材料工程设计第6讲

1、第第6 6讲讲 滑动轴承的工作条件及材料选用滑动轴承的工作条件及材料选用1.1.滑动轴承的工作条件滑动轴承的工作条件2.2.滑动轴承的类型滑动轴承的类型3.3.滑动轴承的失效形式及对材料的要求滑动轴承的失效形式及对材料的要求4.4.滑动轴承的常用材料及其选用滑动轴承的常用材料及其选用1.滑动轴承的工作条件滑动轴承是指支承轴颈和其他转动或摆动零件的支承件。它是由轴承体和轴瓦两部分构成的。轴瓦可以直接由耐磨合金制成，也可在钢背上浇铸(或轧制)一层耐磨合金内衬制成。用来制造轴瓦及其内衬的合金，称为轴承合金。当机器不运转时，轴停放在轴承上，对轴承施以压力。当轴高速旋转运动时，轴对轴承施以周期性交变载荷

2、，有时还伴有冲击。滑动轴承的基本作用，就是将轴准确地定位，并在载荷作用下支承轴颈而不破坏。l 当滑动轴承工作时，轴和轴承不可避免地会产摩擦，为此，在轴承上常注入润滑油，以便在轴颈和轴承之间有一层润滑油膜相隔，进行理想的液体摩擦。实际上，轴承的摩擦系数 f f 与油的粘度、轴的转速和承受载荷有关。l如图所示，在低速和重载的情况下，润滑并不那么起作用，这时处于边界润滑状态。边界润滑意味着金属和金属直接接触的可能性存在，它会使磨损增加。当机器在起动、停车、空转和效荷变动时，也常出现这种边界润滑或半干摩擦甚至干摩擦状态。l只有在轴转动速度逐渐增加，当润滑油股建立起来之后，摩擦系数才逐渐下降，最后达到最

3、小值。如果轴转动速度进一步增加，摩擦系数又重新增大。2.滑动轴承的类型l滑动轴承按其承受载荷的方向，可分为径向滑动轴承径向滑动轴承（用于承受径向力或主要承受径向力）和推力滑动轴承推力滑动轴承（用于承受轴向力）。l根据滑动表面间摩擦状态的不同，可分为液体摩擦轴承液体摩擦轴承、非液体摩擦轴非液体摩擦轴承承（指滑动表面间处于边界润滑或混合润滑状态）和干摩擦轴承干摩擦轴承（或称无润滑轴承，指工作前和工作时不加润滑剂）。l根据液体润滑承载机理的不同，又可分为液体动力润滑轴承液体动力润滑轴承（简称液体动压轴承）和液体静压润滑轴承液体静压润滑轴承（简称液体静压轴承）。 l滑动轴承按其承受载荷方向的不同，分为

4、径向滑动轴承径向滑动轴承（用于承受径向载荷）和推力滑动轴承推力滑动轴承（用于承受轴向载荷）。l按其结构可分为整体式滑动轴承、对分式滑动轴承整体式滑动轴承、对分式滑动轴承和自动调心轴承自动调心轴承。3.滑动轴承的结构形式4.滑动轴承的特点 优点：l承载能力高l工作平稳、噪音低l径向尺寸小l精度高l液体润滑时，摩擦磨损较小l油膜有一定的吸振能力缺点：l非液体摩擦滑动轴承，摩擦力大，磨损严重l流体摩擦滑动轴承在起动、行车、载荷、转速比较大的情况下难于实现流体摩擦l流体摩擦、滑动轴承设计、制造、维护费用较高 5. 滑动轴承的主要失效形式与性能要求 l滑动轴承的主要失效形式为磨损、咬合和疲劳破坏。l滑动

5、轴承的材料性能要为：在一定的温度下，应具有足够的抗压强度和疲劳强度，以承受轴径施加的载荷。应具有减摩和耐磨性。即轴承合金与轴之间的摩擦系数要小，对轴的磨损量要小，使用寿命才能长。应具有一定的塑性和韧性，以承受冲击。应具有小的膨胀系数和良好的导热性，以便在产生摩擦热时，不致于咬合。应具有良好的磨合性。应具有良好的镶嵌性。以便硬颗粒嵌入合金中而不致于划伤轴颈的表面。轴承的制造要容易，成本要低廉。此外轴承合金应具有良好的顺应性、抗蚀性。要同时满足上述性能要求是很困难的，滑动轴承材料的研制或选用，要根据各种设备的具体工作条件，以满足其主要性能要求为原则。 6. 铜基轴承合金材料及选用 许多种类的铸造青

