低速、重载、高温的环境中表现出良好的自润滑特性，为煤矿机械设计、制造中的润滑不佳部位提供有效的解决方案，同时节能环保，减小污染，与绿色煤机设计制造技术理念一脉相承。

1 固体自润滑轴承的特性

固体自润滑轴承是在滑动轴承基体的金属摩擦面上布置排列有序、大小适当的孔，并在孔中嵌入具有独特自润滑性能的成型固体润滑剂而制成的固体自润滑轴承。固体润滑剂的润滑面积一般为摩擦面积的25%-35%。该种类型轴承综合了金属基体和自润滑材料的优点。突破了一般轴承依靠润滑油的局限性。固体自润滑轴承比较常用的材料有高强黄铜合金、锡青铜、铝铁青铜等等；嵌入的固体润滑材料主要有两大品种：一种为人工石墨、天然黑铅等合成，另一种以PTFE为基体合成。固体自润滑轴承可以充分的应用到煤矿机械的设计制造当中，例如：在结构紧凑的减速器行星轮组件中应用；在有相对运动且不便润滑的滑架导向机构中应用；还有在长时间工作且数量巨大的带式输送机托辊上应用等。固体自润滑轴承的选用，能很好地解决上述机构中要求零部件的耐磨、长时间运转以及外界润滑条件不佳所带来的矛盾。

2 固体自润滑轴承在煤矿机械中的应用要点

由于煤矿机械因使用环境的特殊性，使用工况的恶劣以及本身结构的紧凑性，给设备的使用维护带来很大的不便。而固体自润滑轴承可以充分的应用到煤矿机械的设计制造当中，例如：在结构紧凑的减速器行星轮组件中应用，在有相对运动且不便润滑的滑架导向机构中应用，还有在长时间工作且数量巨大的带式输送机托辊上应用等。固体自润滑轴承的选用，能很好地解决上述机构中要求零部件的耐磨、长时间运转以及外界润滑条件不佳所带来的矛盾。

1）设计与分析。固体自润滑轴承的设计与一般滑动轴承的设计有许多共同之处，但镶嵌型固体自润滑轴承的设计有些特殊要求，一般包括以下内容。

（1）轴承pV值的确定。轴承使用载荷条件由表面载荷p和允许速度V和乘积pV值确定。

所以p′ V=(πPn/L)×10-3(MPa·m/min)

式中，P—承载载荷，N；L—轴承宽度，mm；D—轴承直径，mm；n—轴的转速，min-1。

（2）轴承内径与宽度的确定。轴承的内径由所用轴的直径确定。轴承宽度则由轴承允许表面载荷p′确定，即p′≥P/dL，即L≥P/dp′。由此可见，增大轴承宽度可提高承载载荷，降低轴承表面载荷。但宽度增加到一定数值后，可能使抗偏载能力和冷却效果降低，反而过早地损伤轴承。所以在L/d值大到一定程度仍然不能满足时，则可以选择允许表面载荷p′高的基体材料；或者在允许的设计范围内加大轴颈，达到降低轴承宽度的目的。一般L/d=0.5～1.5；对于高温、高速、高载荷的轴承L/d≤1；对于高偏载轴承L/d≤0.5～0.7。

（3）轴承的厚度。考虑轴承的热膨胀、热传导及机械强度的需要，其厚度只需满足机械加工工艺的要求。

推荐的轴承厚度与轴颈的关系如下表1所示。

表1 轴承厚度与轴颈的关系（单位：mm）

（4）轴承的配合间隙。对于下列情况，轴承间隙的设计要作修正。第一，当轴颈小于120mm时，针对轻载荷及重载荷，轴承与轴承座的配合可分别选择H7/r7，H7/m7；轴承与轴的配合可分别选择F7/f7，F7/d7。当孔与轴发生相向运动时，间隙应放大0.05～0.15mm。第二，当环境温度在100℃以上时，必须考虑轴的热膨胀量对配合间隙的影响。在设计轴承时，内孔的公差要加入热膨胀量σ，其值可按下式计算

式中，d—轴的直径，mm；t—环境温度，℃；α—材料热膨胀系数。

2）装配要求与分析.（1）轴承外径孔座的配合。固体自润滑轴承的外径一般取r7，安装座孔取H7的过盈配合，特殊情况，如果过盈配合压装有困难，则可取m7，但轴承两端须加装稳钉固定。固体自润滑轴承的内径取E8，轴径取d7(如果受到加工能力限制，可取d8或d9)，回转精度要求高时可选e7。（2）轴承的安装。固体自润滑轴承一般为薄壁结构，安装方法不当容易造成轴承变形，故装配时建议采用相应芯棒压入，座孔入口应有倒角，芯棒头部应光滑，芯棒直径d应小于轴承内径的0.2～0.3 mm。（3）轴承安装后内经收缩量计算。当固体自润滑轴承压入座孔后，压入时的压力使轴承内径收缩，此时外径的过盈量δ和内径的收缩量Δ之间的关系受座孔强度、材质、表面粗糙度以及压入方式等因素的影响发生变化。当座孔强度足够，材质为铁系，轴承材质为铜合金时，内径收缩量Δ可用下式计算，即：

式中，Δ—为轴承内径收缩量，mm；δ—为轴承外径过盈量，mm；d0—为压入前轴承内径，mm；DB—为压入前轴承外径，mm。

（4）注意事项。第一，装配时轴承及安装座和轴表面清理干净，适当涂抹润滑脂。第二，装配时应缓慢压入，严禁敲打，以免伤及轴承，引起变形。第三，设计时根据不同的工况及安装部位选用不同的基体材质，以提高机械性能。第四，设计时在高承载、往复运动中应使用螺钉固定轴承。

3 结束语

综上所述，煤矿机械因其使用环境的特殊性，其设备各铰点、回转机构长期处于重载荷或冲击载荷中，启动频繁或启动负荷高，且长期在环境恶劣、污染严重的条件下使用，受工作环境或机械结构空间限制，难以供油润滑，以至于工作机构经常会出现铰接锈蚀抱死、机构失效等问题，导致设备不能正常工作，增加了维护维修难度。为此，将其用于煤矿机械设备，可有效提升设备使用性能。具体总结如下：1）固体自润滑轴承是采用一定的金属基材和固体润滑剂的复合，利用两种材料的性能互补，可在高温、低速、重载、不易形成润滑油膜或油膜易失效的恶劣特殊条件下，实现无油自润滑，达到磨损慢及寿命高的目的。2）固体自润滑轴承的设计有其自身的特点，如基体材料及固体润滑剂的选择及配对；轴承承载载荷及轴承宽度的确定；轴承的厚度与配合间隙的选择等。3）通过介绍了固体自润滑轴承在煤矿机械中的装配要求，实践证明其性能良好，使用寿命较长。为同行在固体自润滑轴承设计、选型方面提供一定的参考作用。