一種超低溫復合滑動軸承的設計探討

摘 要 滑動軸承具有工作平穩(wěn)、可靠、無噪聲等特點，在閥門上大量使用。在液體潤滑條件下，潤滑油將滑動表面分開，從而促使其不發(fā)生直接接觸，這樣可以在減小摩擦損失的同時，充分利用了油膜的吸振能力。為了改善軸瓦表面的摩擦性質(zhì)而在其內(nèi)表面上澆鑄一層減摩材料，稱為軸承襯。在超低溫的工況下，常用的軸承襯的材料已不能滿足使用要求，而聚三氟氯乙烯（PCTFE）卻有著良好的耐低溫性能和潤滑性能，文章主要針對PCTFE在超低溫閥門上的應用及附著工藝、結(jié)構型式進行探討，以期達到拋磚引玉的目的。

關鍵詞 超低溫；滑動軸承；PCTFE；軸承襯；探討

中圖分類號：TH117 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0183-01

1 概述

超低溫閥門主要包括以下幾類：低溫閘閥、低溫安全閥、低溫球閥、低溫止回閥，低溫蝶閥、低溫截止閥等，目前其主要用于乙烯，液化天然氣相關裝置。超低溫閥門輸出的超低溫液態(tài)物質(zhì)多為，液氧、液氫、乙烯以及液態(tài)天然氣等等，這些物質(zhì)，不僅易燃易爆，而且常溫氣化時，體積會膨脹上百倍。特別是再液化天然氣中，閥門的材料更為重要，如果材料質(zhì)量不過關，容易導致天然氣泄漏，甚至爆炸。因此在設計開發(fā)超低溫閥門過程中，材質(zhì)非常關鍵。超低溫閥門特別是超低溫球閥，軸承的選擇對閥門密封的可靠性起著非常關鍵的作用。

2 PCTFE及其復合滑動軸承介紹

2.1 PCTFE

PCTFE，即聚三氟氯乙烯（英文縮寫PCTFE），是一種性能優(yōu)良的工程塑料，質(zhì)地均勻，表面平整光滑，顏色呈透明或半透明。熔融溫度213℃，具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、突出的氣密性、表面不粘性、絕緣性和耐候性，可在-196℃～125℃長期使用，機械強度和硬度優(yōu)于聚四氟乙烯，由于具有耐超低溫的特點，可長期使用在-190℃的低溫環(huán)境，且有一定的自潤滑性，因此作為低溫軸承具有一定的優(yōu)點。

2.2 PCTFE復合滑動軸承

PCTFE復合滑動軸承主要由PCTFE和其他材料復合制成，具有以下應用特點：

無油潤滑或少油潤滑，適用于無法加油或較難加油的場合，可以在使用時不保養(yǎng)或少保養(yǎng)；耐磨性能好，摩擦系數(shù)小，使用壽命長；有適量的彈塑性，能將應力分布在較寬的接觸面上，從而提高軸承的承載能力；靜動摩擦系數(shù)接近，可消除低速下的爬行，從而保證精密機械的工作精度；適應性強，可在-195℃至+280℃溫度范圍內(nèi)工作；走合性能好，裝配時不需要刮削；能使機械減少振動、降低噪音，防止環(huán)境污染，改善勞動條件；在運轉(zhuǎn)過程中能形成轉(zhuǎn)移膜，起到保護軸作用，無咬軸現(xiàn)象；對軸的硬度要求低，未經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的軸都可使用，從而降低了相關零件的加工難度；薄壁結(jié)構、質(zhì)量輕，可縮小機械體積；無吸水、吸油性，熱脹系數(shù)小，散熱性好，尺寸穩(wěn)定；剛背面可電鍍多種金屬，因此可在腐蝕性介質(zhì)中使用，不會生銹。

3 PCTFE復合滑動軸承的制造方法及探討

3.1 PCTFE復合滑動軸承的傳統(tǒng)制造方法及其優(yōu)缺點

傳統(tǒng)制造方法，國內(nèi)通常采用在鋼背上燒結(jié)球形青銅粉，然后輥軋PCTFE混合層，再通過卷圓的方法進行制造。

優(yōu)點：軸承走合性能好、制造方便、生產(chǎn)周期短，特別適合大批量生產(chǎn)；制造成本低，對生產(chǎn)所需的配套設施要求較低；適用于對軸承形位精度要求不高的場合。

