轴瓦的材料和结构介绍

GuangzhouAndaAutomobileParts目录滑动轴承简介Slidebearingintroduction滑动轴承的主要类型Variouskindsofslidebearing运动特点motion轴瓦的形式和结构bearingformandstructure轴承材料bearingmaterial轴瓦结构要素的作用与要求bearingstructurefunctionandstrict滑动轴承常见失效形式结构设计应注意问题思考题GuangzhouAndaAutomobileParts滑动轴承简介滑动轴承（Slidingbearing），在滑动摩擦下工作的轴承。滑动轴承工作平稳、可靠、无噪声。在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，还可以大大减小摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力。轴被轴承支承的部分称为轴颈，与轴颈相配的零件称为轴瓦。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上电镀的减摩材料层称为轴承衬（减磨层）。轴瓦和轴承衬的材料统称为滑动轴承材料。滑动轴承应用场合一般在低速重载工况条件下，或者是维护保养及加注润滑油困难的运转部位。GuangzhouAndaAutomobileParts滑动轴承的主要类型根据轴承中摩擦的性质，可分为滑动轴承和滚动轴承。根据能承受载荷的方向，可分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承。(或称为径向轴承、止推轴承、径向止推轴承）。根据润滑状态，滑动轴承可分为：1)不完全液体润滑滑动轴承。2)完全液体润滑滑动轴承。GuangzhouAndaAutomobileParts运动特点滑动轴承工作时，轴瓦与转轴之间要求有一层很薄的油膜起润滑作用。如果由于润滑不良，轴瓦与转轴之间就存在直接的摩擦，摩擦会产生很高的温度，虽然轴瓦是由于特殊的耐高温合金材料制成，但发生直接摩擦产生的高温仍然足于将其烧坏。轴瓦还可能由于负荷过大、温度过高、润滑油存在杂质或黏度异常等因素造成烧瓦。烧瓦后滑动轴承就损坏了。滑动轴承主要在以下场合使用：１．工作转速很高，如汽轮发电机。２．要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。３．承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。４．特重型的载荷，如水轮发电机。５．根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。６．在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。７．径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机。GuangzhouAndaAutomobileParts轴瓦的形式和结构径向滑动轴承的典型结构2按构造分类整体式对开式按加工分类铸造轧制按尺寸分类厚壁薄壁按材料分类单材料多材料需从轴端安装和拆卸，可修复性差。可以直接从轴的中部安装和拆卸，可修复。强度足够的材料可以直接作成轴瓦，如黄铜，灰铸铁。轴瓦衬强度不足，故采用多材料制作轴瓦。只适用于薄壁轴瓦，具有很高的生产率。节省材料，但刚度不足，故对轴承座孔的加工精度要求高。具有足够的强度和刚度，可降低对轴承座孔的加工精度要求。铸造工艺性好，单件、大批生产均可，适用于厚壁轴瓦。GuangzhouAndaAutomobileParts轴瓦的形式和结构径向滑动轴承的典型结构2滑动轴承的轴瓦结构2单材料、整体式厚壁铸造轴瓦多材料、整体式、薄壁轧制轴瓦多材料、对开式厚壁铸造轴瓦多材料、对开式薄壁轧制轴瓦GuangzhouAndaAutomobileParts轴承材料一、基本要求轴承材料是指在轴承结构中直接参与摩擦部分的材料，如轴瓦和轴承衬的材料。轴承材料性能应满足以下要求：◆减摩性：材料副具有较低的摩擦系数。◆耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。