微型活塞式无油空压机摩擦副研究

　　经验交流微型活塞式无油空压机摩擦副研究佛山市广顺电器有限公司黄壮伟金和填充聚四氟乙烯作为无油润滑摩擦副的方案，并给出了试验结果。

　　1概述无油空压机由于结构简单、性能优良，特别是能产生洁净的压缩空气，在越来越多的行业中得到应用。

　　在我国，电磁式或膜片式微型空压机已形成了一定生产规模，可惜这些空压机压力低、流量小，而且耐久性差，不宜作为制氧机或牙科设备使用。微型活塞式无油空压机和产生的空气压力高、流量大，*适合作为制氧机牙科设备等产品的气源，但它尚处在萌芽阶段。

　　开发生产微型活塞式空压机，*重要的一环就是如何解决其中无油润滑的技术问题。本文将总结作者在生产实践中的经验，阐述微型活塞式空压机无油润滑技术的要领，并介绍一种无油润滑摩擦副方案。

　　2无油润滑的特点及对无油润滑材料的基本要求无油润滑空压机与传统的有油润滑空压机相比，具有以下优点：（1）免除了油脂的污染及滴漏，可提供不受污染的空气。

　　（2）取消了供油槽和油路系统以及气体净化等后处理设备，使产品结构简单、重量轻，节省了投资，减少了维修环节。

　　（3）适应于较宽的温度范围，适应于特殊的工况条件，如在放射性条件下可抗辐射，耐高真空和抗腐蚀等，适用于不能用润滑油脂的场合。

　　（4）增加了防锈蚀能力，这对于潮湿气候的南方具有更重要意义。

　　当然，无油润滑材料容易磨损，使用寿命短。

　　为此，选择无油润滑材料时必须满足如下要求（1）较低的摩擦系数，在滑动方向要有低的剪切强度，而受载方向则要有高的屈服极限，同时还要具有防止摩擦表面凸峰的穿透能力，即材料的物理性能是各向异性的。

　　（2）附着力要强，要求附着力大于滑动时的剪切力，以免无油润滑材料从底材上或金属表面上剥离。

　　（3）固体粒子间要有足够的内聚力，以建立足够的润滑膜来防止摩擦表面的凸峰穿透。

　　（4）尺寸在低剪切强度方向应*大，这样才能保证粒子在滑动表面间很好地定向。

　　（5）能在较宽的温度范围内保持性能满足，不起化学反应。

　　3微型活塞式空压机无油润滑方案对于微型活塞式空压机无油润滑材料，要求使用寿命长、流量稳定、散热良好。国家标准要求无油压缩机的使用寿命是3000h ，而国外的标准是要求达到10000h.为此，我们选定铝合金和填充聚四氟乙烯塑料作为摩擦副的材料（见图1）。

　　气缸套材料为铝合金LD5 ，其成分如下：这种材料属于高强度的铝合金，又具有较好延展性，挤压后能形成致密的组织，有利于表面硬化层的形成。遗憾的是铝的导热系数小，所以必须制成薄壁缸套（壁厚为2.5mm），用风扇强制散热才能得到较好的效果。这样薄壁缸套的加工难度提高了，要求不圆度达到0.01.精度达到0.04 ，表面粗糙度达到0.1.将缸套精车后，再用挤压球进行挤压，就能够有效地解决上述问题。

　　为了提高表面硬度，增强耐磨性，必须采用低温阳极氧化处理。温度在0℃附近，有助于形成致密的氧化层。氧化层厚度要达到20μm左右，由于氧化层厚度增加后表面可形成大量的微型孔穴，这样有利于和皮碗的摩擦。一般说来铝与聚四氟乙烯的摩擦系数并不低，达到0.4.但是由于铝表面氧化层的微型孔穴，在短暂摩擦后少量聚四氟乙烯薄膜受摩擦，摩擦系数急剧下降到0.04 ，从而可以防止聚四氟乙烯材料的进一步磨损。

　　皮碗材料为填充聚四氟乙烯，它具有很高的化学稳定性和优良的耐高低温性能，是很好的自润滑材料，可以在200～260℃范围内长期使用。

　　但是单纯的聚四氟乙烯硬度小、强度低，耐磨性也差，直接使用会导致流量降低，必须添加铜粉和石墨等材料，以增加硬度和弹性。经过试制，我们成功地制成了增强型填充聚四氟乙烯，硬度达到除了材料本身性能影响之外，皮碗的结构尺寸对整机的性能也有很大的关系。图2所示的几个结构参数互相关联，必须通过试验优化确定。

　　4在ZW370A型空压机上的试验结果压缩机参数：缸径63.7mm ，行程11.2mm，输入功率370W，输入电流1.7A.

　　经过多次反复的试验，我们得出了皮碗结构优化的*佳方案，具体数据如表1所示。

　　皮碗结构尺寸原数据优化数据采用结构优化的皮碗后，实测空压机的整机性能如表2所示。试验中，空压机启动后10min流量就可以达到稳定值3.4m h ，说明皮碗优化后，整机性能有所提高。

　　空压机整机性能排气压力流量功率电流起动负载此外，我们还进行了多次耐久性试验，将排气压力控制为0.2MPa ，连续运行2000h以上，性能基本上不变，拆机检查，发现皮碗也几乎没有磨损。我公司按照上述方案生产的压缩机已经有数千台，投放市场后，用户比较满意，没有出现提前磨损问题。

　　5结论在微型活塞式压缩机中，采用经过低温阳极氧化处理的铝合金LD5作为气缸套，用增强型填充聚四氟乙烯薄片作为活塞皮碗，形成的无油润滑摩擦副性能稳定，经久耐用，可以满足微型活塞式空压机的无油润滑要求。

　　1周雍鑫，龚九峰。润滑材料使用手册。上海：上海科学技术出版社黄壮伟528000广东佛山市广顺电器有限公司