水润滑轴承研究进展

#机床与液压 2004 No 4

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水润滑轴承研究进展

衣雪娟,王优强

(青岛建筑工程学院机械工程学院,青岛266033)

摘要:介绍了水润滑轴承的特点,列举了水润滑轴承用的金属、塑料、陶瓷、橡胶材料特点,分析了水润滑轴承的发展现状和摩擦学研究进展,对水润滑轴承用水代替油作为润滑介质、用非金属代替金属作为摩擦副材料的技术做了介绍。

关键词:水润滑;摩擦副;润滑介质

中图分类号:TH117 1 文献标识码:A 文章编号:1001-3881(2004)4-013-2

ProgressofStudyonWaterLubricatedBearings

YIXue juan,WANGYou qiang

(QingdaoInstituteofArchitectureandEngineering,Qingdao266033,China)

Abstract:Somecharactersofthewaterlubricatedbearingswithdifferentmaterialssuchasmetal,plastic,potteryandrubberwereintroduced.Withthedevelopmentthewaterlubricatedbearings,theycanbeusedinsteadofmetalbearingsinmanysituations.

Keywords:Waterlubricated;Frictionpair;Lubricatingfluid

近几年来,由于人们逐渐认识到保护环境、节省能源对人类的可持续发展的重大意义,开发新型的节能无污染产品的呼声越来越高。水润滑轴承在这方面有巨大的发展潜力。水润滑轴承以水为润滑和工作介质,减少了以油为润滑介质的传统轴承对环境的污染,可以节约大量的油料;而且水具有无污染、来源广泛、安全性和难燃性等优点,在很多场合都可以用它来代替油,是一种有着广阔发展前景的润滑介质,水润滑轴承也因此成为世界各国关注的对象。

根据我国船检部门调查报告:使用油润滑尾轴轴承的中型船只,每年平均从尾轴轴承泄漏3 2t润滑油,在长江中航行的大小船只有数万条,泄漏润滑油将会多得惊人。如此触目惊心的数据,几年后,仅润滑油泄漏就会造成严重的水资源污染。通过水润滑轴承的系统研究,优化轴承系统润滑结构,从而提高润滑性能和承载能力,大幅度的减少或降低摩擦副的摩擦、磨损、振动、噪声、无功能耗等关键问题,为我国船舶工业、水轮机、水泵等工业的技术改造和更新换代创造必要的配套装备条件。

充满异味,工作环境和周边环境变得恶劣,使用过的废液必须回收处理;用水作摩擦副润滑介质,工作场所清洁,对环境没有任何危害。由于水的比热大,对于摩擦发热的冷却效果比油好。!易维护保养。用水作介质的摩擦副系统的维护保养非常方便,清洁、维护成本比油介质系统低。

水润滑轴承的缺点: 由于水的沸点低,所以水润滑轴承不能应用于高温环境中。 水尤其是海水有较强的锈蚀作用,纯水的导电性比普通润滑油高数亿甚至数百亿倍,它能引起绝大多数金属材料的电化学腐蚀和高分子材料的化学老化。!水的汽化压力高,水润滑系统中很容易产生气蚀,使材料受到侵蚀。

1 水润滑轴承的特点[1,2]

传统观点将润滑状态分为:流体动压润滑、流体静压润滑、弹性流体动压润滑、边界润滑、干摩擦五种。由于水的粘度很低,仅为油的1/100~1/20,低粘度的润滑剂具有摩擦阻力小,摩擦系数低等优点,但水膜的承载能力要比油膜低的多,很难形成流体动压润滑,一般认为只有在高速、低载的适宜条件下才能形成流体润滑。但是在启动和停机运行速度有所变化的情况下,轴承往往处于边界润滑和干摩擦状态,因此对水润滑材料,要求能在边界润滑和干摩擦条件下安全运行,并具有低摩擦系数。

水润滑轴承的优越性: 购买和使用成本低。地球上具有丰富的水资源,用水替代油作润滑介质,既节约了能源,又节省了购买、运输、储存油液所需的费用和麻烦。 环境友好。矿物油作润滑介质对环境2 水润滑轴承的材料

[3][3]

常用的水润滑轴承的材料有金属、塑料、橡胶[4]、陶瓷[5]等几种。它们的主要特点如下:

(1)金属材料。根据金属材料的特性,弹性系数和硬度高,对负荷的缓冲性就很差,难于形成水膜,不大适用于流体润滑条件。但是,这种轴承在高负荷、低转速的边界润滑条件下得到很多应用。由于耐磨损性很好,在混有杂物这样的场合应用很多。

金属与水反应过程中会形成氧化物,但这些氧化物不但对润滑没有作用,反而有不良影响。因此不能期望由水产生润滑作用,为了进行自身润滑,必须采用除了水以外的固体润滑剂等材料,而仅仅应用单金属是很难达到目的的。

由于金属有腐蚀问题,因此用作水下滑动轴承的金属多是青铜、高强度黄铜和铝青铜等材料。由于轴上也产生腐蚀,必须采用不锈钢和经镀铬处理的轴材料。而且必须充分考虑到在水这种电解质中,因异种金属接触所产生的电化腐蚀问题。

(2)塑料材料。塑料材料在水滑动轴承中应用得最多的是酚醛树脂轴承和氟化乙烯树脂轴承,塑料轴承除了这两种以外还有许多种。但由于不同材质,对水的润滑性能也不同,许多材料在水条件下,由于水

果,因此摩擦和磨损比大气中大。如果塑料或其充填剂与水的亲和性很好,就显示出优良的润滑性。

另一方面,塑料材料由于自身有润滑性,不仅可用于流体润滑条件,而且也大量用于边界润滑条件。在尺寸方面,由于酚醛树脂等有吸水性,必须注意由水溶胀所增大的尺寸问题。

(3)陶瓷材料。陶瓷材料具有耐高温、耐磨损、耐化学腐蚀、强度高、硬度大、抗氧化、热膨胀系数小等优良特性,这些优异的材料性能是一般常用金属材料、高分子及其复合材料所不具备的,可以使用在高温、高速、强磁场及腐蚀性环境等特殊场合,也可以在海水等特殊介质中工作。但陶瓷材料由于也有其致命的弱点%脆性,故限制了它在结构上的应用。

(4)橡胶材料。带橡胶轴瓦的轴承多应用与水轮机、水泵、船舶螺旋浆轴和涡轮钻机中。橡胶轴承能够经受漂浮在水中的固体粒子的磨耗作用,如果这些粒子落入金属轴和橡胶轴承之间,则轴将其压入弹性橡胶轴承材料中,而后顺着其旋转方向将其滚推到最近的水槽内,并被水冲走。由于橡胶有良好的对异物埋没性,在有磨粒或杂质存在的恶劣条件下,大大减少了橡胶轴承的磨损。水润滑橡胶材料摩擦副具有使用寿命长、成本低、无污染、高减振和抗冲击特性等显著优点。但是橡胶作为摩擦副材料也有它的缺点,主要是干运转性能比较差,在转速较低、频繁启动的情况下,容易发生磨损和烧焦等现象;同时,由于橡胶材料的变形比较大,运行精度不高。橡胶材料与水的亲和性、橡胶材料的承载能力与自润滑性能,可以通过添加相应助剂得到不同程度的改善。

3 水润滑轴承的发展现状及摩擦学研究进[10~14]展

40年代末开始,苏联对采用水作为润滑液的流体静力轴承和流体动力轴承的特性和材料进行深入的研究。英国、德国和日本以及其他许多国家在50、60年代也在水润滑轴承的研究方面做了大量的工作。英国的海沃德-泰勒公司、德国的维克斯和米契尔公司、丹麦Danfoss公司、芬兰Tampere、加拿大的汤姆逊-戈尔登公司、日本的东芝公司等在水泵、液压元件和船舶尾轴中应用了水润滑轴承,其中日本的海水液压传动技术非常领先,制成了在12km深水下的成套液压系统;德国汉堡工业大学研究了陶瓷摩擦副,试制的轴向柱塞泵中的滑靴、缸体和支承盘均采用了陶瓷材料,润滑介质和工作介质都采用了水。

中国从50年代中期开始在船用离心泵和轴流泵中采用水润滑轴承,60年代初期开始进行这方面的理论探索和试验研究工作。目前,国内应用的水润滑轴承相对仍较少。例如在泵上应用的水润滑橡胶轴承

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大多是从德国引进技术,通过模型试验,对比和评价试验等总结出经验参数而加工制造的。国内生产厂家也很少,其中沈阳滑动轴承研究所与西安交通大学润 …… 此处隐藏：3277字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……