◆抗咬粘性：材料的耐热性与抗粘附性。◆摩擦顺应性：材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的能力。◆嵌入性：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨粒磨损的性能。◆此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性。◆磨合性：轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻合的表面形状和粗糙度的能力（或性质）。GuangzhouAndaAutomobileParts轴承材料酚醛树脂、尼龙、聚四氟乙烯等滑动轴承材料金属材料非金属材料轴承合金也称巴氏合金或白合金铜合金青铜、锡青铜、铅青铜、铝青铜黄铜铝基轴承合金铝锡合金铸铁灰铸铁、耐磨铸铁多孔质金属材料多孔质铁、多孔质青铜工程塑料碳一石墨电机电刷常用材料橡胶可用水作润滑剂木材应用于多粉尘条件下工作的轴承二、种类GuangzhouAndaAutomobileParts轴承材料三、目前公司常用材料:1.铝基合金：AlSn20Cu、AlSn12Si2.5Pb1.7、A20、AlSn6CuNi等。缺点：锡其合金的疲劳强度较低，轻载荷下使用。优点：锡基合金的材料抗咬合性能特别好，而且易于和钢背材料粘结，拥有较好的耐蚀性、顺应性、嵌藏性、相容性及亲油性。2.铜基合金：CuPb20Sn4、CuPb24Sn4、CuPb24Sn、AC21等缺点：1）材料的硬度较高，因此，顺应性、嵌藏性较差。2）合金中的铅易受润滑油中酸性物质的腐蚀，耐蚀性较差。3）价格较贵。优点：1）疲劳强度高，承载能力。2）抗压能力、耐高温能力强。3.工作表面镀层材料：PbSn10Cu2、PbSnCuIn、SnCu、PVD等。1）改善铜合金层材料表面的抗咬合性、嵌藏性、顺应性和抗蚀能力。2）基本要求：电镀前必须先镀Ni，厚度通常为0.001～0.003mm。GuangzhouAndaAutomobileParts轴瓦结构要素的作用与要求Notch定位唇SteelSurface钢背层AlloySurface合金层Groove油槽InsideChamper内倒角HoleInnerChamper油孔内倒角Hole油孔CrushHeight半径高OutsideChamper外倒角轴瓦结构要素示意图GuangzhouAndaAutomobileParts轴瓦结构要素的作用与要求▶轴瓦宽应为有效宽:全宽-(内倒角*2)▶内倒角/外倒角:去除毛刺1.直径与宽度为了保证轴承正常工作，需对轴承合金层材料如下计算：1）比压P2）工作表面线速度V轴颈工作表面线速度不得超过轴承合金层材料的极限线速度，即：（米/秒）[v]—材料的许用滑动速度3）发热指标PV：为保证轴承工作表面的摩擦发热量与轴瓦散热能力相平衡，轴承平均比压，与线速度V之间必须满足如下条件：▶有油槽，载荷能力约为2（L/2）3＝L3/4▶无油槽，载荷能力约为L3][19100100060pvBFndnBdFpv][pdBFpB—轴承宽度，mm（根据宽径比B/d确定）[p]—轴瓦材料的许用压力，MPa。][vvGuangzhouAndaAutomobileParts轴瓦结构要素的作用与要求▶中央壁厚：决定油膜厚度▶一次减薄厚度：因壳体变形，防止因轴颈与轴瓦的发生接触▶对口减薄厚度:防止因轴颈变形引起轴与轴瓦发生接触CapShiftShaftBearing2.厚度1）壁厚包括钢背厚度及合金层、Ni栅层及表面镀层厚度之和，即总厚度。2）合金厚度：合金层厚度越大，轴承耐疲劳性能越差，通常产品的合金厚度设定在0.2~0.5mm之间。3）轴瓦两对口处壁厚削薄由于轴瓦以很大过盈量装配于轴承座中，瓦口附近在压紧后产生径向内缩的趋势，为避免对口平面附近合金层发生早期磨损和咬轴现象，所采取的有效措施。GuangzhouAndaAutomobileParts轴瓦结构要素的作用与要求3.张开量轴瓦两对口平面和外圆面的两条交棱之间的距离与轴瓦名义外径之差，称之为弹张量。在正常的状态下，该值应始终为正值，以使轴瓦装入座孔后在座孔内产生径向的压应力而紧贴座孔。