概述
滑動軸承,是用來支撐軸并承受軸上載荷的零件,一般是由耐磨材料制成。金屬複合滑動軸承,其結構有單一金屬的,兩層以上複合多層金屬的軸承,具有:結構簡單,體積小;制造方便、成本低;噪音低、運轉平穩;承載力大;能适應各種不同的工作介質和環境條件,它在與人民的生活、生産和科研工作有着密切關系的各種運動機構中應用極為普遍,因而複合滑動軸承的應用範圍和數量巨大。
滑動軸承
滑動軸承特點和性能
滑動軸承運行平穩、可靠、噪聲低或無噪聲。在液體潤滑條件下,滑動表面被潤滑油分開而不發生直接接觸,還可以很大程度上減小摩損,油膜具有一定的吸振能力,但起動運行時的摩擦阻力較大。軸被軸承支承的部分稱為軸頸,與軸頸相配的零件稱為軸瓦。為了改善軸瓦表面的摩擦性質而在其内表面上澆鑄的減摩材料層稱為軸承襯。軸瓦和軸承襯的材料統稱為滑動軸承材料。
滑動軸承材料常用的有巴氏合金(軸承合金或白合金)、耐磨鑄鐵、銅基和鋁基合金、粉末冶金材料、塑料、橡膠、硬木和碳-石墨,聚四氟乙烯(特氟龍、PTFE)、改性聚甲醛(POM)等。
摩擦系數
是指兩表面間的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力(載荷)之比值。它是和表面的粗糙度有關,而和接觸面積的大小無關。
耐磨性:摩擦系統中軸承材料的抗磨性能,通常以厚度或重量的損失量來表示(一般說來,硬的軸與軟的軸套相配,軸套會先磨損)
摩擦溫度
當軸與軸套發生運動時會産生摩擦,摩擦産生熱量,熱量會使軸與軸套溫度上升,會使軸與軸套之間的配合間隙減小,同時摩擦熱會使軸與軸套表面分子活性增強,使軸與軸套發生粘合,最終導緻咬軸,使系統無法運轉。
順應性
軸承材料靠表層的彈塑性變形來補償滑動表面初始配合不良的性能(軟的有彈性産品的順應性好,如SF-1順應性大于 JDB )
磨合性
在規定的軸材料與特定潤滑油條件下,經初期磨合後,保證穩定的摩擦系數,不發生咬合的性能(磨合期短的産品磨合性好)(摩擦磨損曲線)
嵌入性
軸承材料允許硬質顆粒嵌入,而減輕刮傷或磨粒磨損的性能(軟材料的嵌入性比硬材料好,JF700 的嵌入性比JF800好)軸與軸套在運轉過程中的狀态
在有油潤滑的條件下,一般軸與軸套在運轉時會至少處于三個狀态。
幹摩擦
物件間或試樣間不加任何潤滑劑時的摩擦。
邊界潤滑
由液體潤滑過渡到幹摩擦(摩擦副表面直接接觸)過程之前的臨界狀态。
流體動力潤滑
兩個作相對運動物體的摩擦表面,用借助于相對速度而産生的粘性流體膜将兩摩擦表面完全隔開,由流體膜産生的壓力來平衡外載荷,稱為流體動力潤滑。
滑動軸承結構
1) 整體式滑動軸承:整體、單層、雙層、多層卷制軸瓦(可在内表面鑲嵌金屬或非金屬的軸承襯)
2) 剖分式滑動軸承:厚壁用鑄造方法制造,将軸承合金用離心鑄造法澆鑄在其表面,軸瓦内表面制出各種形式的孔位、溝槽;薄壁用闆材軋制的方法制造,軸瓦剛性小,受力後形狀取決于軸承座的形狀,軸瓦與軸承座需精密加工。
滑動軸承分類
滑動軸承工作時發生的是滑動摩擦;滾動摩擦力的大小主要取決于制造精度;滑動軸承摩擦力的大小主要取決于軸承滑動面的材料。
滑動軸承一般工作面均具有自潤滑功能;分類方法也有很多種方式:
1) 根據所承受載荷的方向、滑動軸承可分為徑向軸承、推力軸承兩大類。
2) 根據軸系和拆裝的需要,滑動軸承可分為整體式和剖分式兩類。
3) 根據頸和軸瓦間的摩擦狀态,滑動軸承可分為液體摩擦滑動軸承和非液體摩擦滑動軸承
4) 根據潤滑劑種類可分為油潤滑軸承、脂潤滑軸承、水潤滑軸承、氣體軸承、固體潤滑軸承、磁流體軸承和電磁軸承
5) 根據材料滑動軸承為非金屬滑動軸承和金屬滑動軸承。例如青銅軸承、鑄鐵軸承、塑料軸承、寶石軸承、粉末冶金軸承、自潤滑軸承和含油軸承等。
6) 根據軸瓦結構可分為圓軸承、橢圓軸承、三油葉軸承、階梯面軸承、可傾瓦軸承和箔軸承等。