6、铜和铸造黄铜均可用于制造铀承合金，其中应用最多的为锡青铜和铅青铜。铜基轴承合金的主要优点是承载能力大，耐疲劳性能好，使用温度高。它的缺点主要是顺应性和嵌锻性较差，对轴颈的相对磨损较大。 7. 锡基轴承合金材料及选用 锡基轴承合金基体是塑性好的锑在锡中的固形体，且分布着脆性化合物SbSn硬质点和Cu2Sn针状格架。主要特点是靡擦系数小，对轴颈的磨损少，硬度低、顺应性和镶嵌性好，抗腐蚀性高，对钢背的粘着性好。它的主要缺点是抗疲劳强度较差，且随温度升高机械强度急剧下阵，最高运转温度一般应小于110C。8. 铅基轴承合金材料及选用铅基轴承合金的突出优点是成本低，高温强度好，亲油性好，有自润滑性，适用于

7、润滑较差的场合。但耐蚀性和导热性不如锡基轴承合金，对钢背的附着力也较差。9. 铝基轴承合金材料及选用 铝基轴承合金密度小，导热性好，疲劳强度高，价格低廉，广泛用于高速高负荷下工作朋轴承。 销基轴承合金按成分可分为铝锡系、铝锑系、锅石墨系三类。l铝锡系铝基轴承合金 它是以铝(6095)和锡(540)为主要成分的合金，其中以Al20Sn1Cu合金为常用。铝锡系铝基轴承合金具有疲劳强度高，耐热性、耐磨性和耐蚀性均良好等优点，因此被世界各国广泛采用，尤其是适用于高速、重载条件下工作的轴承。l铝锑系铝基轴承合金 其化学成分为：4%Sb,0.30.7%Mg，其余为Al。这种合金适用于载荷不超过20MPa，

8、滑动线速度不大于10m/s的工作条件下，与08钢板热轧成双金属轴承使用。l铝石墨系铝基轴承合金 铝石墨减摩材料是近些年发展起来的一种新型材料。基体可选用铝硅合拴(含硅量68)，合金中适宜的石墨含量为36。铝石墨减摩材料的摩擦系数与铝锡系轴承合金相近，由于石墨具有优良的自润滑作用和减摩作用以及耐高温性能，故该种减摩材料在干摩擦时，能具有自润滑的性能，特别是在高温恶劣条件下(工作温度达250c)，仍具由良好的性能。因此，铝石墨系减摩材料可用来制造活塞和机床主轴的轴瓦。10. 粉末冶金含油轴承 含油轴承在国内外的产量都很大，不少国家已有了自己的技术标准。我国在纺织机械、汽车、农机、冶金矿山机械等方面

9、已广泛使用含油轴承。 常用的含油轴承有铁石墨(Fe-C系)和钢石墨(Cu-C系)两大类。铁石墨含油轴承按孔隙度和使用负荷大致可分为三种：孔隙度为1522，用于中等或较高负荷，高转速，有时可采用补充润滑；孔浓度为2228%，用于中等负荷，中等转速;，孔隙度为2835，用于低负荷，低转速，不需进行补充润滑。粉末冶金含油轴承与巴氏合金、铜基合金相比，具有减摩性能好，寿命高，成本低，效率高等优点，特别是它具有自润滑性。11. 其他滑动轴承材料 l多层滑动轴承合金是一种复合减摩材料。它是综合了各种减摩材料的优点，弥补其单一合金的不足，从而组成二层或三层减摩合金材料，以满足现代机器高速、重载、大批量生产的要求，达到提高质量层和降低成本的目的。例如，将锡锑合金、铅锑合金、铜铅合金、铝基合金等之一与低碳钢带一起轧制（或采用离心法铸造）复合而成双金属减摩材料。为了进一步改善顺应性、嵌镶性及耐蚀性，可在减摩合金表面上再镀上(或浇铸、浸涂、刷镀)一层质软且薄的镀层，这就构成了具有更好减摩性及耐磨性的三层减磨材料。这种多层合金的特点都是利用增加钢背和减少减摩合金层的厚度以提商疲劳强度，采用镀层来提高表面性能。一般说来减摩合金层约在1m