一种超低温复合滑动轴承的设计探讨

摘 要 滑动轴承具有工作平稳、可靠、无噪声等特点，在阀门上大量使用。在液体润滑条件下，润滑油将滑动表面分开，从而促使其不发生直接接触，这样可以在减小摩擦损失的同时，充分利用了油膜的吸振能力。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上浇铸一层减摩材料，称为轴承衬。在超低温的工况下，常用的轴承衬的材料已不能满足使用要求，而聚三氟氯乙烯（PCTFE）却有着良好的耐低温性能和润滑性能，文章主要针对PCTFE在超低温阀门上的应用及附着工艺、结构型式进行探讨，以期达到抛砖引玉的目的。

关键词 超低温；滑动轴承；PCTFE；轴承衬；探讨

中图分类号：TH117 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0183-01

1 概述

超低温阀门主要包括以下几类：低温闸阀、低温安全阀、低温球阀、低温止回阀，低温蝶阀、低温截止阀等，目前其主要用于乙烯，液化天然气相关装置。超低温阀门输出的超低温液态物质多为，液氧、液氢、乙烯以及液态天然气等等，这些物质，不仅易燃易爆，而且常温气化时，体积会膨胀上百倍。特别是再液化天然气中，阀门的材料更为重要，如果材料质量不过关，容易导致天然气泄漏，甚至爆炸。因此在设计开发超低温阀门过程中，材质非常关键。超低温阀门特别是超低温球阀，轴承的选择对阀门密封的可靠性起着非常关键的作用。

2 PCTFE及其复合滑动轴承介绍

2.1 PCTFE

PCTFE，即聚三氟氯乙烯（英文缩写PCTFE），是一种性能优良的工程塑料，质地均匀，表面平整光滑，颜色呈透明或半透明。熔融温度213℃，具有优良的化学稳定性、突出的气密性、表面不粘性、绝缘性和耐候性，可在-196℃～125℃长期使用，机械强度和硬度优于聚四氟乙烯，由于具有耐超低温的特点，可长期使用在-190℃的低温环境，且有一定的自润滑性，因此作为低温轴承具有一定的优点。

2.2 PCTFE复合滑动轴承

PCTFE复合滑动轴承主要由PCTFE和其他材料复合制成，具有以下应用特点：

无油润滑或少油润滑，适用于无法加油或较难加油的场合，可以在使用时不保养或少保养；耐磨性能好，摩擦系数小，使用寿命长；有适量的弹塑性，能将应力分布在较宽的接触面上，从而提高轴承的承载能力；静动摩擦系数接近，可消除低速下的爬行，从而保证精密机械的工作精度；适应性强，可在-195℃至+280℃温度范围内工作；走合性能好，装配时不需要刮削；能使机械减少振动、降低噪音，防止环境污染，改善劳动条件；在运转过程中能形成转移膜，起到保护轴作用，无咬轴现象；对轴的硬度要求低，未经调质处理的轴都可使用，从而降低了相关零件的加工难度；薄壁结构、质量轻，可缩小机械体积；无吸水、吸油性，热胀系数小，散热性好，尺寸稳定；刚背面可电镀多种金属，因此可在腐蚀性介质中使用，不会生锈。

3 PCTFE复合滑动轴承的制造方法及探讨

3.1 PCTFE复合滑动轴承的传统制造方法及其优缺点

传统制造方法，国内通常采用在钢背上烧结球形青铜粉，然后辊轧PCTFE混合层，再通过卷圆的方法进行制造。

优点：轴承走合性能好、制造方便、生产周期短，特别适合大批量生产；制造成本低，对生产所需的配套设施要求较低；适用于对轴承形位精度要求不高的场合。

缺点：因球形青铜粉无法在圆柱形钢背上进行烧结（烧结时青铜粉容易脱落），只能通过先在平板上烧结，然后卷圆的方法制造，因此制造工艺较为单一，制造方法较为局限；卷制的滑动轴承留有开口，而且开口大小很难保持一致，因此给滑动轴承的装配带来困难；滑动轴承的厚度受直径尺寸的影响较大，如直径在100 mm以下时，厚度应尽量控制在2 mm以下，否则卷起来较为困难；滑动轴承的圆柱度精度较难保证，不能用于对轴承形位精度要求较高的场合。

3.2 镶嵌式轴承的制作方法及优缺点

镶嵌式滑动轴承就是将摩擦性能好的PCTFE镶嵌到金属轴套内，具体方法是将PCTFE管材加工成一定壁厚的套，套的外径略大于与金属轴套的内径，将PCTFE套浸泡在液氮中降温，取出后压入金属轴套，形成一定的过盈配合，后精加工到成品尺寸。

