氣體潤滑軸承工藝與原理

特殊生產(chǎn)工藝

由于特殊生產(chǎn)工藝的要求，工礦企業(yè)的某些關(guān)鍵設(shè)備在極為惡劣的工況下運行。由于設(shè)備重、環(huán)境溫度高，粉塵大或空氣中含酸性腐蝕氣體CO，SO2等，對設(shè)備的潤滑帶來很多問題，摩擦磨損嚴重，國內(nèi)上述企業(yè)大部分仍沿用傳統(tǒng)的油、脂潤滑，而事實上這些工礦條件已超出了油、脂潤滑的范圍，極易發(fā)生軸承及其他摩擦副的咬傷或咬死，引起嚴重的零件磨損和損壞，經(jīng)常性地導(dǎo)致設(shè)備停運。為了生產(chǎn)連續(xù)運行，除在原始設(shè)計上要求安裝多臺設(shè)備輪修外，還須投入大量維修人員。嚴重地限制著生產(chǎn)率的提高，備品備件和能源消耗極大，已成為發(fā)展生產(chǎn)的重要障礙。汽車制造、水泥生產(chǎn)、石油化工等企業(yè)都提出了提供復(fù)雜工況條件下特種潤滑材料要求。為此，對鑲嵌式自潤滑復(fù)合材料研究，在材料配方和制備工藝上突出自身特色，材料性能已達到了國際先進水平，為企業(yè)解決了特殊工況下的潤滑問題，并帶來了明顯的經(jīng)濟和社會效益。但由于多種原因國內(nèi)更多的企業(yè)尚未采用，上述狀況依然存在。

關(guān)鍵技術(shù)原理

鑲嵌式自潤滑軸承采用的復(fù)合材料是一種新型的抗極壓固體潤滑材料，由金屬底材與嵌入底材的孔或槽中的固體潤滑劑膏體構(gòu)成。在摩擦過程中金屬底材承擔了絕大部分負荷。經(jīng)摩擦，孔或槽中的固體潤滑劑向摩擦面轉(zhuǎn)移或反轉(zhuǎn)移，在摩擦面上形成潤滑良好、牢固附著并均勻覆蓋的固體轉(zhuǎn)移膜，大幅度降低了摩擦磨損。隨摩擦的進行，嵌入的固體潤滑劑不斷提供于摩擦面，保證了長期運行時對摩擦副的良好潤滑。

水潤滑軸承詳細參數(shù)

一，P117系列止推軸承成本低廉，強度耐磨性一般，適合做各種潛水電泵的上止推軸承。

二，COP系列止推軸成本價較低，適合做小功率低揚程潛水電泵的下止推軸承（止推軸承外徑85mm以上，功率11km揚程65m以下）

三，聚四氟乙烯系列止推軸承成本適中，是潛水電泵使用的主流產(chǎn)品，適合做中高揚潛水電泵的下止推軸承。

四，S299高強度止推軸承成本較高，適合做大功率高揚程潛水電泵的下止推軸承。

五，S299B高強止推軸承

六，S299G高耐磨高耐壓高科技產(chǎn)品

七，M120H系列石墨燒結(jié)軸承（石墨燒結(jié)浸漬環(huán)氧樹脂）成本較低，適合做18.5KW以下各種潛水電泵的導(dǎo)向軸承。

八，M120B系列石墨燒結(jié)軸承（石墨燒結(jié)浸漬巴氏合金）成本較高，18.5KW以上各種潛水電泵的導(dǎo)向軸承及各種大功率，高揚程潛水電泵的下止推軸承。

九，M102B（石棉鐵）成本較高，適合做18.5KW以上潛水電泵的導(dǎo)向軸承。

氣體潤滑軸承在機床中的應(yīng)用實例：氣體潤滑軸承在機床中主要用于主軸支承，包括工件軸、刀具軸、砂輪軸等。機床主軸軸承一般采用氣靜壓軸承和動靜壓混合軸承兩種。小型高速主軸也可采用波箔軸承。氣體靜壓軸承在機床中應(yīng)用最多，其中以小孔節(jié)流和環(huán)面節(jié)流軸承最為普遍。多孔質(zhì)氣體靜壓軸承近年來越來越多地被用于機床主動靜壓混合潤滑軸承。浮環(huán)動靜壓氣體軸承是近年來新開發(fā)的高速氣體潤滑軸承，用于高速主軸支承很有前景。超高速空氣軸承內(nèi)圓磨頭的磨削速度已可實現(xiàn)小孔和微小孔的精密磨削。采用空氣軸承使機床的加工精度提高了2—3個數(shù)量級，可實現(xiàn)精密鏡面加工。

