軸承材料

tags:    時間:2014-03-07 10:18:53
軸承材料簡介
  軸瓦和軸承襯的材料統稱為軸承材料。對軸承材料性能的要求是由軸承失效形式決定的。  對軸承材料性能的要求  良好的減摩性、耐磨性和抗咬粘性   &nb……
軸承材料正文


軸瓦和軸承襯的材料統稱為軸承材料。對軸承材料性能的要求是由軸承失效形式決定的。

 對軸承材料性能的要求

 良好的減摩性、耐磨性和抗咬粘性

    減摩性是指材料副具有低的摩擦係數。耐磨性是指抗磨性能(通常以磨損率表示)。

抗咬粘性是指材料的耐熱性和抗粘附性。

 良好的摩擦順應性、嵌入性和磨合性

    摩擦順應性是指材料通過表層彈塑性變形來補償軸承滑動表面初始配合不良的能力。

嵌入性是指材料容納硬質顆粒嵌入,從而減輕軸承滑動 發生刮傷或磨粒磨損的性能。磨

合性是指軸瓦與軸頸表面經短期輕載運轉后,易於形成相互吻合的表面粗糙度。

 足夠的強度和抗腐蝕能力。

 良好的導熱性、工藝性、經濟性等。

    應該指出,沒有一種軸承材料能夠全面具備上述性能,因而必須針對各種具體情況,

仔細進行分析后合理選用。

常用軸承材料


軸承材料分三大類:1)金屬材料,如軸承合金、銅合金、鋁基合金和鑄鐵等;2)多孔質金屬材料;3)非金屬材料,如工程塑料、碳-石墨等。下面擇其主要者略作介紹。

 軸承合金(通稱巴氏合金或白合金)


軸承合金是錫、鉛、銻、銅的合金,它以錫或鉛作基體,其內含有銻錫(Sb-Sn)、銅錫(Cu-Sn)的硬晶粒。硬晶粒起抗磨作用,軟基體則增加材料的塑性。軸承合金的彈性模量和彈性極限都很低,在所有軸承材料中,它的嵌入性及摩擦順應性最好,很容易和軸頸磨合,也不易與軸頸發生咬粘。但軸承合金的強度很很低,不能單獨製作軸瓦,只能貼附在青銅、鋼或鑄鐵軸瓦上作軸承襯。軸承合金適用於重載、中高速場合,價格較貴。

 銅合金


銅合金具有較高的強度,較好的減摩性和耐磨性。青銅的性能比黃銅好,是最常用的材料。青銅有錫青銅、鉛青銅和鋁青銅等幾種,其中錫青銅的減摩性最好,應用較廣。但錫青銅比軸承合金硬度高,磨合性及嵌入性差,適用於重載及中速場合。鉛青銅抗粘附能力強,適用於高速、重載軸承。鋁青銅的強度及硬度較高,抗粘附能力較差,適用於低速、重載軸承。

 鋁基合金


鋁基軸承合金有相當好的耐蝕性和較高的疲勞強度,摩擦性能亦較好。這些品質使鋁基合金在部分領域取代了較貴的軸承合金和青銅。鋁基合金可以製成單金屬零件(如軸套、軸承等),也可製成雙金屬零件,雙金屬軸瓦以鋁基合金為軸承襯,以鋼作襯背。 

 灰鑄鐵及耐磨鑄鐵


普通灰鐵或加有鎳、鉻 、鈦等合金成分的耐磨灰鑄鐵,或者球墨鑄鐵,都可以用作軸承材料。這類材料中的片狀或球狀石墨在材料表面上覆蓋后,可以形成一層起潤滑作用的石墨層,故具有一定的減摩性和耐磨性。此外,石墨能吸附碳氫化合物,有助於提高邊界潤滑性能,故採用灰鑄鐵作軸承材料時,應加潤滑油。由於鑄鐵性脆、磨合性差,故只適用於輕載低速和不受衝擊載荷的場合。