优点：可以有效地利用PCTFE的耐磨性和金属轴套的强度特性；尺寸公差、行位精度容易保证，耐磨层有一定的厚度；轴套容易安装和更换。

缺点：PCTFE套和金属轴套都需要有一定的厚度，否则机加工性能较差；PCTFE套与金属套的过盈量不容易控制，在低温情况下由于PCTFE的线膨胀系数大于金属线膨胀系数，容易产生滑套现象；加工制造复杂，成本高；由于PCTFE弹性模量较金属小，在压应力作用下，轴承形变会大，因此为减少形变，轴套的长度会加长。

3.3 镶嵌复合型轴承

镶嵌复合型轴承就是将PCTFE复合滑动轴承的传统制造方法与镶嵌式轴承制造方法相结合，将传统型轴承预压入金属轴套内，利用矫正模具对轴承内孔圆柱度进行矫正，制造的整体式轴承，结构如图。

优点：具有传统复合滑动轴承和镶嵌式复合轴承的优点。

缺点：制造工艺相对复杂，整体尺寸比传统复合轴承大。

4 总结

传统复合轴承和镶嵌式轴承都有很多的优缺点，单独应用到超低温阀门特别是液化天然气阀门上都会存在这样或那样的缺陷，而镶嵌复合型轴承优点会解决很多存在的问题，使用的可靠性和更换性能都较为突出，因此在空间尺寸允许的条件下，可进行尝试设计使用。

参考文献

[1]顾安忠.液化天然气技术手册[M].机械工业出版社，2010.

[2]陆培文.实用阀门设计手册[M].机械工业出版社，2007.

作者简介

魏奇（1980-），男，汉族，吉林人，中级工程师，本科，专业：机械制造，研究方向：化工机械。endprint

摘 要 滑动轴承具有工作平稳、可靠、无噪声等特点，在阀门上大量使用。在液体润滑条件下，润滑油将滑动表面分开，从而促使其不发生直接接触，这样可以在减小摩擦损失的同时，充分利用了油膜的吸振能力。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上浇铸一层减摩材料，称为轴承衬。在超低温的工况下，常用的轴承衬的材料已不能满足使用要求，而聚三氟氯乙烯（PCTFE）却有着良好的耐低温性能和润滑性能，文章主要针对PCTFE在超低温阀门上的应用及附着工艺、结构型式进行探讨，以期达到抛砖引玉的目的。

关键词 超低温；滑动轴承；PCTFE；轴承衬；探讨

中图分类号：TH117 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0183-01

1 概述

超低温阀门主要包括以下几类：低温闸阀、低温安全阀、低温球阀、低温止回阀，低温蝶阀、低温截止阀等，目前其主要用于乙烯，液化天然气相关装置。超低温阀门输出的超低温液态物质多为，液氧、液氢、乙烯以及液态天然气等等，这些物质，不仅易燃易爆，而且常温气化时，体积会膨胀上百倍。特别是再液化天然气中，阀门的材料更为重要，如果材料质量不过关，容易导致天然气泄漏，甚至爆炸。因此在设计开发超低温阀门过程中，材质非常关键。超低温阀门特别是超低温球阀，轴承的选择对阀门密封的可靠性起着非常关键的作用。

2 PCTFE及其复合滑动轴承介绍

2.1 PCTFE

PCTFE，即聚三氟氯乙烯（英文缩写PCTFE），是一种性能优良的工程塑料，质地均匀，表面平整光滑，颜色呈透明或半透明。熔融温度213℃，具有优良的化学稳定性、突出的气密性、表面不粘性、绝缘性和耐候性，可在-196℃～125℃长期使用，机械强度和硬度优于聚四氟乙烯，由于具有耐超低温的特点，可长期使用在-190℃的低温环境，且有一定的自润滑性，因此作为低温轴承具有一定的优点。

2.2 PCTFE复合滑动轴承

PCTFE复合滑动轴承主要由PCTFE和其他材料复合制成，具有以下应用特点：

无油润滑或少油润滑，适用于无法加油或较难加油的场合，可以在使用时不保养或少保养；耐磨性能好，摩擦系数小，使用寿命长；有适量的弹塑性，能将应力分布在较宽的接触面上，从而提高轴承的承载能力；静动摩擦系数接近，可消除低速下的爬行，从而保证精密机械的工作精度；适应性强，可在-195℃至+280℃温度范围内工作；走合性能好，装配时不需要刮削；能使机械减少振动、降低噪音，防止环境污染，改善劳动条件；在运转过程中能形成转移膜，起到保护轴作用，无咬轴现象；对轴的硬度要求低，未经调质处理的轴都可使用，从而降低了相关零件的加工难度；薄壁结构、质量轻，可缩小机械体积；无吸水、吸油性，热胀系数小，散热性好，尺寸稳定；刚背面可电镀多种金属，因此可在腐蚀性介质中使用，不会生锈。

