石墨轴承的拓展

       轴承是机械工业中常用的一种滑动机件。石墨轴承是跟着机械设备的功能要求，在金属轴承的基础上开发并开展起来的炭质轴承。炭质轴承有不同于金属轴承的特性，如自光滑、耐高温、耐腐蚀、质轻等。跟着科学技能的开展，石墨轴承也得到了进一步的拓宽，制作出了青铜石墨含油轴承、镶嵌石墨轴承。为各种工况条件下的轴承挑选供给了更大空间，满意了不同技能条件的要求。别的，炭复合资料轴承因为它的可规划性和特有的资料功能将是今后轴承资料的开展方向。 
       从碳原子结构剖析石墨资料的光滑性。石墨资料本身就存在光滑功能，这是石墨的晶体结构所决议的。石墨的光滑功能除晶格的特定原因有先天可供光滑的结构外，便是水和空气对它的杰出光滑效果的发挥。水和空气的存在使石墨的作业面上吸附了水和气体分子，增大了石墨相互滑动的解理面间的距离，然后减弱了它们间的结合力。轴承有滚动轴承和滑动轴承之分，质料上又有金属、非金属、复合资料之别。石墨轴承多用于滑动轴承，滑动轴承又分为径向轴承和止推轴承。文中首要对炭石墨轴承、青铜石墨含油 轴承和镶嵌石墨轴承进行剖析。
       石墨轴承以石墨资料为首要基材，运用于食物、饮料、纺织、化工等工业部门中的运输机、干燥机、纺织机、潜水泵电机等轴承方面，这些部位如用油脂光滑剂不可避免会引起污染，而石墨轴承的自光滑性很强，耐腐蚀，可不运用光滑油而进行长时间作业。石墨轴承的磨损与载荷、温度和速度的平方成份额，当压力为0--0.49MPa时，各种质料的石墨轴承均能满意需要。为了进步制品的机械强度，特别是为了进步耐冲击韧性，常用一些耐磨功能好的易熔金属进行浸渍处理。浸锑石墨轴承答应的作业温度可达500摄氏度，锑与铜对磨时不易沾着，在大负荷和快速的情况下作业，其耐磨功能可进步2-3 倍。石墨资料的强度随温度升高而添加的趋势一直坚持到2600摄氏度左右，在高温时强度是室温的3倍。滑动轴承存在着两种冲突方式，即静冲突和动冲突，一般炭石墨轴承的静冲突比相同情况下的金属轴承要小一些。 
        一般炭石墨轴承在干作业情况下，动冲突系数在0.08-0.3之间，湿作业情况下因为存在着鸿沟光滑，所以动冲突系数一般在0.01-0.1范围内。在炭刷与换向器的冲突中，换向器外表可发生一层褐色、深紫色、浅兰色的薄膜，这层薄膜可起光滑过程中的维护效果。剖析可知，这层薄膜首要由两部分组成，其一是与金属结合在一起的金属氧化膜和金属氢氧化物，称为氧化薄膜。其二是炭素薄膜，在工作过程中的炭块上剥离下来的极其细小的炭、石墨粒子、炭块资料中所含的不纯物、空气中浮游的尘土以及被吸附的水分和氧所组成。由此可见，维护膜的形成可起更好的光滑效果，但也离不开水分和氧的环境。
       滑动轴承具有一般机械零件之间滑动接触的特征。除冲突、磨损发热外，还要有必定的机械强度。虽然可对石墨轴承资料进行浸渍处理以增强其机械强度、抗冲击性，但在较大的载荷条件下，往往仍达不到所要求的机械强度，然后人们开始用粉末冶金办法制作青铜石墨含油轴承。
       青铜石墨含油轴承选用粉末冶金法制作，在坚持原有石墨轴承的首要特征外，添加了机械强度。自承重轴承一般运用铅青铜或锡青铜/石墨基。铜/铅/石墨轴承本领极高的转速。铅锡铜首要用来组成铅、锡青铜，以添加制品的机械强度。参加过量的锡和铅是不必要的， 一般参加量在5%--10%(分量)范围，过量的铅、锡将明显下降制品的机械强度。粉末冶金法制作青铜石墨含油轴承选用铜粉/石墨粉，经混合、压型、烧结而成，选用呈树状结构的电解铜粉，其最大特点是经高温烧结之后能使轴承具有均匀的网体结构和开放性孔穴。光滑油可充满轴承所有孔穴，并和轴承中的固体光滑剂--石墨形成光滑功能很高的石墨胶体光滑剂。当机械作业时，轴承因冲突升温而胀大导致孔穴容积缩小，加之光滑油亦因受热胀大而溢出，起到了对轴与轴承间光滑效果。当停止作业后，温度下降孔穴和光滑油康复本来状况，油便被从头吸入孔穴，然后形成了主动光滑现象。在如果油量不足的情况下，石墨也能够单独地担当起光滑效果，仍可坚持轴承有较低的冲突系数和较好的耐磨功能。跟着 轴承载荷要求的进一步进步，青铜石墨含油轴承也难达到要求，随后人们又开发出了镶嵌石墨轴承。
