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铜基镶嵌自润滑轴承在运卷小车中的应用

发布时间：2012-09-11 浏览次数：803

　　摘　要：在运卷小车的升降机构中，保持曲柄连臂本体的结构形式下，将原来的薄壁轴套改造成嘉兴固润轴承有限公司生产的镶嵌石墨的自润滑轴承，提高设备的自润滑能力，改善设备的润滑条件，延长运卷小车曲柄连臂和连接销轴的使用寿命。
　　关键词：轴套；石墨；轴承
　　一、自润滑镶嵌轴承简介
　　嘉兴固润轴承有限公司生产的的自润滑镶嵌轴承是滑动轴承的一种，属于非完全流体润滑轴承，由金属基体与嵌入基体孔中的固体润滑剂构成。它适用于避免污染不能加油或封闭性结构不方便加油的场合；往复、摆动运动、频繁起动、制动，重载低速运转的场合。自润滑镶嵌轴承所使用的固体润滑剂一般为石墨，因石墨本身所具有润滑性可以确保轴承使用的安全性。基体加工完成以后使用专用设备将石墨按照石墨分子的不规则形状压入基体内部。自润滑镶嵌轴承为了保证承载能力和使用强度对轴承的壁厚有一定的要求，一般情况下单边壁厚为4～7mm，7mm为Z佳，单边厚度小于4mm则轴承容易发生变形。
　　二、问题的提出
　　高线车间所使用的运卷小车为美国摩根公司制造，其作用是将集卷站所收集到的线材转运到P/F输送线上。其运行过程为“前进—上升—后退—下降”，为周期性动作。运卷小车的升降机构由两个曲柄连臂组成，两个曲柄连臂又通过连杆连接在一起。曲柄连臂与连杆采用销轴锁闭杆连接方式，为了保护曲柄连臂本体，避免曲柄连臂本体轴孔磨损在曲柄连臂本体轴孔中镶入薄臂轴套，轴套与销轴之间发生相对的运动，轴套和销轴磨损后更换轴套或销轴即可。升降液压缸带动曲柄连臂频繁周期性运动，来完成运卷小车的上升和下降。轴套壁厚较薄，内部无法设计油口和油槽难以形成润滑油膜，摩擦表面摩擦阻力大磨损快，大大的缩短了销轴和轴套的使用寿命，需要经常更换轴套和销轴。运卷小车升降机构位于小车托盘下面，更换销轴和轴套需要将小车托盘用千斤顶支撑起来，然后在运卷小车的地坑里进行维修更换，由于维修空间狭小，无法使用液压工具和其他维修工具，更换起来非常困难，需要较长的停机维修时间。维修时间长，维修空间狭小，往往造成轴套磨损后不能及时更换，曲柄连臂本体磨损，运卷小车升降不到位造成更大的损失，影响车间的正常生产。这就需要寻求一种解决方案，提高设备的润滑能力，延长运卷小车曲柄连臂和连接销轴的使用寿命。
　　三、解决方案的确定
　　延长运卷小车曲柄连臂和连接销轴的寿命可以有如下几种方案：1、通过改变热处理方法提高轴套和销轴的硬度。轴套一般采用ZCuSn5Pb5Zn5 、ZcuSn10P1、ZcuAl10Fe3加工，加工完成后为了保证加工的精度和减少热变形一般加工完成后对轴套不进行热处理，轴套的表面硬度和承载能力完全由轴套所使用的材质决定，轴套的材质确定了轴套的硬度也就基本确定了。销轴一般采用45#钢加工，通过表面淬火或调质处理可以提高其本身的硬度。但是单一的提高销轴的硬度会加速轴套的磨损，所以方法不可行。2、增加润滑设备。在销轴处增加润滑油口，销轴表面加工润滑槽，通过加油润滑设备对销轴和轴套进行润滑。但是轴套壁厚较薄且轴套边缘无法加挡边，内部无法设计油口和油槽很难形成润滑油膜，润滑效果不是很明显。增加轴套的壁厚，在轴套的内部增加油槽，可以形成部分油膜，增加设备的润滑能力，但是增加轴套臂厚的方法可以通过增加外径尺寸或缩小内径的尺寸来实现，缩小内径尺寸就要缩小销轴的直径。这样就降低了销轴的使用强度，增加外径尺寸就要连同曲柄连臂一起改造，所以增加润滑设备或增加轴套壁厚也不是理想的解决方案。3、提高设备本身的润滑能力，这就可以考虑将轴套改造成自润滑镶嵌轴承，使用石墨作为润滑剂，在摩擦过程中石墨向摩擦面转移或反转移，摩擦表面上形成润滑良好、牢固附着并均匀覆盖的固体转移膜，大幅度降低了摩擦磨损，随着摩擦的进行嵌入的石墨不断提供于摩擦面，保证了长期运行时对摩擦副的良好润滑，避免了曲柄连臂本体的磨损，所以将轴套改造成石墨型自润滑镶嵌轴承的方案应该是可行的。
　　四、所选用方案的论证
　　1、镶嵌自润滑轴承是滑动轴承的一种，而轴套从广义上讲也是滑动轴承的一种，自润滑镶嵌轴承和轴套属于同一类型的轴承。
　　2、镶嵌自润滑轴承适用于避免污染不能加油或封闭性结构不方便加油的场合；往复、摆动运动、频繁起动、制动，重载低速运转的场合。运卷小车的运行工况为周期性往复运动，升降连臂频繁起动，且为封闭性结构不方便加油。运卷小车的运行工况与自润滑镶嵌轴承的使用工况相符。
　　3、镶嵌自润滑轴承基体材料分为青铜、黄铜、铸铜，与轴套的加工材质基本相同，表面硬度也基本相同，所以承受载荷的能力也基本相同。
　　4、镶嵌自润滑轴承，使用石墨作为润滑剂，在摩擦过程中石墨向摩擦面转移或反转移，摩擦表面上形成润滑良好、牢固附着并均匀覆盖的固体转移膜，大幅度降低了摩擦磨损，提高设备自身的润滑能力，润滑效果明显，这样从根本上解决了设备的润滑问题。
　　综上所述将轴套改造成石墨型自润滑镶嵌轴承的方案是可行的。
　　五、石墨型自润滑镶嵌轴承的设计
　　选用嘉兴固润轴承有限公司的ZRHH （黄类）系列石墨镶嵌自润滑轴承，承受载荷为25Mpa，材质选用ZcuZn25Al6Fe3Mn3表面硬度为230HB，运行速度为15m/min，原轴套单边壁厚为6mm，大于4mm符合自润滑镶嵌轴承的壁厚要求，保持不变，石墨孔的直径和数量根据石墨分子的不规则形状而定。Z后确定石墨型自润滑镶嵌轴承的外形尺寸为：φ50 ×φ38 ×45。
　　六、结束语
　　高线车间运卷小车自2009 年2月份改造使用嘉兴固润轴承有限公司的基石墨镶嵌自润滑轴承以来，销轴和轴承本身都得到了良好的润滑，摩擦副之间的摩擦力大大的减少，延长了设备的使用寿命，并且由于轴承磨损较轻也有效的保护了曲柄连臂本体，避免了更换曲柄连臂所造成的损失，确保了车间的正常生产。目前石墨镶嵌自润滑轴承使用效果良好。