赛龙轴承在船舶上的应用.docx

赛龙轴承在船舶上的应用于全虎摘要简介了赛龙材料的分类情况 ,在与其它传统轴承材料对比的基础上 ,介绍了赛龙材料的优点和特点 ,并以德国 15 500DW T 多用途集装箱船舵轴承为例 ,系统介绍了赛龙轴承这一新型轴承 ,阐述了赛龙轴承在船舶 上的推广应用前景 关键词高分子材料 热固性树脂 轴承213 自润滑型白色赛龙 可在一定范围内干运转 ,自润滑性能好 ,抗磨性 能与标准型黑色赛龙相当 主要用于润滑困难 、 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 我厂建造的 15 500DW T 多 用途集装箱船的舵销轴承衬套和舵杆下舵承衬套采 用的就是这种赛龙 214 合成型赛龙其结构形式是外层为黄色赛龙 ,衬里为另一种 黑色赛龙 ,是赛龙中最耐磨的等级 ,其材质比其它赛 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 常用于挖泥船和江河船 概述赛龙是加拿大赛龙轴承公司研制的一种非金属 高分子化合材料 ,由三次元交叉结晶热凝性树脂制 造的聚合物 它具有出色的抗磨损性 ,有自恢复的 弹性 ,能承受高压和冲击载荷 ,它能经受套筒式滑动 轴承经常遇到的各种恶劣环境 。

在许多恶劣环境 下 ,赛龙作为滑动轴承的材料 ,其综合性能和寿命优 于大多数传统的轴承材料 ,如青铜 、 巴氏合金 、 不锈 钢 、 酚醛树脂 、 铁梨木 、 尼龙 、 橡胶 、 聚四氟乙烯 、 聚乙 烯 、 电木 、 碳精和许多其它非金属材料 在船舶上 , 赛龙轴承主要应用于舵机轴承和水润滑系统中的艉 轴承 江 扬 船 舶 股 份 有 限 公 司 在 为 德 国 L EON2HA RD T 合成赛龙 0128 ;白 色赛龙 0118 动摩擦系数 :有液体润滑时 ,由于在一定压力下 需要一定的线速度来建立轴与轴承间的液体润滑3赛龙轴承的等级分类适用于不同的工作环境 ,最常用的赛龙轴承分 以下几个等级 211标准型黑色赛龙其特点是具有高抗磨损性 ,摩擦系数较小 ,用途 最广泛 212普通型黄色赛龙抗磨性能优越 , 干摩擦系数较 高 , 不 适 用 干 运 转 ,宜用于可获得连续润滑的地方 ,最好用于摩擦热 低的滑动机构 2作者介绍 :于全虎 1997 年毕业于华东船舶工业学院制冷与低温工程 专业 ,现工作于江扬船舶股份有限公司技术部产品二室 收稿日期 :2000 - 07 - 24®新材料介绍 ®27于全虎赛龙轴承在船舶上的应用膜 ,以达到完全液体粘摩擦 ,所以不同线速度时的摩擦系数不同 。

黑色赛龙在水 、 油润滑下的动摩擦系 数见表 1 另外 ,当线速度达到 115 m/ s 时 ,合成型赛龙的 摩擦 系 数 低 于 01025 , 而 白 色 赛 龙 在 线 速 度 达 到110 m/ s 时摩擦系数低至 01013 31212干摩擦性能直径 100mm ,表面粗糙度为 018 的钢轴 , 在轴 承压力 24M Pa ,线速度 01003 m/ s ,摆动 ±35时 ,连 续试 验 8 h , 测 得 的 动 摩 擦 系 数 为 : 白 色 赛 龙 轴 承01051 ; 金属轴承 01106 其它非金属轴承试验 3 h即产生粘着滑移震颤 313热影响31311使用温度限制与其它非金属材料类似 ,赛龙材料的传热性能 比 较 差 干 环 境 下 赛 龙 轴 承 运 转 的 最 高 温 度 为图 1 赛龙与其它材料磨损实验比较 表 1黑色赛龙在水 、 油润滑下的动摩擦系数注 :试验压力为 0162 M Pa 105 ℃,超过这一温度 ,轴承表面会产生软化以致摩 擦系数增大 ,摩擦热增高最后损坏 湿环境下考虑 水解作用 ,赛龙轴承工作的最高温度限制为 60 ℃。