缺點：因球形青銅粉無法在圓柱形鋼背上進行燒結(jié)（燒結(jié)時青銅粉容易脫落），只能通過先在平板上燒結(jié)，然后卷圓的方法制造，因此制造工藝較為單一，制造方法較為局限；卷制的滑動軸承留有開口，而且開口大小很難保持一致，因此給滑動軸承的裝配帶來困難；滑動軸承的厚度受直徑尺寸的影響較大，如直徑在100 mm以下時，厚度應盡量控制在2 mm以下，否則卷起來較為困難；滑動軸承的圓柱度精度較難保證，不能用于對軸承形位精度要求較高的場合。

3.2 鑲嵌式軸承的制作方法及優(yōu)缺點

鑲嵌式滑動軸承就是將摩擦性能好的PCTFE鑲嵌到金屬軸套內(nèi)，具體方法是將PCTFE管材加工成一定壁厚的套，套的外徑略大于與金屬軸套的內(nèi)徑，將PCTFE套浸泡在液氮中降溫，取出后壓入金屬軸套，形成一定的過盈配合，后精加工到成品尺寸。

優(yōu)點：可以有效地利用PCTFE的耐磨性和金屬軸套的強度特性；尺寸公差、行位精度容易保證，耐磨層有一定的厚度；軸套容易安裝和更換。

缺點：PCTFE套和金屬軸套都需要有一定的厚度，否則機加工性能較差；PCTFE套與金屬套的過盈量不容易控制，在低溫情況下由于PCTFE的線膨脹系數(shù)大于金屬線膨脹系數(shù)，容易產(chǎn)生滑套現(xiàn)象；加工制造復雜，成本高；由于PCTFE彈性模量較金屬小，在壓應力作用下，軸承形變會大，因此為減少形變，軸套的長度會加長。

3.3 鑲嵌復合型軸承

鑲嵌復合型軸承就是將PCTFE復合滑動軸承的傳統(tǒng)制造方法與鑲嵌式軸承制造方法相結(jié)合，將傳統(tǒng)型軸承預壓入金屬軸套內(nèi)，利用矯正模具對軸承內(nèi)孔圓柱度進行矯正，制造的整體式軸承，結(jié)構如圖。

優(yōu)點：具有傳統(tǒng)復合滑動軸承和鑲嵌式復合軸承的優(yōu)點。

缺點：制造工藝相對復雜，整體尺寸比傳統(tǒng)復合軸承大。

4 總結(jié)

傳統(tǒng)復合軸承和鑲嵌式軸承都有很多的優(yōu)缺點，單獨應用到超低溫閥門特別是液化天然氣閥門上都會存在這樣或那樣的缺陷，而鑲嵌復合型軸承優(yōu)點會解決很多存在的問題，使用的可靠性和更換性能都較為突出，因此在空間尺寸允許的條件下，可進行嘗試設計使用。

參考文獻

[1]顧安忠.液化天然氣技術手冊[M].機械工業(yè)出版社，2010.

[2]陸培文.實用閥門設計手冊[M].機械工業(yè)出版社，2007.

作者簡介

魏奇（1980-），男，漢族，吉林人，中級工程師，本科，專業(yè)：機械制造，研究方向：化工機械。endprint

摘 要 滑動軸承具有工作平穩(wěn)、可靠、無噪聲等特點，在閥門上大量使用。在液體潤滑條件下，潤滑油將滑動表面分開，從而促使其不發(fā)生直接接觸，這樣可以在減小摩擦損失的同時，充分利用了油膜的吸振能力。為了改善軸瓦表面的摩擦性質(zhì)而在其內(nèi)表面上澆鑄一層減摩材料，稱為軸承襯。在超低溫的工況下，常用的軸承襯的材料已不能滿足使用要求，而聚三氟氯乙烯（PCTFE）卻有著良好的耐低溫性能和潤滑性能，文章主要針對PCTFE在超低溫閥門上的應用及附著工藝、結(jié)構型式進行探討，以期達到拋磚引玉的目的。

關鍵詞 超低溫；滑動軸承；PCTFE；軸承襯；探討

中圖分類號：TH117 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0183-01

1 概述

超低溫閥門主要包括以下幾類：低溫閘閥、低溫安全閥、低溫球閥、低溫止回閥，低溫蝶閥、低溫截止閥等，目前其主要用于乙烯，液化天然氣相關裝置。超低溫閥門輸出的超低溫液態(tài)物質(zhì)多為，液氧、液氫、乙烯以及液態(tài)天然氣等等，這些物質(zhì)，不僅易燃易爆，而且常溫氣化時，體積會膨脹上百倍。特別是再液化天然氣中，閥門的材料更為重要，如果材料質(zhì)量不過關，容易導致天然氣泄漏，甚至爆炸。因此在設計開發(fā)超低溫閥門過程中，材質(zhì)非常關鍵。超低溫閥門特別是超低溫球閥，軸承的選擇對閥門密封的可靠性起著非常關鍵的作用。