3 PCTFE复合滑动轴承的制造方法及探讨

3.1 PCTFE复合滑动轴承的传统制造方法及其优缺点

传统制造方法，国内通常采用在钢背上烧结球形青铜粉，然后辊轧PCTFE混合层，再通过卷圆的方法进行制造。

优点：轴承走合性能好、制造方便、生产周期短，特别适合大批量生产；制造成本低，对生产所需的配套设施要求较低；适用于对轴承形位精度要求不高的场合。

缺点：因球形青铜粉无法在圆柱形钢背上进行烧结（烧结时青铜粉容易脱落），只能通过先在平板上烧结，然后卷圆的方法制造，因此制造工艺较为单一，制造方法较为局限；卷制的滑动轴承留有开口，而且开口大小很难保持一致，因此给滑动轴承的装配带来困难；滑动轴承的厚度受直径尺寸的影响较大，如直径在100 mm以下时，厚度应尽量控制在2 mm以下，否则卷起来较为困难；滑动轴承的圆柱度精度较难保证，不能用于对轴承形位精度要求较高的场合。

3.2 镶嵌式轴承的制作方法及优缺点

镶嵌式滑动轴承就是将摩擦性能好的PCTFE镶嵌到金属轴套内，具体方法是将PCTFE管材加工成一定壁厚的套，套的外径略大于与金属轴套的内径，将PCTFE套浸泡在液氮中降温，取出后压入金属轴套，形成一定的过盈配合，后精加工到成品尺寸。

优点：可以有效地利用PCTFE的耐磨性和金属轴套的强度特性；尺寸公差、行位精度容易保证，耐磨层有一定的厚度；轴套容易安装和更换。

缺点：PCTFE套和金属轴套都需要有一定的厚度，否则机加工性能较差；PCTFE套与金属套的过盈量不容易控制，在低温情况下由于PCTFE的线膨胀系数大于金属线膨胀系数，容易产生滑套现象；加工制造复杂，成本高；由于PCTFE弹性模量较金属小，在压应力作用下，轴承形变会大，因此为减少形变，轴套的长度会加长。

3.3 镶嵌复合型轴承

镶嵌复合型轴承就是将PCTFE复合滑动轴承的传统制造方法与镶嵌式轴承制造方法相结合，将传统型轴承预压入金属轴套内，利用矫正模具对轴承内孔圆柱度进行矫正，制造的整体式轴承，结构如图。

优点：具有传统复合滑动轴承和镶嵌式复合轴承的优点。

缺点：制造工艺相对复杂，整体尺寸比传统复合轴承大。

4 总结

传统复合轴承和镶嵌式轴承都有很多的优缺点，单独应用到超低温阀门特别是液化天然气阀门上都会存在这样或那样的缺陷，而镶嵌复合型轴承优点会解决很多存在的问题，使用的可靠性和更换性能都较为突出，因此在空间尺寸允许的条件下，可进行尝试设计使用。

参考文献

[1]顾安忠.液化天然气技术手册[M].机械工业出版社，2010.

[2]陆培文.实用阀门设计手册[M].机械工业出版社，2007.

作者简介

魏奇（1980-），男，汉族，吉林人，中级工程师，本科，专业：机械制造，研究方向：化工机械。endprint

摘 要 滑动轴承具有工作平稳、可靠、无噪声等特点，在阀门上大量使用。在液体润滑条件下，润滑油将滑动表面分开，从而促使其不发生直接接触，这样可以在减小摩擦损失的同时，充分利用了油膜的吸振能力。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上浇铸一层减摩材料，称为轴承衬。在超低温的工况下，常用的轴承衬的材料已不能满足使用要求，而聚三氟氯乙烯（PCTFE）却有着良好的耐低温性能和润滑性能，文章主要针对PCTFE在超低温阀门上的应用及附着工艺、结构型式进行探讨，以期达到抛砖引玉的目的。

关键词 超低温；滑动轴承；PCTFE；轴承衬；探讨

中图分类号：TH117 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0183-01

1 概述

超低温阀门主要包括以下几类：低温闸阀、低温安全阀、低温球阀、低温止回阀，低温蝶阀、低温截止阀等，目前其主要用于乙烯，液化天然气相关装置。超低温阀门输出的超低温液态物质多为，液氧、液氢、乙烯以及液态天然气等等，这些物质，不仅易燃易爆，而且常温气化时，体积会膨胀上百倍。特别是再液化天然气中，阀门的材料更为重要，如果材料质量不过关，容易导致天然气泄漏，甚至爆炸。因此在设计开发超低温阀门过程中，材质非常关键。超低温阀门特别是超低温球阀，轴承的选择对阀门密封的可靠性起着非常关键的作用。