该值的选取如下表：座孔直径（轴径尺寸）最小弹开量弹量公差范围平瓦φ26～φ120（φ23～φ113）0.5（0.2）【1.5】φ120～φ170（φ113～φ163）0.75（0.5）【2.0】φ170～φ260（φ163～φ252）1.00（0.5）【2.5】φ260～φ320（φ252～φ310）1.50（1.0）【2.5】φ320～φ450（φ310～φ434）2.00（1.0）【3.0】φ450～φ8002.00（1.0）【4.0】φ800～φ12002.00（1.0）【4.0】止推轴瓦φ26～φ80（φ23～φ76）0.10.3φ80～φ110（φ76～φ105）0.10.4φ110～φ170（φ105～φ163）0.10.5φ170～φ320（φ163～φ310）0.30.7φ320以上0.51.0GuangzhouAndaAutomobileParts轴瓦结构要素的作用与要求4.定位唇◆目的：防止轴瓦相对于轴承座产生轴向和周向的相对移动,保证装配时位置的正确性。GuangzhouAndaAutomobileParts轴瓦结构要素的作用与要求5.油孔及油槽◆目的：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。◆形式：按油槽走向分——沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。按油槽数量分——单油槽、多油槽等。由于油孔、油槽会破坏工作表面及油膜压力的连续性，故开设油槽、油孔须遵守如下原则：1）保证润滑油及时到达工作表面，而不至于中途分枝流失。2）非特殊情况下，力求避免开设整圈环形油槽。通过壳体向曲轴和轴瓦内面提供润滑油的通路。GuangzhouAndaAutomobileParts轴瓦结构要素的作用与要求5.油孔及油槽(续)3）连杆轴瓦上片和主轴瓦下片由于负荷较重，尽量避免开设油孔及油槽。4）开设油孔、油槽的部位应与整个油道设计良好配合，防止油道中润滑油发生压力波动，这种波动是轴瓦产生气（穴）蚀的根源之一。5）油孔、油槽一定只能开设在轴瓦低负荷部位。6）油孔及油槽的边缘必须去尽锐边、毛刺、尖角，并应尽量形成圆滑过渡结构。▶把大量的油传达到主轴下瓦。▶提供给轴瓦内面润滑油BearingEngineOilinputShaftShaftHousingGuangzhouAndaAutomobileParts轴瓦结构要素的作用与要求6.半圆周长（半径高）轴瓦靠半圆周长过盈量固定在座孔内,它与座孔的配合靠过盈量产生径向压应力。过盈量的大小直接影响轴承的工作的可靠性，故需严格控制。过盈量太小或太大都将引起轴瓦失效（判定标准是Pr（接触应力）最小必须大于或于等10MPa）。半径高过小时：1）瓦背与座孔贴合不紧，热量不易传递。2）瓦背与座孔贴合面有可能产生缝隙。3）瓦背与座孔表面丧失“锁紧”能力。半径高过大时：轴瓦产生塑性变形、弹张量消失、配合压力反变小，其后果与过盈量不足相似。▶让轴瓦能够粘贴在壳体上，即使有负荷也不会产生轴瓦移动/动摇的情况。GuangzhouAndaAutomobileParts滑动轴承常见失效形式汽车用滑动轴承故障原因的平均比率故障原因清洁度（异物）润滑油供应不足安装误差对中不良超载比率／％38.311.115.98.16.0故障原因腐蚀制造精度低气蚀其它比率／％5.65.52.86.7滑动轴承常见失效形式有：1.瓦面腐蚀：光谱分析发现有色金属元素浓度异常；谱中出现了许多有色金属成分的亚微米级磨损颗粒；润滑油水分超标、酸值超标。2.轴颈表面腐蚀：光谱分析发现铁元素浓度异常，铁谱中有许多铁成分的亚微米颗粒，润滑油水分超标或酸值超标。3.轴颈表面拉伤:铁谱中有铁系切削磨粒或黑色氧化物颗粒，金属表面存在回火色。4.瓦背微动磨损:光谱分析发现铁浓度异常，铁谱中有许多铁成分亚微米磨损颗粒，润滑油水分及酸值异常。5.轴承表面拉伤：铁谱中发现有切削磨粒，磨粒成分为有色金属。6.瓦面剥落：铁谱中发现有许多大尺寸的疲劳剥落合金磨损颗粒、层状磨粒。7.轴承烧瓦：铁谱中有较多大尺寸的合金磨粒及黑色金属氧化物。GuangzhouAndaAutomobileParts结构设计应注意问题滑动轴承是面接触的，所以接触面间要保持一定的油膜，因此设计时应注意以下这几个问题：1、要使油膜能顺利地进入摩擦表面（保证一定的装配间隙）。2、油应从非承载面区进入轴承。3、不要使全环油槽开在轴承中部。4、