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关于炭-石墨轴承的介绍

作者:jcadmin 发布时间:2020-02-24 16:54:47

TAN-SHIMOZHOUCHENG

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炭-石墨轴承的安全运行编辑
进行轴承的研制设计时,流体的种类(组成、密度、粘度、浓度)、温度、压力、有无料浆、轴承材质及其加工精度、轴径、转速或圆周速度、满载荷和运行频度等数据是必要的条件,最重要的是把压力值控制在极限值之内,才能保证炭-石墨轴承的安全运行。极限值也因环境条件和轴承的加工形状(如有无开槽和倒角)等变动很大,除特殊情况外,设计时要有余量,一般为极限值的50%-70%。
在干运转的情况下,炭-石墨轴承允许的最大载荷受到轴承的强度和允许的磨损速率的限制,其允许的最大线速度则受到轴承磨擦面上所产生热量的限制。而磨损速率又受到轴承的材质,轴及轴承的加工情况,载荷、速度及周围介质等条件的影响。一般说来,其磨损速率与载荷、温度和速度的平方成比例。在高温下其压力值必须比低温时要小得多,才能保证轴承的安全使用。
在干运转的情况下,轴承允许的压力值亦直接受到轴承材质的影响。故在这种情况下,一般都选用石墨质和金属石墨质轴承。
在选用炭-石墨轴承的时候,还要考虑轴承的运行温度。这个温度是由两个方面因素构成的,一方面是由于轴承周围介质的温度,另一方面是由于在轴承摩擦面产生的摩擦热量。当轴承浸在液体或是被液体所喷溅的时候(湿运转),其摩擦和磨损大大地降低了,在同一条件下,材料在液体中摩擦系数和磨损量往往为大气中的1/5-1/10