7) 其它分類方法,比如按生産工藝分類等等。
滑動軸承材料
滑動軸承按照材料分為非金屬滑動軸承和金屬滑動軸承。
非金屬材料
常用的非金屬軸承塑料有酚醛塑料、尼龍、聚四氟乙烯、石墨等,塑料軸承有較大的抗壓強度和耐磨性,可用油和水潤滑,也有自潤滑性能,但導熱性差。非金屬滑動軸承專業的廠家一般均具有自潤滑改性技術,對非金屬材料進行自潤滑增強改性使之達到一定的性能,然後再加工成自潤滑的軸承。
金屬材料
常用金屬材料如鋼、軸承合金、青銅、鋁基合金、鋅基合金、複合材料、鑲嵌材料等
具有耐磨型好、塑性高、跑合性能好、導熱性好和抗膠和性好及與油的吸附性好,故适用于重載、高速情況下。金屬滑動軸承的材料目前使用最多的就是三層複合式材料和鑲嵌式材料(銅基石墨鑲嵌、鋼基石墨鑲嵌、合金鑲嵌滑動軸承等等)。
三層複合軸承這種軸承一般都是以碳鋼闆為基闆,通過燒結技術在鋼闆上先燒結一層球形銅粉,然後再在銅粉層上燒結一層約0.03mm的PTFE或POM潤滑材料;其中中間一層球形銅粉主要作用就是增強鋼闆與潤滑材料之間的結合強度,當然在工作時還起到一定的承載和潤滑作用。
多孔質金屬材料(粉末冶金材料)
多孔質金屬材料:多孔質金屬是一種粉末材料,例如粉末冶金含油軸承(銅基和鐵基等),用金屬粉末壓鑄燒結而成,它具有多孔組織,若将其浸在潤滑油中,使微孔中充滿潤滑油,變成了含油軸承,由于多孔材料和潤滑油的熱膨脹系數不同,故工作時油從孔隙中被擠入摩擦面,停止工作時油又随溫度下降被吸回孔隙,具有自潤滑性能。多孔質金屬材料的韌性小,隻适應于平穩的無沖擊載荷及中、小速度情況下。
滑動軸承制作方法
滑動軸承的制作方法可以從兩個方面簡要說明,首先是滑動軸承的材料,主要有鑄造、壓鑄、燒結、軋制、鑲嵌、複合工藝等工藝;滑動軸承産品的制造主要通過沖壓、卷制加工、機械加工(車、銑、刨、磨)、電鍍等表面處理工藝。不同的滑動軸承産品會有不同的生産工藝路線,即使是同産品,不同生産廠家的工藝過程也不完全一樣。專業的廠家通常能更好的确保産品品質,主要表現在産品精度好,材料正宗,搞磨損性能好,壽命長等優點。
滑動軸承在工作時由于軸頸與軸瓦的接觸會産生摩擦,導緻表面發熱、磨損甚而“咬死”,所以在設計軸承時,應選用減摩性好的滑動軸承材料制造軸瓦,合适的潤滑劑并采用合适的供應方法,改善軸承的結構以獲得厚膜潤滑等,為了使滑動軸承獲得良好的潤滑,軸瓦或軸頸上需開設油孔及油溝,油孔用于供應潤滑油,油溝用于輸送和分布潤滑油。其位置和形狀對軸承的承載能力和壽命影響很大。通常,油孔應設置在油膜壓力最小的地方;油溝應開在軸承不受力或油膜壓力較小的區域,要求既便于供油又不降低軸承的承載能力。
滑動軸承注意問題
滑動軸承是面接觸的,所以接觸面要保持一定的油膜,因此設計時應注意以下這幾個問題:
1) 要使油膜能順利地進入摩擦表面。
2) 油應從非承載面區進入軸承。
3) 不要使全環油槽開在軸承中部。
4) 加油孔不要被堵。
5) 不要形成油不流動區。防止出現切斷油膜的銳邊和棱角。
6) 軸承載荷大,轉速低時,應選擇錐入度小的潤滑脂,反之要選擇錐入度大的。高速軸承選用錐入度小些、機械安定性好的潤滑脂。特别注意的是潤滑脂的基礎油的粘度要低一些。
7) 選擇的潤滑脂的滴點一般高于工作溫度20-30℃,在高溫連續運轉的情況下,注意不要超過潤滑脂的允許使用溫度範圍。
8) 滑動軸承在水淋或潮濕環境裡工作時,應選擇抗水性能好的鈣基、鋁基或锂基潤滑脂。
9) 選用具有較好粘附性的潤滑脂。
在潮濕環境下,溫度在75-120℃的條件下,應考慮用鈣-鈉基脂潤滑脂。在潮濕環境下,工作溫度在75℃以下,沒有3号鈣基脂,也可用鋁基脂。工作溫度在110-120℃時,可用锂基脂或鋇基脂。集中潤滑時,稠度要小些。
