水润滑赛龙轴承

王优强^1,2　李鸿琦¹　佟景伟¹

（1.天津大学机械学院，天津　300072；2.青岛建筑工程学院机械系，青岛　266033） 

　　摘　要：指出了传统水润滑轴承材料的不足，详细介绍了水润滑赛龙轴承的材料分类、轴承结构、特性和优点以及设计使用原则，并指出水润滑赛龙轴承具有广阔的应用发展前景。

　　关键词：水润滑；赛龙轴承；应用

　　现代旋转机械要求轴承有良好的承载能力、高可靠性及长寿命。在水中工作的油润滑高速轴承的致命缺点是密封不能保证。当采用不含固体颗粒的清洁冷水润滑时，塑料轴承和陶瓷轴承都具有良好的运转性能和高的承载能力。尤其是Z近才研制出的精细陶瓷和金属塑料，它们的性能和使用参数反映了当今水润滑轴承的水平以及发展方向。但是塑料轴承的热膨胀和吸水性导致轴承间隙的变化，并且干运转能力差。陶瓷的高脆性和低的抗冲击性能，以及它们对水中杂质的高度敏感，限制了它们的应用范围^[1-3]。

　　橡胶轴承虽然对泥沙不敏感，但承载能力较低，通常在重载情况下只能使用立式轴承，并且在启动时容易烧伤，不能干运转^[4]。而赛龙轴承则兼具有橡胶轴承、塑料轴承和陶瓷轴承的优点。

　　1　赛龙轴承结构和材料分类

　　水润滑赛龙轴承是加拿大汤姆森——戈登公司20世纪60年代为船舶应用研制的独特产品，在加拿大它已成功替代了铁梨木和橡胶滑动轴承。赛龙是合成树脂和合成橡胶技术的混合物，是由三次元交叉结晶热凝性树脂制造而成的聚合物，属于一种非金属高分子化合材料。它具有出色的抗磨损性和自恢复弹性，能承受高压和冲击载荷，特别是自润滑性能好，可在干摩擦状态下工作，并能减少噪声和振动。在许多恶劣环境下，赛龙作为滑动轴承材料，其综合性能和寿命优于大多数传统的水润滑轴承材料，如酚醛树脂、铁梨木、尼龙、橡胶、聚四氟乙烯等。在水润滑条件下，其耐磨性是铁梨木的4倍以上，是橡胶的2倍以上。另外它还具有低摩擦、耐损耗、不老化的性能。它是一种模制均质材料，不会发生材料剥落现象。密度低、重量轻，极易切削加工，安装方便。材料无毒性，不会产生公害。

　　水润滑赛龙轴承有带纵向槽的套筒式和板条式两种结构。套筒式一般用于轴径较小、轴承载荷较低的场合，而板条式适合在轴径较大、载荷较高的情况下使用。图1为套筒式赛龙轴承结构，其外层为钢套。

　　根据赛龙材料的不同，水润滑赛龙轴承可分为以下几个等级^[5]。

　　（1）标准型黑色赛龙轴承。特点是抗磨损性好，摩擦系数较小，用途Z广泛。

　　（2）自润滑型白色赛龙轴承。可在一定范围内干运转，自润滑性能好，抗磨损性能与标准型黑色赛龙轴承相当。主要用于不宜润滑、有可能得不到润滑或存在粘着磨损危险的重载轴承上。另外还常用来制造可承受高压并干运转的高压薄壁型轴承。

　　（3）合成型赛龙轴承。外层为黄色赛龙，衬里为另一种黑色赛龙，是赛龙中Z耐磨的等级，其材质比其他赛龙柔软，韧性更好，在污浊、含沙和杂质量大的环境下有良好的耐磨性能，是专门为极度污浊的环境而设计的。

　　（4）坚实型赛龙轴承。是赛龙轴承的新成员。

　　3　特点及设计使用原则

　　3.1耐磨性

　　耐磨和长寿命是水润滑赛龙轴承的主要优点之一。在水介质磨损实验中，赛龙的磨损量约是橡胶的1/2，聚四氟乙烯的1/10，铜的1/100。几种典型非金属水润滑轴承材料的体积磨损量（CC/24h）如图2所示。实验磨损环境是：6％砂、6％粘土、2％皂、86％水，流量约2L/min，线速度1m/s，压力0.7MPa。轴承内径25mm，长度38n瑚，轴的材料为中碳钢。

　　3.2摩擦系数

　　水润滑赛龙轴承的摩擦系数低于大多数金属和非金属材料。白色赛龙可自分泌润滑剂，同时具有较低的干摩擦系数。

　　干摩擦性能。表面粗糙度如为0.8的钢轴，在轴承压力为24MPa，线速度为3m/s，连续实验8h，测得的动摩擦系数为：白色赛龙轴承0.051，金属轴承0.106。其他非金属轴承（橡胶、尼龙、聚四氟乙烯等）试验3h即产生粘着。