 多孔質金屬材料


這是用不同金屬粉末經壓制、燒結而成的軸承材料。這種材料是多孔結構的,孔隙約佔體積的10%~35%。使用前先把軸瓦在熱油中浸漬數小時,使孔隙中充滿潤滑油,因而通常把這種材料製成的軸承叫含油軸承。它具有自潤滑性。工作時,由於軸頸轉動的抽吸作用及軸承發熱時油的膨脹作用,油便進入摩擦表面間起潤滑作用;不工作時,因毛細管作用,油便被吸回到軸承內部,故在相當長時間內,即使不加潤滑油仍能很好地工作。如果定期給以供油,則使用效果更佳。但由於其韌性較小,故宜用於平穩無衝擊載荷及中低速度情況。常用的有多孔鐵和多孔質青銅。多孔鐵常用來製作磨粉機軸套、機床油泵襯套、內燃機凸輪軸襯套等。多孔質青銅常用來製作電唱機、電風扇、紡織機械及汽車發電機的軸承。我國已有專門製造含油軸承的工廠,需要時可根據設計手冊選用。 

 非金屬材料


非金屬材料中應用最多的是各種塑料(聚合物材料),如酚醛樹脂、尼龍、聚四氟乙烯等。聚合物的特性是:與許多化學物質不起反應,抗腐蝕能力特彆強;具有一定的自潤滑性,可以在無潤滑條件下工作,在高溫條件下具有一定的潤滑能力;嵌入性好;減摩性及耐磨性都比較好。


選擇聚合物作軸承材料時,必須注意下述一些問題:由於聚合物的熱傳導能力只有鋼的百分之幾,因此,必須考慮摩擦熱的消散問題,它嚴格限制著聚合物軸承的工作轉速及壓力值。又因聚合物的線脹係數比鋼大得多,因此,聚合物軸承與鋼製軸頸的間隙應該比金屬軸承的間隙大。此外,聚合物材料的強度和屈服極限較低,因而在裝配和工作時能承受的載荷有限。又由於聚合物材料在常溫條件下會出現蠕變現象,因而不宜用來製作間隙要求嚴格的軸承。


碳-石墨可作為不良環境中的軸承材料,其中石墨含量愈多,材料愈軟,摩擦係數愈小。可在碳-石墨材料中加入金屬、聚四氟乙烯或二硫化鉬組分,也可以浸漬液體潤滑劑。碳-石墨軸承具有自潤性,它的自潤性和減摩性取決於吸附的水蒸氣量。碳-石墨和含有碳氫化合物的潤滑劑有親和力,加入潤滑劑有助於提高其邊界潤滑性能。此外,它還可以作水潤滑的軸承材料。


橡膠主要用於以水作潤滑劑且環境較臟污之處。


木材具有多孔質結構,可用填充劑來改善其性能。填充聚合物能提高木材的尺寸穩定性和減少吸濕量,並提高強度。採用木材製成的軸承,可在灰塵極多的條件下工作。


常用金屬軸承材料性能見常用金屬軸承材料性能表,常用非金屬和多孔質金屬軸承材料性能見常用非金屬和多孔質金屬軸承材料性能表.

常用金屬軸承材料性能

軸承材料

最大許用值

最高

工作

溫度

/(℃)

軸 頸

硬 度

/(HBS)

性能比較

備  注

[p]

/(MPa)

[v]

/(m/s)

[pv]

/(MPa.m/s)

抗咬粘性

耐蝕性

疲勞強度

錫銻軸承合金

ZSnSb11Cu6

ZSnSb8Cu4

平穩載荷

150

1

1

1

1

5


用於高速、重載下工作的重要軸承,變載荷下易於疲勞,價貴。

25

80

20

衝擊載荷

20

60

15

鉛銻軸承合金

ZPbSb16Sn16Cu2

15

12

10

150

150

1

1

3

5


用於中速、中等載荷的軸承,不易受顯著衝擊。可作為錫銻軸承合金的代替品。

ZPbSb15Sn5Cu3Cd2

5

8

5

錫青銅

ZCuSn10P1

(10-1錫青銅)

15

10

15

280

300~400

3

5

1

1


用於中速、重載及受變載荷的軸承 。

ZCuSn5Pb5Zn5

(5-5-5錫青銅)

8

3

15


用於中速、中載的軸承。

鉛青銅

ZCuPb30

(30鉛青銅)

25

12

30

280

300

3

4

4

2


用於高速、重載軸承,能承受變載荷衝擊。

鋁青銅

ZCuAl10Fe3

(10-3鋁青銅)

15

4

12

280

300

5

5

5

2


最宜用於潤滑充分的低速重載軸承。

黃銅

ZCuZn16Si4

(16-4硅黃銅)