既要使軸頸與滑動軸承均勻細密接觸,又要有一定的配合間隙,是指軸頸與滑動軸承的接觸面所對的圓心角。接觸角不可太大也不可太小。接觸角太小會使滑動軸承壓強增加,嚴重時會使滑動軸承産生較大的變形,加速磨損,縮短使用壽命;接觸角太大,會影響油膜的形成,得不到良好的液體潤滑。
試驗研究表明,滑動軸承接觸角的極限是120°。當滑動軸承磨損到這一接觸角時,液體潤滑就要破壞。因此再不影響滑動軸承受壓條件的前提下,接觸角愈小愈好。從摩擦力距的理論分析,當接觸角為60°時,摩擦力矩最小,因此建議,對轉速高于500r/min的滑動軸承,接觸角采用60°,轉速低于500r/min的滑動軸承,接觸角可以采用90°,也可以采用60°。
滑動軸承主要故障
滑動軸承在工作時由于軸頸與軸瓦的接觸會産生摩擦,導緻表面發熱、磨損甚而“咬死”,所以在設計軸承時,應選用減摩性好的滑動軸承材料制造軸瓦,選擇合适的潤滑劑并采用合适的供應方法,改善軸承的結構以獲得厚膜潤滑等。
1) 瓦面腐蝕:光譜分析發現有色金屬元素濃度異常;鐵譜中出現了許多有色金屬成分的亞微米級磨損顆粒;潤滑油水分超标、酸值超标。
2) 軸頸表面腐蝕:光譜分析發現鐵元素濃度異常,鐵譜中有許多鐵成分的亞微米顆粒,潤滑油水分超标或酸值超标。
3) 軸頸表面拉傷:鐵譜中有鐵系切削磨粒或黑色氧化物顆粒,金屬表面存在回火色。
4) 瓦背微動磨損:光譜分析發現鐵濃度異常,鐵譜中有許多鐵成分亞微米磨損顆粒,潤滑油水分及酸值異常。
5) 軸承表面拉傷:鐵譜中發現有切削磨粒,磨粒成分為有色金屬。
6) 瓦面剝落:鐵譜中發現有許多大尺寸的疲勞剝落合金磨損顆粒、層狀磨粒。
7) 軸承燒瓦:鐵譜中有較多大尺寸的合金磨粒及黑色金屬氧化物。
滑動軸承維護方法
1) 防止偏載和過載,在運動中如發現軸承過熱,應立即停車檢查,最好使轉子在低速下繼續運轉,或繼續供油一段時間,直到軸瓦冷下來為止。
2) 防止潤滑油不足或油中混入雜質,粉塵侵入以及轉子安裝不對中。拉毛由于潤滑油把大顆粒的污垢帶入軸承間隙内,并嵌藏在軸承軸襯上,使軸承與軸頸(或止推盤)接觸時,形成硬痂,在運轉時會嚴重地刮傷軸的表面,拉毛軸承注意油路潔淨,尤其是檢修中,應注意将金屬屑或污物清洗幹淨
3) 改善軸瓦油溝、油槽形狀,修飾溝槽的邊緣或形狀,以改進油膜流線的形狀,選用适當的安裝間隙,減少軸心晃動。
4) 增大供油壓力
5) 換較适宜的軸瓦材料
6) 檢查軸和軸瓦,如果電蝕後損壞不太嚴重或麻坑、拉毛等情節較輕者,可以刮研軸瓦
滑動軸承相關國家标準
1 GB/T14910-1994 滑動軸承厚壁多層軸承襯背技術要求
2 GB/T16748-1997 滑動軸承金屬軸承材料的壓縮試驗
3 GB/T18323-2001 滑動軸承燒結軸套的尺寸和公差
4 GB/T18324-2001 滑動軸承銅合金軸套
5 GB/T18325.1-2001 滑動軸承流體動壓潤滑條件下試驗機内和實際應用的滑動軸承疲勞強度
6 GB/T18326-2001 滑動軸承薄壁滑動軸承用金屬多層材料
7 GB/T18327.1-2001 滑動軸承基本符号
8 GB/T18329.1-2001 滑動軸承多層金屬滑動軸承結合強度的超聲波無損檢驗
9 GB/T18327.2-2001 滑動軸承應用符号
10 GB/T18844-2002 滑動軸承損壞和外觀變化的術語、特征及原因
11 GB/T21466.3-2008 穩态條件下流體動壓徑向滑動軸承圓形滑動軸承第3部分:許用的運行參數
12 GB/T21466.1-2008 穩态條件下流體動壓徑向滑動軸承圓柱滑動軸承第1部分:計算過程
13 GB/T21466.2-2008 穩态條件下流體動壓徑向滑動軸承圓形滑動軸承第2部分:計算過程中所用函數
14 GB/T7308-2008 滑動軸承有法蘭或無法蘭薄壁軸瓦公差、結構要素和檢驗方法
15 GB/T10447-2008 滑動軸承半圓止推墊圈要素和公差