2 PCTFE及其復合滑動軸承介紹

2.1 PCTFE

PCTFE，即聚三氟氯乙烯（英文縮寫PCTFE），是一種性能優(yōu)良的工程塑料，質(zhì)地均勻，表面平整光滑，顏色呈透明或半透明。熔融溫度213℃，具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、突出的氣密性、表面不粘性、絕緣性和耐候性，可在-196℃～125℃長期使用，機械強度和硬度優(yōu)于聚四氟乙烯，由于具有耐超低溫的特點，可長期使用在-190℃的低溫環(huán)境，且有一定的自潤滑性，因此作為低溫軸承具有一定的優(yōu)點。

2.2 PCTFE復合滑動軸承

PCTFE復合滑動軸承主要由PCTFE和其他材料復合制成，具有以下應用特點：

無油潤滑或少油潤滑，適用于無法加油或較難加油的場合，可以在使用時不保養(yǎng)或少保養(yǎng)；耐磨性能好，摩擦系數(shù)小，使用壽命長；有適量的彈塑性，能將應力分布在較寬的接觸面上，從而提高軸承的承載能力；靜動摩擦系數(shù)接近，可消除低速下的爬行，從而保證精密機械的工作精度；適應性強，可在-195℃至+280℃溫度范圍內(nèi)工作；走合性能好，裝配時不需要刮削；能使機械減少振動、降低噪音，防止環(huán)境污染，改善勞動條件；在運轉(zhuǎn)過程中能形成轉(zhuǎn)移膜，起到保護軸作用，無咬軸現(xiàn)象；對軸的硬度要求低，未經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的軸都可使用，從而降低了相關零件的加工難度；薄壁結(jié)構、質(zhì)量輕，可縮小機械體積；無吸水、吸油性，熱脹系數(shù)小，散熱性好，尺寸穩(wěn)定；剛背面可電鍍多種金屬，因此可在腐蝕性介質(zhì)中使用，不會生銹。

3 PCTFE復合滑動軸承的制造方法及探討

3.1 PCTFE復合滑動軸承的傳統(tǒng)制造方法及其優(yōu)缺點

傳統(tǒng)制造方法，國內(nèi)通常采用在鋼背上燒結(jié)球形青銅粉，然后輥軋PCTFE混合層，再通過卷圓的方法進行制造。

優(yōu)點：軸承走合性能好、制造方便、生產(chǎn)周期短，特別適合大批量生產(chǎn)；制造成本低，對生產(chǎn)所需的配套設施要求較低；適用于對軸承形位精度要求不高的場合。

缺點：因球形青銅粉無法在圓柱形鋼背上進行燒結(jié)（燒結(jié)時青銅粉容易脫落），只能通過先在平板上燒結(jié)，然后卷圓的方法制造，因此制造工藝較為單一，制造方法較為局限；卷制的滑動軸承留有開口，而且開口大小很難保持一致，因此給滑動軸承的裝配帶來困難；滑動軸承的厚度受直徑尺寸的影響較大，如直徑在100 mm以下時，厚度應盡量控制在2 mm以下，否則卷起來較為困難；滑動軸承的圓柱度精度較難保證，不能用于對軸承形位精度要求較高的場合。

3.2 鑲嵌式軸承的制作方法及優(yōu)缺點

鑲嵌式滑動軸承就是將摩擦性能好的PCTFE鑲嵌到金屬軸套內(nèi)，具體方法是將PCTFE管材加工成一定壁厚的套，套的外徑略大于與金屬軸套的內(nèi)徑，將PCTFE套浸泡在液氮中降溫，取出后壓入金屬軸套，形成一定的過盈配合，后精加工到成品尺寸。

優(yōu)點：可以有效地利用PCTFE的耐磨性和金屬軸套的強度特性；尺寸公差、行位精度容易保證，耐磨層有一定的厚度；軸套容易安裝和更換。

缺點：PCTFE套和金屬軸套都需要有一定的厚度，否則機加工性能較差；PCTFE套與金屬套的過盈量不容易控制，在低溫情況下由于PCTFE的線膨脹系數(shù)大于金屬線膨脹系數(shù)，容易產(chǎn)生滑套現(xiàn)象；加工制造復雜，成本高；由于PCTFE彈性模量較金屬小，在壓應力作用下，軸承形變會大，因此為減少形變，軸套的長度會加長。