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炭-石墨轴承的磨损取决于它的材质、轴的材质及表面状况、总压力、速度和周围环境等因素。就轴承来说,存在着两种形式的摩擦,即静摩擦和动摩擦。静摩擦取决于表面状态和所采用的材料。一般说来,炭-石墨轴承的静摩擦比同样情况下的金属轴承要小一些。
如果能够降低轴承的磨损,不仅增大了轴承的寿命而且也可提高极限值,改善不良的运行效果,保证炭-石墨轴承的安全运行。
炭-石墨轴承的性质编辑
1.良好的自润滑性能
炭-石墨轴承具有良好的自润滑性能,主要有两方面原因。原因之一是:石墨晶格内的碳原子按正六角形排列于各平面上,原子间的距离较近,为0.142nm,而各平面之间的距离为0.335nm,并且沿同一方向相互错开。第三个平面重复第一个平面的位置,第四个平面又重复第二个平面的位置,依次类推。在每一个平面上,碳原子间的结合力很强,而平面之间的距离较大,它们之间范德华作用力很弱,故层与层之间易于离开和相对滑动,这就是石墨材料具有自润滑性能的根本原因。
原因之二是:石墨材料与大部分金属材料有较强的附着力,因此在与金属对磨时剥落的石墨就很容易附着在金属表面上,形成一层石墨膜,变成了石墨与石墨之间的摩擦,从而大大降低了磨损和摩擦系数,这也是炭-石墨轴承具有优良的自润滑性能与减摩性能的原因之一。
正由于炭-石墨轴承具有良好的自润滑性能,在使用时可以不加润滑油而干运转,因此,炭-石墨轴承就被在工作时不允许加润滑油的工业部门所广泛采用。
2.具有良好的化学稳定性
石墨材料是一种化学稳定的材料,其化学稳定性不逊于贵金属。在熔融的银中它的溶解度仅为0.001%-0.002%。石墨不论在有机或是无机的溶剂中都不溶解。在大部分酸、碱和盐中不腐蚀、不溶解。
3.炭-石墨轴承的耐高温性能
经过实验,一般炭素级轴承使用温度可达350℃;金属石墨级轴承也是350℃;而电化石墨级轴承可达450-500℃(在轻载荷情况下),其物理和机械性能仍保持不变,如果在真空或者保护气氛下,其使用温度可达1000℃。
4.炭-石墨轴承的其他性能
炭-石墨轴承与其他轴承相比较,还具有导热性高,线膨胀系数小,耐急冷急热等性能。但是,炭-石墨制品是一种脆性的硬度不高的材料。它的机械强度依其结构和工艺条件而定。密度高的,机械强度也大。一般的炭-石墨材料的体积密度在1.55-1.98g/cm3之间,其抗压强度为20-68MPa,比强度为中等,但它的机械强度随着温度的升高而增大,在2000-2500℃之间它的机械强度大约比室温下增加一倍,在这样的温度下,它的比强度比现有的许多材料都高。尽管如此,由于炭-石墨材料属于脆性材料,其本身所固有的强度(在常温下)又不算高,因而使用范围受到了限制。
这个问题得到了解决,主要方法是:其一,改善原材料的粒度;其二,浸渍金属、树脂或聚四氟乙烯等;其三,在炭-石墨基内添加炭纤维等材料,还有利用固体润滑剂等,因此,不但改善了它的运转性能,而且轴承的强度和韧性都有很大的提高。据介绍,用树脂浸渍炭-石墨轴承,其强度可增加2-3倍,用金属来浸渍其强度就增加的更大。
5.炭-石墨浸渍轴承的性能
炭-石墨轴承选用哪种材料做浸渍剂比较合适,要根据轴承的工作条件来决定。用来浸渍炭-石墨轴承的有酚醛树脂、呋喃树脂,环氧树脂等等。
6.炭-石墨复合轴承
炭-石墨复合轴承的种类很多,材质除单一的炭质或石墨质外,为了改善润滑性和耐磨性,提高强度和硬度等各种需要,改变原料种类、配比和制造条件,来制成各种复合材料,这些材料的工业发展史较短,但发展得很迅速,具有很大的发展潜力。
该种轴承耐腐蚀性好,对于酸、碱和有机溶剂较稳定。耐热性好,因其热膨胀系数小,故热稳定性好,可适用于-250℃-250℃这一较宽的温度范围。
7.添加固体润滑剂
人们熟悉的固体润滑剂有石墨、二硫化钼、云母及滑石等,后来新开发了氟化石墨。固体润滑剂除以粉末状态的形式单独使用外,也常将其分散于水或油中,或者添加到润滑脂中使用 [3] 。
炭-石墨轴承的应用范围编辑
1.应用在轴承运转时不准许使用油脂润滑剂的地方
例如食品、饮料、纺织、化学等工业部门中使用的运输机、造纸工业用的干燥机、纺织工业中的布干燥机、人造纤维织机和香烟制造设备及潜水泵用机等的轴承。在这些地方油脂润滑剂被禁止使用,而炭-石墨轴承的自润滑性能很强,可不需要使用润滑油而进行干运转,因此,在这些部门可以广泛使用。
2.应用在因温度高而普通轴承不能使用的地方
铸锭运送机、锅炉预热器和锅炉室中焰管通风门和鼓风机、高温炉运料机、钢铁工业中的加料机以及烟道阀门调节机等的轴承均可使用炭-石墨轴承,而能保证其正常运转。
3.应用在化学和纺织等工业中
有些轴承运行在有腐蚀性的气体或者液体之中,在这种场合下,不但禁止使用油脂润滑剂,而且金属轴承也会很快被腐蚀。例如,叶轮轴承浸在各种液体里运转的离心泵;轴承在汽油、石腊、煤油等液体里运转的燃料计量泵;主叶轮轴承浸在热水中运行的中心热循环泵;轴承运行在各种具有腐蚀性介质中的混合器;主叶轮轴承浸在热水中运转的自动洗涤机;轴承浸在各种液体里的液体测量计,以及轴承运行在有酸喷溅的人造纤维湿法纺织机等,都采用炭-石墨轴承。另外,现代科技还需要炭-石墨轴承能够在放射性介质复杂环境中安全使用等 [3] 。
总结编辑
总之,现代的军事、经济、工业的发展对炭-石墨轴承提出了更高的要求,高密高强炭-石墨材料越来越受欢迎。可以通过细化原材料粒度,改良浸渍工艺、向炭-石墨基材中添加炭纤维、聚四氟乙烯、二硫化钼等添加剂来改善炭-石墨轴承的性能,哈炭厂研制的潜水泵用新型轴承M209F和印染行业用复合炭-石墨轴承,便是对原炭-石墨轴承成功的改良,使之适应了新环境,延长其使用寿命,有时甚至可以代替密封材料制成滑片、活塞杆、密封环、轴承等零件用于各个领域,可见,其应用还有待进一步开发 [1] 。