2 PCTFE及其复合滑动轴承介绍

2.1 PCTFE

PCTFE，即聚三氟氯乙烯（英文缩写PCTFE），是一种性能优良的工程塑料，质地均匀，表面平整光滑，颜色呈透明或半透明。熔融温度213℃，具有优良的化学稳定性、突出的气密性、表面不粘性、绝缘性和耐候性，可在-196℃～125℃长期使用，机械强度和硬度优于聚四氟乙烯，由于具有耐超低温的特点，可长期使用在-190℃的低温环境，且有一定的自润滑性，因此作为低温轴承具有一定的优点。

2.2 PCTFE复合滑动轴承

PCTFE复合滑动轴承主要由PCTFE和其他材料复合制成，具有以下应用特点：

无油润滑或少油润滑，适用于无法加油或较难加油的场合，可以在使用时不保养或少保养；耐磨性能好，摩擦系数小，使用寿命长；有适量的弹塑性，能将应力分布在较宽的接触面上，从而提高轴承的承载能力；静动摩擦系数接近，可消除低速下的爬行，从而保证精密机械的工作精度；适应性强，可在-195℃至+280℃温度范围内工作；走合性能好，装配时不需要刮削；能使机械减少振动、降低噪音，防止环境污染，改善劳动条件；在运转过程中能形成转移膜，起到保护轴作用，无咬轴现象；对轴的硬度要求低，未经调质处理的轴都可使用，从而降低了相关零件的加工难度；薄壁结构、质量轻，可缩小机械体积；无吸水、吸油性，热胀系数小，散热性好，尺寸稳定；刚背面可电镀多种金属，因此可在腐蚀性介质中使用，不会生锈。

3 PCTFE复合滑动轴承的制造方法及探讨

3.1 PCTFE复合滑动轴承的传统制造方法及其优缺点

传统制造方法，国内通常采用在钢背上烧结球形青铜粉，然后辊轧PCTFE混合层，再通过卷圆的方法进行制造。

优点：轴承走合性能好、制造方便、生产周期短，特别适合大批量生产；制造成本低，对生产所需的配套设施要求较低；适用于对轴承形位精度要求不高的场合。

缺点：因球形青铜粉无法在圆柱形钢背上进行烧结（烧结时青铜粉容易脱落），只能通过先在平板上烧结，然后卷圆的方法制造，因此制造工艺较为单一，制造方法较为局限；卷制的滑动轴承留有开口，而且开口大小很难保持一致，因此给滑动轴承的装配带来困难；滑动轴承的厚度受直径尺寸的影响较大，如直径在100 mm以下时，厚度应尽量控制在2 mm以下，否则卷起来较为困难；滑动轴承的圆柱度精度较难保证，不能用于对轴承形位精度要求较高的场合。

3.2 镶嵌式轴承的制作方法及优缺点

镶嵌式滑动轴承就是将摩擦性能好的PCTFE镶嵌到金属轴套内，具体方法是将PCTFE管材加工成一定壁厚的套，套的外径略大于与金属轴套的内径，将PCTFE套浸泡在液氮中降温，取出后压入金属轴套，形成一定的过盈配合，后精加工到成品尺寸。

优点：可以有效地利用PCTFE的耐磨性和金属轴套的强度特性；尺寸公差、行位精度容易保证，耐磨层有一定的厚度；轴套容易安装和更换。

缺点：PCTFE套和金属轴套都需要有一定的厚度，否则机加工性能较差；PCTFE套与金属套的过盈量不容易控制，在低温情况下由于PCTFE的线膨胀系数大于金属线膨胀系数，容易产生滑套现象；加工制造复杂，成本高；由于PCTFE弹性模量较金属小，在压应力作用下，轴承形变会大，因此为减少形变，轴套的长度会加长。

3.3 镶嵌复合型轴承

镶嵌复合型轴承就是将PCTFE复合滑动轴承的传统制造方法与镶嵌式轴承制造方法相结合，将传统型轴承预压入金属轴套内，利用矫正模具对轴承内孔圆柱度进行矫正，制造的整体式轴承，结构如图。

优点：具有传统复合滑动轴承和镶嵌式复合轴承的优点。

缺点：制造工艺相对复杂，整体尺寸比传统复合轴承大。

4 总结

传统复合轴承和镶嵌式轴承都有很多的优缺点，单独应用到超低温阀门特别是液化天然气阀门上都会存在这样或那样的缺陷，而镶嵌复合型轴承优点会解决很多存在的问题，使用的可靠性和更换性能都较为突出，因此在空间尺寸允许的条件下，可进行尝试设计使用。

参考文献

[1]顾安忠.液化天然气技术手册[M].机械工业出版社，2010.

[2]陆培文.实用阀门设计手册[M].机械工业出版社，2007.

作者简介

魏奇（1980-），男，汉族，吉林人，中级工程师，本科，专业：机械制造，研究方向：化工机械。endprint