3.3 鑲嵌復合型軸承

鑲嵌復合型軸承就是將PCTFE復合滑動軸承的傳統(tǒng)制造方法與鑲嵌式軸承制造方法相結(jié)合，將傳統(tǒng)型軸承預壓入金屬軸套內(nèi)，利用矯正模具對軸承內(nèi)孔圓柱度進行矯正，制造的整體式軸承，結(jié)構如圖。

優(yōu)點：具有傳統(tǒng)復合滑動軸承和鑲嵌式復合軸承的優(yōu)點。

缺點：制造工藝相對復雜，整體尺寸比傳統(tǒng)復合軸承大。

4 總結(jié)

傳統(tǒng)復合軸承和鑲嵌式軸承都有很多的優(yōu)缺點，單獨應用到超低溫閥門特別是液化天然氣閥門上都會存在這樣或那樣的缺陷，而鑲嵌復合型軸承優(yōu)點會解決很多存在的問題，使用的可靠性和更換性能都較為突出，因此在空間尺寸允許的條件下，可進行嘗試設計使用。

參考文獻

[1]顧安忠.液化天然氣技術手冊[M].機械工業(yè)出版社，2010.

[2]陸培文.實用閥門設計手冊[M].機械工業(yè)出版社，2007.

作者簡介

魏奇（1980-），男，漢族，吉林人，中級工程師，本科，專業(yè)：機械制造，研究方向：化工機械。endprint

摘 要 滑動軸承具有工作平穩(wěn)、可靠、無噪聲等特點，在閥門上大量使用。在液體潤滑條件下，潤滑油將滑動表面分開，從而促使其不發(fā)生直接接觸，這樣可以在減小摩擦損失的同時，充分利用了油膜的吸振能力。為了改善軸瓦表面的摩擦性質(zhì)而在其內(nèi)表面上澆鑄一層減摩材料，稱為軸承襯。在超低溫的工況下，常用的軸承襯的材料已不能滿足使用要求，而聚三氟氯乙烯（PCTFE）卻有著良好的耐低溫性能和潤滑性能，文章主要針對PCTFE在超低溫閥門上的應用及附著工藝、結(jié)構型式進行探討，以期達到拋磚引玉的目的。

關鍵詞 超低溫；滑動軸承；PCTFE；軸承襯；探討

中圖分類號：TH117 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0183-01

1 概述

超低溫閥門主要包括以下幾類：低溫閘閥、低溫安全閥、低溫球閥、低溫止回閥，低溫蝶閥、低溫截止閥等，目前其主要用于乙烯，液化天然氣相關裝置。超低溫閥門輸出的超低溫液態(tài)物質(zhì)多為，液氧、液氫、乙烯以及液態(tài)天然氣等等，這些物質(zhì)，不僅易燃易爆，而且常溫氣化時，體積會膨脹上百倍。特別是再液化天然氣中，閥門的材料更為重要，如果材料質(zhì)量不過關，容易導致天然氣泄漏，甚至爆炸。因此在設計開發(fā)超低溫閥門過程中，材質(zhì)非常關鍵。超低溫閥門特別是超低溫球閥，軸承的選擇對閥門密封的可靠性起著非常關鍵的作用。

2 PCTFE及其復合滑動軸承介紹

2.1 PCTFE

PCTFE，即聚三氟氯乙烯（英文縮寫PCTFE），是一種性能優(yōu)良的工程塑料，質(zhì)地均勻，表面平整光滑，顏色呈透明或半透明。熔融溫度213℃，具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、突出的氣密性、表面不粘性、絕緣性和耐候性，可在-196℃～125℃長期使用，機械強度和硬度優(yōu)于聚四氟乙烯，由于具有耐超低溫的特點，可長期使用在-190℃的低溫環(huán)境，且有一定的自潤滑性，因此作為低溫軸承具有一定的優(yōu)點。