赛龙还是一种低温性能优于高温性能的材料 , 正常运行温度可低至 - 60 ℃在冷冻安装时可降温到 - 195 ℃31312热胀冷缩系数赛龙材料的热胀冷缩系数是非线性的 ,对于工 程计算可使用表 2 的数值 表 2赛龙材料的热胀冷缩系数图 2 赛龙材料在不同温度下的水膨胀系数315良好的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 变形或破裂的冲击负荷 黑色赛龙的杨氏弹性模量 为 490M Pa ,白色赛龙的杨氏弹性模量为 440M Pa , 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 316抗化学腐蚀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 赛龙轴承可用于 p H 值 5～10 或对金属轴承有害的其它化学环境 317承载能力强314水膨胀影响 赛龙吸收水分后 ,体积会膨胀 ,在水中连续浸泡1 500 h 以上 ,体积变化约为 110 %～112 % 不同温 度下的水膨胀系数见图 2 。

赛龙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 ,因此以水 作润 滑 剂 的 赛 龙 轴 承 长 期 运 转 温 度 一 般 限 制 在60 ℃ 以下 热胀冷缩系数黑色 、 合成型赛龙 ( mm/ mm℃)白色赛龙 ( mm/ mm℃)21 ℃ ～80 ℃1718 ×10 - 523 ×10 - 5- 21 ℃ ～21 ℃1415 ×10 - 514 ×10 - 5润滑剂 种 类线速度 (m/ s)起动011001250135015011001150210031005100> 5100水01450012700115001100010800104001030010250102001010稳定油01070010130101501017010180102001024010250102501025稳定28®新材料介绍 ®于全虎赛龙轴承在船舶上的应用和其它滑动轴承一样 ,根据不同的润滑方式 ,赛 龙的承载能力列于表 3 表 3各等级赛龙材料推荐使用的轴承压力轴承壁厚选取越薄越好 但考虑到加工问题以及压力安装 ,则轴承需要有一定的刚度 ,因此不能选得太 薄 。

选择壁厚时推荐使用以下公式 : 轴径 150 mm 以上 :壁厚 = (010435 × 轴径) + 允许磨损极限 轴径 150 mm 以下 : 壁厚 = (0105 × 轴径) + 允许磨损极限如果考虑在 轴 承 壁 上 开 油/ 水 槽 , 还 应 加 上 槽 深 另外选择壁厚时也可参考图 3 一般情况下 ,赛龙轴承适用于中等载荷的场合(1～10M Pa) ,在承受超过 10M Pa 的重载时 ,赛龙轴 承一般仅适于摆动机构或速度很低的场合使用 薄 壁赛龙轴承能承受 70M Pa 的压力 ,这种轴承是在金 属壳内浇铸一层很薄的白色赛龙构成的 318 线速度限制 赛龙轴承应用的线速度范围可从每几分钟一转 (如船舶舵机轴承) ,到每分钟几千转 (如高速军舰艉 轴承) 线速度的限制主要是由于摩擦产生的热量 的积累 ,在开放润滑系统或有充分外部冷却的封闭 循环润滑系统中 ,线速度几乎没有限制 在干运转 或无外部冷却的封闭润滑系统中 ,不同压力及润滑 情况下连续运转 24 h 的最大线速度如表 4 所示 需 要指出的是 ,有限运转时的最大允许线速度要远大 于表 4 中的数值 。