氣體潤滑軸承優(yōu)點

(1)速度高

小型氦渦輪膨脹機轉(zhuǎn)速已達650 000r/min，線速度為238m/s，按dn值計算已達到455x106mm·r/min。

(2)精密度高

氣膜具有誤差勻化作用，其精度比滾動軸承高兩個數(shù)量級，而且振動小，噪聲低。

(3)摩擦損耗小

氣體粘度僅為潤滑油粘度的千分之一，所以氣膜內(nèi)摩擦引起的摩擦轉(zhuǎn)矩比油膜的低三個數(shù)量級。

(4)適用溫度范圍寬，能抗原子輻射

耐高溫可達300—500℃，溫度低到10K氣體軸承仍能工作。

(5)無污染

潤滑氣體一般為空氣或惰性氣體，排放到大氣不產(chǎn)生污染。軸承的振動小、噪聲低，對環(huán)境也不構(gòu)成污染。

(6)壽命長

氣體靜壓軸承無金屬直接接觸，理論壽命為無限長?？紤]其他條件限制，一般應(yīng)在104h以上。動壓氣體軸承啟停瞬間存在金屬間摩擦，壽命受一定影響，但也在3000h以上。

氣體潤滑軸承缺點

(1)承載能力低

氣體潤滑軸承與同類油潤滑軸承比，承載能力約低1～2個數(shù)量級。按單位面積承載能力，油潤滑軸承一般為(0．5～2)MPa，而氣體潤滑軸承則只有(0．02～0．04)MPa。

(2)可靠性差

一方面是氣體潤滑軸承容易失穩(wěn)，出現(xiàn)常見的氣錘振動及渦動不穩(wěn)定現(xiàn)象。另一方面是氣體潤滑軸承卡滯、抱軸或咬死現(xiàn)象也時有發(fā)生。

(3)需要的制造精度高，造價昂貴

因氣膜很薄，一般在幾微米到幾十微米之間，所以對零件制造精度要求較高，提高了造價。另外，有加工螺旋槽、節(jié)流小孔和多孔質(zhì)材料等特殊工藝要求，增加了制造難度和費用。

(4)要求工作條件苛刻

氣體潤滑軸承需要高清潔度的工作環(huán)境及嚴格遵守操作規(guī)程，以確保軸承正常工作，不發(fā)生意外。為此，一定程度地限制了它的廣泛應(yīng)用和商品化。

氣體潤滑軸承一般分為氣體動壓軸承、氣體靜壓軸承和氣體擠壓軸承3種類型。實際軸承的潤滑狀態(tài)常常以動、靜壓，動、擠壓，靜、擠壓及動、靜、擠壓混合潤滑狀態(tài)形式存在。氣體潤滑軸承形成承載氣膜的機理與液體潤滑軸承相同，故也分為氣體動壓軸承和氣體靜壓軸承。按承受載荷的方向不同，又可分為氣體徑向軸承、氣體推力軸承和氣體徑向推力組合軸承。氣體動壓軸承是利用氣體在楔形空間產(chǎn)生的流體動壓力來支承載荷的。常在軸頸或軸瓦的表面做出淺螺紋槽，利用槽的泵汲作用提高承載能力。圖1 [氣體動壓螺旋槽推力軸承]為氣體動壓螺旋槽推力軸承。氣體靜壓軸承(圖2 [氣體靜壓軸承])的供氣壓力一般不超過0.6兆帕。氣體通過供氣孔進入氣室，然后分數(shù)路流經(jīng)節(jié)流器進入軸承和軸頸的間隙，再從兩端流出軸承，在間隙內(nèi)形成支承載荷的靜壓氣膜。氣體靜壓軸承的內(nèi)孔表面一般不開氣腔，以增大氣膜剛度，提高穩(wěn)定性。

①摩阻極低：由于氣體粘度比液體低得多，在室溫下空氣粘度僅為10號機械油的五千分之一,而軸承的摩阻與粘度成正比,所以氣體軸承的摩阻比液體潤滑軸承低。 ②適用速度范圍大：氣體軸承的摩阻低，溫升低，在轉(zhuǎn)速高達5萬轉(zhuǎn)/分時,其溫升不超過20～30℃，轉(zhuǎn)速甚至有高達130萬轉(zhuǎn)/分的。氣體靜壓軸承還能用于極低的速度，甚至零速。