2.2 PCTFE復合滑動軸承

PCTFE復合滑動軸承主要由PCTFE和其他材料復合制成，具有以下應用特點：

無油潤滑或少油潤滑，適用于無法加油或較難加油的場合，可以在使用時不保養(yǎng)或少保養(yǎng)；耐磨性能好，摩擦系數(shù)小，使用壽命長；有適量的彈塑性，能將應力分布在較寬的接觸面上，從而提高軸承的承載能力；靜動摩擦系數(shù)接近，可消除低速下的爬行，從而保證精密機械的工作精度；適應性強，可在-195℃至+280℃溫度范圍內(nèi)工作；走合性能好，裝配時不需要刮削；能使機械減少振動、降低噪音，防止環(huán)境污染，改善勞動條件；在運轉(zhuǎn)過程中能形成轉(zhuǎn)移膜，起到保護軸作用，無咬軸現(xiàn)象；對軸的硬度要求低，未經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的軸都可使用，從而降低了相關零件的加工難度；薄壁結(jié)構、質(zhì)量輕，可縮小機械體積；無吸水、吸油性，熱脹系數(shù)小，散熱性好，尺寸穩(wěn)定；剛背面可電鍍多種金屬，因此可在腐蝕性介質(zhì)中使用，不會生銹。

3 PCTFE復合滑動軸承的制造方法及探討

3.1 PCTFE復合滑動軸承的傳統(tǒng)制造方法及其優(yōu)缺點

傳統(tǒng)制造方法，國內(nèi)通常采用在鋼背上燒結(jié)球形青銅粉，然后輥軋PCTFE混合層，再通過卷圓的方法進行制造。

優(yōu)點：軸承走合性能好、制造方便、生產(chǎn)周期短，特別適合大批量生產(chǎn)；制造成本低，對生產(chǎn)所需的配套設施要求較低；適用于對軸承形位精度要求不高的場合。

缺點：因球形青銅粉無法在圓柱形鋼背上進行燒結(jié)（燒結(jié)時青銅粉容易脫落），只能通過先在平板上燒結(jié)，然后卷圓的方法制造，因此制造工藝較為單一，制造方法較為局限；卷制的滑動軸承留有開口，而且開口大小很難保持一致，因此給滑動軸承的裝配帶來困難；滑動軸承的厚度受直徑尺寸的影響較大，如直徑在100 mm以下時，厚度應盡量控制在2 mm以下，否則卷起來較為困難；滑動軸承的圓柱度精度較難保證，不能用于對軸承形位精度要求較高的場合。

3.2 鑲嵌式軸承的制作方法及優(yōu)缺點

鑲嵌式滑動軸承就是將摩擦性能好的PCTFE鑲嵌到金屬軸套內(nèi)，具體方法是將PCTFE管材加工成一定壁厚的套，套的外徑略大于與金屬軸套的內(nèi)徑，將PCTFE套浸泡在液氮中降溫，取出后壓入金屬軸套，形成一定的過盈配合，后精加工到成品尺寸。

優(yōu)點：可以有效地利用PCTFE的耐磨性和金屬軸套的強度特性；尺寸公差、行位精度容易保證，耐磨層有一定的厚度；軸套容易安裝和更換。

缺點：PCTFE套和金屬軸套都需要有一定的厚度，否則機加工性能較差；PCTFE套與金屬套的過盈量不容易控制，在低溫情況下由于PCTFE的線膨脹系數(shù)大于金屬線膨脹系數(shù)，容易產(chǎn)生滑套現(xiàn)象；加工制造復雜，成本高；由于PCTFE彈性模量較金屬小，在壓應力作用下，軸承形變會大，因此為減少形變，軸套的長度會加長。

3.3 鑲嵌復合型軸承

鑲嵌復合型軸承就是將PCTFE復合滑動軸承的傳統(tǒng)制造方法與鑲嵌式軸承制造方法相結(jié)合，將傳統(tǒng)型軸承預壓入金屬軸套內(nèi)，利用矯正模具對軸承內(nèi)孔圓柱度進行矯正，制造的整體式軸承，結(jié)構如圖。

優(yōu)點：具有傳統(tǒng)復合滑動軸承和鑲嵌式復合軸承的優(yōu)點。

缺點：制造工藝相對復雜，整體尺寸比傳統(tǒng)復合軸承大。

4 總結(jié)

傳統(tǒng)復合軸承和鑲嵌式軸承都有很多的優(yōu)缺點，單獨應用到超低溫閥門特別是液化天然氣閥門上都會存在這樣或那樣的缺陷，而鑲嵌復合型軸承優(yōu)點會解決很多存在的問題，使用的可靠性和更換性能都較為突出，因此在空間尺寸允許的條件下，可進行嘗試設計使用。

參考文獻

[1]顧安忠.液化天然氣技術手冊[M].機械工業(yè)出版社，2010.

[2]陸培文.實用閥門設計手冊[M].機械工業(yè)出版社，2007.

作者簡介

魏奇（1980-），男，漢族，吉林人，中級工程師，本科，專業(yè)：機械制造，研究方向：化工機械。endprint