表 4赛龙轴承在不同压力及润滑情况下 连续运转 24 h 的最大线速度( m/ s)图 3 轴承壁厚与轴径的关系412加工尺寸计算41211轴承外径当采用过盈安装时 ,必须考虑有足够的过盈 ,使 轴承即使在最低运转温度工作时亦不至于松动 各等级赛龙轴承的外径过盈量见图 4 、 图 5 外径计算方法如下 : ① 根据轴承壳的内径 ,结合最低运转温度低于 加工厂气温的值查得外径过盈值 ; ② 轴承外径 = 最大外壳尺寸 + 过盈 ; ③ 加工尺寸 = 轴承外径 + 加工公差 4 赛龙轴承的设计411轴承壁厚选择对于圆筒型厚壁轴承来说 ,考虑到散热的需要 ,图 4 黑色赛龙及合成型赛龙轴承的外径过盈量润滑 情况赛龙 等级压力 ( M Pa)01363 01735117331851176155无润滑白色赛龙013701220107---水润滑黑色赛龙1100018001500125--白色赛龙21502100117011150130-油润油黑色或白色赛龙215021001150113011000175润滑方式等级最大设计压力 ( M Pa)转动滑移或摆动干运转黑色赛龙01703150白色赛龙11706190水润滑黑色赛龙11405120白色赛龙21408160合成型赛龙1140-油脂润滑黑色赛龙512010130白色赛龙512010130油润滑黑色赛龙619013180白色赛龙619013180®新材料介绍 ®29于全虎赛龙轴承在船舶上的应用赛龙轴承运转时推荐的最小运转间隙见图 7 。

4121213热胀影响当轴承最高运转温度高于加工安装的温度时 ,必须预留一定的热胀间隙 热胀系数随温度变化而变化 ,在实际计算中往 往取较大值 ,推荐的计算值见本文 313 热影响一节 4121214水胀影响如果采用水润滑 ,轴承的内径还应考虑由于轴 承材料吸水膨胀的影响 设计计算的方法是 : 先从 图 2 查得最高运转温度下的水膨胀系数 ,再按后面所述的公式计算径向水胀 轴向水胀当采用过盈安 装时 ,水膨胀系数按 01005 计算 4121215内径计算方法① 由图 6 查出内径收缩率 最大过盈 =过盈 + 外壳内径总公差 + 轴承外径公差2 内径收缩 = 最大过盈 × 内径收缩率 ② 根据轴径查图 7 得运转间隙③ 长度热胀允差 = 轴承长度 × 热胀系数 × 温差 径向热胀允差 = 2 × 壁厚 × 热胀系数 × 温差 ④ 径向水胀允差 = 水胀系数 × 壁厚 轴向水胀允差 = 01005 × 轴承长度 ⑤ 内径 = 最大轴径 + 内径收缩 + 运转间隙 + 径图 5 白色赛龙轴承的外径过盈量41212轴承内径4121211内径收缩当采用过盈安装时 ,轴承会因弹性而造成内径 缩小 ,不同轴承壳/ 座内径和不同轴承壁厚时内径收 缩率见图 6 。

黑色 、 合成型赛龙最大内径收缩率为145 % ,白色赛龙最大内径收缩率为 125 % 4121212最小运转间隙图 6赛龙轴承的内径收缩率 向热胀允差 + 径向水胀允差 + 加工公差15 500DW T 多用途集装箱船的舵销轴承衬套 和舵杆下舵承衬套的尺寸见图 8 (安装前) 5 赛龙轴承的加工511加工方法及工艺赛龙极易加工 ,切削加工性能优于绝大多数非 金属材料和部分金属材料 ,但不容易打磨光滑 加工转速对赛龙的加工影响很大 ,转速太慢容图 7 最小运转间隙30®新材料介绍 ®于全虎赛龙轴承在船舶上的应用312613～312易产生粗糙的切削面 ; 太快会引起摩擦热而烧焦表面 最合适的转速/ 进刀配合与铝 件 的 加 工 相 同 薄壁赛龙管外径加工时如果没有使用心轴或心套 , 以及内径加工时没有仿形外套 ,切勿靠近夹头加工 最后精确加工前材料须充分冷却 ,以防热胀影 响加工的精度 外径夹模采用赛龙棒抵充 ,可以排除两头头部 压力产生的歪斜 白色赛龙 合成型赛龙6赛龙轴承的安装方法与工艺赛龙轴承通常采用过盈安装 对于尺寸较小的轴承采用压入法安装 ,采用压力安装时 ,每 mm 长度所需的压力用以下经验公 式计算 :F = 过盈量 ( mm) 壁厚 ( mm) ×211 ×9181 ( N)轴承外径 ( mm) 较大的轴承采用冷缩法安装 。