塑料自润滑平面轴承

作者:Tri-Star Plastics公司 Dave Biering 文章来源:PT《现代塑料》 发布时间:2015-08-05
平面轴承由于采用自润滑树脂来制造,不但具有安静、耐久的优点,而且被收入到FDA批准目录中。

平面轴承很简单:两个表面无需滚动元件的帮助就可以相向运动。轴在轴套中旋转、滑片阻尼振动、桥接膨胀以及链条穿过沟槽,可作为对于平面轴承的所有描述。轴套或者凸缘衬套、止推垫圈、线性滑动板、摩擦轴承和耐磨衬垫都属于平面轴承的范畴。一般来说,一个轴承如果没有滚珠、顶针、保持架或者座圈,就应该算作平面轴承。

平面的优势

平面轴承除了结构简单和较低的成本外,还可以采用添加了润滑剂的树脂来制造。在轴承运行过程中,树脂中的润滑剂能够迁移到与轴承相配合的金属表面上。

聚四氟乙烯(PTFE)、石墨、二硫化钼和硅树脂都是常见的添加到树脂中的润滑剂。尽管这些材料与配和金属表面的微观结构的结合方式不同,但它们的作用都是相同的,即通过降低摩擦力来延长轴承的使用寿命。低摩擦意味着产生更少的热量,其结果是使免维护时间延长。

平面轴承可以应用于很多工业领域和户外环境。轴承级塑料能够根据其耐淡水、盐水、去离子水、泥浆、酸或者碱的性能来选择。由于平面轴承移动部件少,因此不会受到一些粒子,如煤灰、石英或砂子的影响。平面轴承也适合用在洁净室中,因为其产生的碎屑很少,而且不会吸引尘粒。如今,许多塑料轴承材料已能够达到FDA、USDA、3A或者NSF标准的要求。

压力性能

选择塑料轴承时,要仔细考虑应用的各个方面。虽然一些设计标准适用于所有的平面轴承,但是对于非金属轴承来说,还需要注意一些专门的设计事项。

所有轴承一般都是采用最大负载或压力(P)、在表面上的最大速度(V)以及这两者的乘积(PV)来定级的。因此,选择合适的轴承就需要对P、V和PV进行精确评估,以获得更长的免维护周期。

热敏感性

要密切注意轴承的工作温度,因为所有的塑料都有一个最大连续使用温度。该温度应该低于熔点,使材料能够保持其物理性能并连续使用的最高温度。由于温度升高,材料性能会随之下降。因此,了解材料的最大瞬间使用温度和连续工作温度是十分重要的。

热膨胀和收缩系数是塑料应该被了解的其他性能。平面轴承在压力下进行配合和运行。如果不考虑热膨胀,压力配合可能会发生问题,造成轴杆无法旋转。每一种塑料的热膨胀系数都不同,所以必须确信轴承在其整个使用温度区间内都不会发生尺寸变化。

了解环境

除了温度,工作环境的其他方面也能够影响轴承寿命。轴承会暴露在干燥、研磨碎屑的环境中吗?酸或者碱存在吗?环境非常潮湿吗?每种材料都有其特定的适应或者难以克服的环境条件,所以必须确保你所选择的材料能够适应轴承特定的应用环境。

塑料平面轴承的应用是有一定条件的。在与其动态配和的表面粗糙度为12~16RMS时,它的工作效果最好。太粗糙的表面会划伤塑料,而光滑表面可减小摩擦,并能够防止摩擦热的扩散。

塑料轴承周围金属的散热能力也很重要。热是损坏塑料轴承的主要“杀手”,因此对热的控制是轴承设计的关键因素。

原材料

自润滑平面轴承是根据其所用材料来分类的。其中最大的一类使用的材料是填充PTFE。其他的轴承则通常使用一些工程塑料,如尼龙、聚甲醛以及添加了润滑剂的聚酯等。在对轴承性能要求较高的应用场合,设计者通常选用昂贵的热固性树脂,如聚酰胺-酰亚胺、聚醚醚酮、聚酰亚胺及聚苯并咪唑等。表中列出了一些得到广泛应用的塑料轴承材料及相关性能。

新一代的自润滑平面轴承采用了复合材料。这些复合材料采用合成纤维进行增强,从而使轴承能够应用到高负载、低速旋转和线性运动的应用中。

Tri-Star Plastics公司的Ultracomp复合材料轴承,由合成纤维增强自润滑树脂制成,该轴承在低速高负载下运行良好

采用Rulon(聚四氟乙烯)制成的轴承

已得到广泛应用的塑料轴承材料及性能

成功应用

1.食品加工设备

复合材料平面轴承在食品工业中获得了成功应用。1个冰激淋制造商在采用复合材料轴承后,减少了其生产线中部件(包括传送带皮带轮、搅拌装置等)的轴承更换次数——从1年3次变为1年1次。此外,该轴承的惰性也使其与生产线中的不锈钢或者铝制轴相兼容。

在冰激淋生产的寒冷环境中,复合材料轴承能够保持低摩擦及尺寸的稳定。其高强度和耐磨性以及自润滑性能,使其超过了工业平面轴承的平均使用寿命,同时也消除了价格昂贵的食品级润滑脂的使用。在此应用中,1台单机凭借不使用食品级润滑脂就可每年节约18000美元。

在食品生产中,卫生性是人们重点关注的因素。尽管每天生产线都会进行高压蒸汽清洗和消毒,但复合材料轴承只会吸收极少的水分。

2. 娱乐影像设备

复合材料平面轴承也进入到娱乐业中。电视、电影中的摄像和音响设备制造商已开始使用复合材料轴承来确保其设备运动的平滑。

摄像机通常要安装在大型导轨上进行连续拍摄。要使拍摄稳定,摄像机悬臂在支撑悬臂载荷时必须能够平滑移动。同样,拾音器悬臂也受到相似的应力,这就需要悬臂的所有运动都能够极度安静。

安装在悬臂上的复合材料平面轴承能够承受103MPa的压力,并可在无润滑的条件下最高以2m/s的速度运行。这些性能保证了设备在该苛刻应用中的低维护和长寿命。

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