③適用溫度范圍廣：氣體能在極大的溫度范圍內(nèi)保持氣態(tài)，其粘度受溫度影響很小(溫度升高時粘度還稍有增加，如溫度從20℃升至100℃,空氣粘度增加23%),因此,氣體軸承的適用溫度范圍可達-265℃到1650℃。

④承載能力低：動壓軸承的承載能力與粘度成正比，氣體動壓軸承的承載能力只有相同尺寸液體動壓軸承的千分之幾。由于氣體的可壓縮性，氣體動壓軸承的承載能力有極限值，一般單位投影面積上的載荷只能加到0.36兆帕。

⑤加工精度要求高:為提高氣體軸承的承載能力和氣膜剛度,通常采用比液體潤滑軸承小的軸承間隙(小于0.015毫米)，需要相應(yīng)地提高零件精度。

氣體潤滑軸承是用氣體作為潤滑劑的滑動軸承。它利用氣體的傳輸性(擴散性、粘性和熱傳導(dǎo)性)、吸附性和可壓縮性，使之在摩擦副之間，在流體動壓效應(yīng)、靜壓效應(yīng)和擠壓效應(yīng)的作用下，形成一層完整氣膜，具有支承載荷、減少摩擦的功能。

用氣體作潤滑劑的滑動軸承。最常用的氣體潤滑劑為空氣，根據(jù)需要也可用氮、氬、氫、氦或二氧化碳等。在氣體壓縮機、膨脹機和循環(huán)器中，常以工作介質(zhì)作為潤滑劑。氣體軸承可用于紡織機械、電纜機械、儀表機床、陀螺儀、高速離心分離機、牙鉆、低溫運轉(zhuǎn)的制冷機、氫膨脹機和高溫運轉(zhuǎn)的氣體循環(huán)器等。

氣體潤滑軸承可用于紡織機械、電纜機械、儀表機床、陀螺儀、高速離心分離機、牙鉆、低溫運轉(zhuǎn)的制冷機、氫膨脹機和高溫運轉(zhuǎn)的氣體循環(huán)器等。

早在1854年，法國人G.A.伊恩就提出過用氣體作潤滑劑的設(shè)想。1896年第一個空氣軸承問世。1913年英國人W.J.哈里森發(fā)表氣體潤滑軸承流體動力學(xué)分析的論文。50年代以來，氣體軸承的應(yīng)用逐步擴大，并受到廣泛和深入的研究。

氣體軸承有以下特點。①摩阻極低：由于氣體粘度比液體低得多，在室溫下空氣粘度僅為10號機械油的五千分之一,而軸承的摩阻與粘度成正比,所以氣體軸承的摩阻比液體潤滑軸承低。②適用速度范圍大：氣體軸承的摩阻低，溫升低，在轉(zhuǎn)速高達5萬轉(zhuǎn)/分時,其溫升不超過20～30℃，轉(zhuǎn)速甚至有高達 130萬轉(zhuǎn)/分的。氣體靜壓軸承還能用于極低的速度，甚至零速。③適用溫度范圍廣：氣體能在極大的溫度范圍內(nèi)保持氣態(tài)，其粘度受溫度影響很?。囟壬邥r粘度還稍有增加，如溫度從20℃升至100℃,空氣粘度增加23%）,因此,氣體軸承的適用溫度范圍可達-265℃到1650℃。④承載能力低：動壓軸承的承載能力與粘度成正比，氣體動壓軸承的承載能力只有相同尺寸液體動壓軸承的千分之幾。由于氣體的可壓縮性，氣體動壓軸承的承載能力有極限值，一般單位投影面積上的載荷只能加到0.36兆帕。⑤加工精度要求高:為提高氣體軸承的承載能力和氣膜剛度,通常采用比液體潤滑軸承小的軸承間隙(小于 0.015毫米)，需要相應(yīng)地提高零件精度。