12

2

10

200

200

5

5

1

1

 用於低速、中載軸承。

ZCuZn40Mn2(40-2錳黃銅)

10

1

10

200

200

5

5

1

1


用於高速、中載軸承,是較新的軸承材料,強度高、耐腐蝕、表面性能好。可用於增壓強化柴油機軸承。

 

鋁基軸承合金

 

2%鋁錫合金

28~35

14

--

140

300

4

3

1

2

三元電鍍合金

鋁-硅-鎘鍍層

14~35

--

--

170

200~300

1

2

2

2


鍍鉛錫青銅作中間層,再鍍10~30μm三元減磨層,疲勞強度高,嵌入性好。

鍍層

28~35

--

--

180

300~400

2

3

1

1


鍍銀,上附薄層鉛,再鍍銦。常用于飛機發動機、柴油機軸承。

耐磨鑄鐵

HT300

0.1~6

3~0.75

0.3~4.5

150

<150

4

5

1

1


宜用於低速、輕載的不重要軸承,價廉。

灰鑄鐵

HT150~HT250

1~4

2~0.5

__

__

--

4

5

1

1

註:1.[pV]為不完全液體潤滑下的許用值。


2.性能比較:1~5依次由佳到差。

常用非金屬和多孔質金屬軸承材料性能

軸承材料

最大許用值

最高工

作溫度

/t(℃)


 注

[p](MPa)

[V]/(m/s)

[pV]/(MPa.m/s)

非金屬材料

酚醛樹脂

41

13

0.18

120


由棉織物、石棉等填料經酚醛樹脂粘結而成。抗咬合性好,強度、抗振性也極好,能耐酸鹼,導熱性差,重載時需用水或油充分潤滑,易膨脹,軸承間隙宜取大些。

尼龍

14

3

0.11(0.05m/s)

0.09(0.5m/s)

<0.09(5m/s)

 

90


摩擦係數低,耐磨性好,無雜訊。金屬瓦上覆以尼龍薄層,能受中等載荷。加入石墨、二硫化鉬等填料可提高其力學性能、剛性和耐磨性。加入耐熱成分的尼龍可提高工作溫度。

聚碳酸酯

7

5

0.03(0.05m/s)

0.01(0.5m/s)

<0.01(5m/s)

105


聚碳酸酯、醛縮醇、聚醯亞胺等都是較新的塑料。物理性能好。易於噴射成型,比較經濟。醛縮醇和聚碳酸酯穩定性好,填充石墨的聚醯亞胺溫度可達280℃。

醛縮醇

14

3

0.1

100

聚醯亞胺

--

--

4(0.05m/s)

260

聚四氟乙烯

3

1.3

0.04(0,05m/s)

0.06(0.5m/s)

<0.09(5m/s)

250


摩擦係數很低,自潤滑性能好,能耐任何化學藥品的侵蝕,適用溫度範圍寬(>280℃時,有少量有害氣體放出),但成本高,承載能力低。用玻璃絲、石墨為填料,則承載能力和[pV]值可大為提高。

PTFE織物

400

0.8

0.9

250

填充PTFE

17

5

0.5

250

碳-石墨

4

13

0.5(干)

5.25(潤滑)

400


有自潤滑性及高的導磁性和導電性,耐蝕能力強,常用於水泵和風動設備中的軸套。

橡膠

0.34

5

0.53

65


橡膠能隔振、降低雜訊、減小動載、補償誤差。導熱性差,需加強冷卻,溫度高易老化。常用於有水、泥漿等的工業設備中。

多孔質金屬材料

多孔鐵

(Fe 95%,Cu 2%,石墨和其它3%)

55(低速,間歇)

21(0.013m/s)

4.8(0.51~0.76m/s)

2.1(0.76~1m/s)

7.6

1.8

125


具有成本低、含油量多、耐磨性好、強度高等特點,應用很廣。

多孔青銅

27(低速,間歇)

14(0.013m/s)

3.4(0.51~0.76m/s)

1.8(0.76~1m/s)

4

1.6

125


孔隙度大的多用於高速輕載軸承,孔隙度小的多用於擺動或往複運動的軸承。長期運轉而不補充潤滑劑的應降低[pV]值。高溫或連續工作的應定期補充潤滑劑。

 

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