16 GB/T10446-2008 滑動軸承整圓止推墊圈尺寸和公差
17 GB/T2889.1-2008滑動軸承術語、定義和分類第1部分:設計、軸承材料及其性能
18 GB/T23893-2009 滑動軸承用熱塑性聚合物分類和标記
19 GB/T23895-2009 滑動軸承薄壁軸瓦質量保證縮小軸承間隙範圍的選擇裝配
20 GB/T18325.3-2009 滑動軸承軸承疲勞第3部分:金屬多層軸承材料平帶試驗
21 GB/T18325.2-2009 滑動軸承軸承疲勞第2部分:金屬軸承材料圓柱形試樣試驗
22 GB/T23896-2009 滑動軸承薄壁軸瓦質量保證設計階段的失效模式和效應分析(FMEA)
23 GB/T18325.4-2009 滑動軸承軸承疲勞第4部分:金屬多層軸承材料軸瓦試驗
24 GB/T23894-2009 滑動軸承銅合金鑲嵌固體潤滑軸承
25 GB/T23892.2-2009 滑動軸承穩态條件下流體動壓可傾瓦塊止推軸承第2部分:可傾瓦塊止推軸承的計算函數
26 GB/T23892.1-2009 滑動軸承穩态條件下流體動壓可傾瓦塊止推軸承第1部分:可傾瓦塊止推軸承的計算
27 GB/T23892.3-2009 滑動軸承穩态條件下流體動壓可傾瓦塊止推軸承第3部分:可傾瓦塊止推軸承計算的許用值
28 GB/T23891.1-2009 滑動軸承穩态條件下流體動壓瓦塊止推軸承第1部分:瓦塊止推軸承的計算
29 GB/T23891.2-2009 滑動軸承穩态條件下流體動壓瓦塊止推軸承第2部分:瓦塊止推軸承的計算函數
30 GB/T23891.3-2009 滑動軸承穩态條件下流體動壓瓦塊止推軸承第3部分:瓦塊止推軸承計算的許用值
31 GB/T2889.4-2011 滑動軸承術語、定義和分類第4部分:基本符号
32 GB/T27939-2011 滑動軸承幾何和材料質量特性的質量控制技術和檢驗
33 GB/T12613.6-2011 滑動軸承卷制軸套第6部分:内徑檢驗
34 GB/T27938-2011 滑動軸承止推墊圈失效損壞術語、外觀特征及原因
35 GB/T12613.1-2011 滑動軸承卷制軸套第1部分: 尺寸
36 GB/T12613.2-2011 滑動軸承卷制軸套第2部分: 外徑和内徑的檢測數據
37 GB/T12613.3-2011 滑動軸承卷制軸套第3部分:潤滑油孔、油槽和油穴
38 GB/T12613.4-2011 滑動軸承卷制軸套第4部分:材料
39 GB/T12613.5-2011 滑動軸承卷制軸套第5部分:外徑檢驗
40 GB/T12613.7-2011 滑動軸承卷制軸套第7部分:薄壁軸套壁厚測量
41 GB/T2688-2012 滑動軸承粉末冶金軸承技術條件
42 GB/T28278.1-2012 滑動軸承穩态條件下不帶回油槽流體靜壓徑向滑動軸承第1部分:不帶回油槽油潤滑徑向滑動軸承的計算
43 GB/T28279.1-2012 滑動軸承穩态條件下帶回油槽流體靜壓徑向滑動軸承第1部分:帶回油槽油潤滑徑向滑動軸承的計算
44 GB/T28279.2-2012 滑動軸承穩态條件下帶回油槽流體靜壓徑向滑動軸承第2部分:帶回油槽油潤滑徑向滑動軸承計算的特性值
45 GB/T28278.2-2012 滑動軸承穩态條件下不帶回油槽流體靜壓徑向滑動軸承第2部分:不帶回油槽油潤滑徑向滑動軸承計算的特性值
46 GB/T28280-2012 滑動軸承質量特性機器能力及過程能力的計算
47 GB/T28281-2012 滑動軸承質量特性統計過程控制(SPC)
48 GB/T10445-1989 滑動軸承整體軸套的軸徑
49 GB/T12948-1991 滑動軸承雙金屬結合強度破壞性試驗方法
50 GB/T12949-1991 滑動軸承覆有減摩塑料層的雙金屬軸套