氣體潤滑軸承形成承載氣膜的機理與液體潤滑軸承相同，故也分為氣體動壓軸承和氣體靜壓軸承。按承受載荷的方向不同，又可分為氣體徑向軸承、氣體推力軸承和氣體徑向推力組合軸承。氣體動壓軸承是利用氣體在楔形空間產(chǎn)生的流體動壓力來支承載荷的。常在軸頸或軸瓦的表面做出淺螺紋槽，利用槽的泵唧作用提高承載能力。圖1為氣體動壓螺旋槽推力軸承。氣體靜壓軸承（圖2）的供氣壓力一般不超過 0.6兆帕。氣體通過供氣孔進入氣室，然后分數(shù)路流經(jīng)節(jié)流器進入軸承和軸頸的間隙，再從兩端流出軸承，在間隙內(nèi)形成支承載荷的靜壓氣膜。氣體靜壓軸承的內(nèi)孔表面一般不開氣腔，以增大氣膜剛度，提高穩(wěn)定性。

制造氣體軸承的材料有工具鋼、青銅、鎢鈷鉬合金、粉末冶金多孔材料、陶瓷和工程塑料等。

自潤滑軸承（無油軸承）的優(yōu)勢，各個機械行業(yè)所用的軸承大部分還是滾珠、滾針之類，但小部分已采用自潤滑軸承，相信在不久的將來自潤滑軸承會成為軸承的主導(dǎo)。

以下是部分自潤滑軸承的應(yīng)用特點和優(yōu)勢：

無油潤滑軸承系列

1、無油潤滑或少油潤滑，適用于無法加油或很難加油的場所，可在使用時不保養(yǎng)或少保養(yǎng)。

2、耐磨性能好，摩擦系數(shù)小，使用壽命長。

3、有適量的彈塑性，能將應(yīng)力分布在較寬的接觸面上，提高軸承的承載能力。

4、靜動摩擦系數(shù)相近，能消除低速下的爬行，從而保證機械的工作精度。

5、能使機械減少振動、降低噪音、防止污染，改善勞動條件。

6、在運轉(zhuǎn)過程中能形成轉(zhuǎn)移膜，起到保護對磨軸的作用，無咬軸現(xiàn)象。

7、對于磨軸的硬度要求低，未經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的軸都可使用，從而降低了相關(guān)零件的加工難度。

8、薄壁結(jié)構(gòu)、質(zhì)量輕，可減小機械體積。

9、鋼背面可電鍍多種金屬，可在腐蝕介質(zhì)中使用；已廣泛應(yīng)用于各種機械的滑動部位,例如：印刷機、紡織機、煙草機械、微電機、汽車、摩托車與農(nóng)林機械等等。

邊界潤滑軸承系列

1.承載好，耐磨性能良好。

2.適用于高載低速下的旋轉(zhuǎn)運動、搖擺運動及經(jīng)常在載荷下啟閉頻繁而不易形成流體動力潤滑的場合。

3.在邊界潤滑條件下可長期不加油保養(yǎng)，而在過層中加油使軸承使用壽命更長。

4.表面塑料層在加工成型時可留一定的余量，裝配壓入座孔后可自行加工，以達到更好的裝配尺寸。

5.產(chǎn)品主要運用于汽車底盤、冶金機械、礦山機械、水利機械、建筑機械、農(nóng)用機械、軋鋼設(shè)備等。

JDB 固體鑲嵌軸承系列

是通用的基礎(chǔ)產(chǎn)品，無論高壓、低壓、高溫、低溫、有油潤滑、無油潤滑還是水中潤滑，都能適應(yīng)。產(chǎn)品的基體是高力黃銅，比一般的銅套硬度提高一倍，耐磨性能提高一倍以上。

廣泛應(yīng)用于：輕工機械、重工機械、建筑機械、冶金機械、輸送機械等，如：連鑄機、軋機、注塑機、造紙機、模具導(dǎo)柱、船舶、機床等等。

科技名詞定義

• 應(yīng)用學(xué)科：

• 機械工程（一級學(xué)科）；機械零件（二級學(xué)科）；滑動軸承（二級學(xué)科）

• 用途：固體潤滑軸承特別適用于無油、高溫、高負載、低速度、防污、防蝕、防輻射，以及在水中或真空溶液浸潤而根本無法加潤滑油膜的特殊工況條件下使用，固體潤滑軸承廣泛應(yīng)用于冶金軋鋼設(shè)備，灌裝設(shè)備，水輪機，氣輪機，儀器儀表以及礦山機械，船舶機械，紡織機械，船舶工業(yè)，航天航海等領(lǐng)域，同時固體潤滑軸承也越來越廣泛的使用在其它工農(nóng)業(yè)機械中。