　　湿摩擦性能。摩擦系数随线速度的变化见图3所示。由图可以看出，线速度在0.5m/s以下时，摩擦系数很大，这表明还没有形成流体动压润滑，在一定压力下当线速度达到一定值时，形成了流体动力润滑状态，所以摩擦主要为流体内的摩擦，摩擦系数基本不再变化，因此设计中应保证水润滑赛龙轴承使用线速度高于0.5m/s。

　　黑色赛龙在水、油润滑下的动摩擦系数实验值见表1。由表可见，在水润滑条件下，摩擦系数随线速度增大而呈下降趋势，当线速度达到一定值时摩擦系数趋于稳定，这也是由于在实验压力下线速度较低时为边界润滑状态，所以摩擦系数较大，但随线速度增大，流体动压润滑占的比重增大，所以摩擦系数逐渐降低，当线速度增大到一定值时，已经建立起了完全流体动压润滑水膜，所以摩擦系数不再变化。而在油润滑下黑色赛龙的摩擦机理，尚待进一步研究。

　　另外，在水润滑下，当线速度达到1.5m/s时，合成型赛龙的摩擦系数低于0.025，在线速度为lm/s，轴承压力为24MPa时，白色赛龙的动摩擦系数为0.013。

　　3.3弹性和抗冲击性

　　赛龙是一种自恢复性和弹性极好的材料，具有很高的抗冲击性，几乎不会产生塑性变形，它可以抵抗对于一般的金属或塑料轴承材料来说会导致永久变形或破裂的冲击载荷。黑色赛龙的弹性模量为490MPa，白色赛龙的弹性模量为440MPa，大约为尼龙的9倍，青铜的21倍，铅黄铜填充石墨材料的70倍。因此可以设计使用在冲击振动环境中。

　　3.4耐腐蚀性

　　赛龙轴承有良好的耐腐蚀性，在水、油和大多数化学环境下性能都保持相当的稳定，不受滑动轴承常用润滑剂的影响。赛龙轴承可设计用于pH值为5-10或对金属轴承有害的其他化学环境中。

　　3.5承载能力

　　赛龙轴承Z适于中等载荷的场合（1-10MPa），在承受超过10MPa的重载时，赛龙轴承一般仅用于摆动机构或速度很低的场合。薄壁赛龙轴承能承受70MPa的压力，这种轴承是在金属壳内浇注一层很薄的白色赛龙构成的。表2为赛龙轴承的Z大设计压力^[6]。

　　3.6机械加工性

　　赛龙材料具有良好的切削性，极易加工，切削加工性能优于绝大多数非金属材料和部分金属材料。但因其是一种弹性材料，不易打磨，所以不可能象金属材料那样有精确的加工精度。它没有毒性，因此在切削加工过程中不会造成任何公害。

　　重量轻，加工安装方便，寿命长，维修少，使用费用低廉。由于良好的抗冲击性，可采用锤击、油压或机压法安装，或采用干冰、液氮冷冻安装。

　　3.7工作温度及热影响

　　赛龙轴承的使用受环境温度以及运转时轴承内部产生摩擦热的影响，与其他非金属材料类似，赛龙的热传导性能比较差，不能象金属轴承那样散发表面的热量，因此使用时必须预留热胀宽限。赛龙材料的热胀冷缩系数是非线性的。对于工程计算可参考表3。

　　干环境下赛龙轴承运转的Z高温度上限为107℃，超过该温度轴承表面会软化以至摩擦系数增大摩擦热增高，Z后损坏。赛龙还是一种低温性能优良的材料，正常运转温度下限可低至-65℃，在冷冻安装时它可承受液氮-196℃的低温而不会变脆。浸泡在水中的赛龙轴承Z大水温限制是60℃。

　　3.8浸水体积膨胀性能

　　赛龙吸水后体积会膨胀，在水中连续浸泡1500h以上的赛龙轴承，增加的体积通常只有1％-1.2％，低于大多数的非金属材料，但水胀会使轴承内径减缩，紧度微增，所以在设计安装水润滑赛龙轴承时必须考虑因水膨胀的影响。赛龙轴承水膨胀幅度因水温略有不同，水温21℃为1.3％，60℃时为1.95％-2.1％。另外，如果将赛龙轴承完全浸泡在温度超过60℃的水中，长时间后会出现材质分解的现象，导致表面软化，因此水润滑赛龙轴承长期运转温度一般限制在60℃以下。

　　4　水润滑赛龙轴承发展前景

　　目前，水润滑赛龙轴承在国外已广泛用于船舶、水电站、核电站、各种泵类、矿山机械、森林机械等工业中。在船舶方面，全世界已经有近万艘船舶安装了水润滑赛龙轴承。

　　水润滑赛龙轴承以其耐磨、耐腐蚀、高承载能力、不怕油水混合和对泥砂杂质不敏感等一系列特点而明显优于其他传统水润滑轴承。因此其应用范围也将比传统水润滑滑动轴承更加广泛，在冶金、矿山、化工、食品等各行业均可使用该轴承，而且它能改变某些在恶劣环境中工作机械的结构，使其在设计、制造、安装、维修上趋于简单化，并能提高使用寿命和生产效率，节约贵重有色金属材料，其经济效益和社会效益将是十分可观的。