       镶嵌石墨轴承的制作是以金属资料为基体，它的机械强度根本取决于选用的金属质料的机械功能，石墨作为一种固体光滑资料镶嵌在轴承的冲突面金属基体上，用于轴承作业状况下的光滑资料，但石墨也有含油效果。石墨的镶嵌可采取二种办法，一种是熔融金属液浇铸法，另一种是在金属基材上先按照必定的摆放办法加工一些孔洞，然后将固体光滑剂嵌入其间，镶嵌石墨轴承的抗压强度、抗折强度、热胀大系数一般取决于基体金属质料。但镶嵌石墨轴承的强度大大进步，可在重载荷下工作。石墨轴承-规划与制作石墨轴承炭资料结构的多样性来源于炭/炭原子间化学键合的多样性，由此也供给了炭资料的可规划性。
       石墨轴承因为它的出产工艺和原资料的可规划性为规划与制作供给了必定空间，然后可制作出功能各异，适用于多种技能条件和运用环境的石墨轴承。PV 值是轴承规划时的重要参数 PV=P.V，P--单位面积载荷压力，MPa;，V--轴的线速度,m/s。PV 值超过各种资料的极限值时，就会引起异常的升温文磨损，一般规划要留有余量，参阅 PV 值应在极限值的50%--70%。
      在实际作业中，轴承的作业因环境不同又有干作业和湿作业之分。在干作业的情况下，石墨轴承答应的最大载荷遭到轴承的强度和答应的磨损速率的束缚。其答应的最大线速度则遭到轴承冲突面上所发生热量的束缚。而磨损速率又遭到轴承质料、轴和轴承外表加工情况、载荷、速度及周围介质等条件的影响。在干作业的情况下，轴承答应的PV 值还直接遭到轴承质料的影响，在高温下答应PV 的值有必要比低温时要小得多。当轴承浸在液体里或者是液体所喷溅的情况下(湿作业)，其冲突和磨损可大大下降。加之液体能够协助逸散因冲突而发生的热量，这样就大大进步石墨轴承答应的PV 值，在实际条件下湿作业答应的PV 值或许较干作业时高出近百倍。
    石墨轴承规划品种有圆柱形、圆柱代凸缘形、圆形、特别结构，但从石墨轴承的强度考虑，炭轴承的厚度有必要比金属轴承大，厚度以内径的1/5-1/7最合适，最小限度为3mm 以上，轴承的长度是内径的2倍以上。轴承作业时温度将会升高，作业空隙，可依据轴和轴承的热胀大来决议，一般是轴径0.3%左右。炭石墨轴承的制作工艺与其他炭制品大致相同，根本工艺过程包括:质料的挑选、质料的预处理、质料的破碎、筛分分级、颗粒状与粉状资料的配料、粘结剂的挑选、混匀、混捏、辊 压、磨粉压制成型、焙烧、人造石墨制品还须石墨化处理，浸渍、机械加工等，部分石墨轴承为了添加机械强度和抗冲击性，还需金属(如锑、铜、铅等)浸渍，最终达到所要求的技能功能，再进行机械加工成所要求的几何尺度。
      青铜石墨含油轴承的出产用粉末冶金办法，新式青铜石墨含油轴承为了添加轴承的载荷，参加了铁粉，详细制法是选用粒径小于175um的青铜合金粉末和粒径小于85um的铁粉，参加少数火油或机油制成混合物，再添加适量小于75um 鳞片状石墨粉、二硫化钼等，经混合后选用冷压制取坯料，并在780-895的温度下烧结而成。其他青铜石墨含油轴承制作工艺与以上工艺大致相同，挑选粉料、混合、压形、烧结、整型。一般青铜石墨含油轴承首要参数: 假比重5.5g/cm3--6.0g/cm3，径向损坏强度一般不小于2.5N，体积浸油率20号机油不小于 15%。
    镶嵌石墨轴承有两种制作办法。一是浇铸法，将已加工好几何尺度的石墨滑块按规划散布在浇铸模中后，用熔融金属液浇铸而成，后经机械加工达到所需尺度。二是在金属基材上，按照必定的摆放办法，先加工一些孔洞，然后将以石墨、MoS2及粘结剂按必定比率均匀混合制成光滑剂，固化在孔洞中，经加工后达到所要求尺度，镶嵌石墨轴承的抗压强度、热胀大系数，一般取决于金属质料。例如M551 镶嵌石墨轴承载荷50MPa，运用温度500C，PV 5MPa.m/s，适用于低转速/重载场合，对粉尘污染等恶劣环境适应性强。
    综上所述，对炭/石墨轴承进行了扼要研讨与剖析，由此证明了炭/石墨轴承的优秀特性，针对不同条件下特别光滑要求，可研讨制作出功能各异适合各种条件的滑动石墨轴承。现在在食物、纺织、印染、化工工业中的输送机轴承、离心泵轴承、潜水泵轴承、齿轮轴承和汽车、航空、农业机械等方面都不同程度地得到了运用。此外，对其他适用场合也作了开始讨论。如用于自行车的石墨轴承也有待于开发。中国是个自行车大国，开发自行车用石墨轴承将是一个巨大的潜在商场。试想自行车中轴、叉架、脚 蹬等处滑动轴承都是线速度要求不高、平常又很少加光滑油的滑动处。这些轴承(滑动件) 大都是标准件，很适合大批量出产，如此还可大大下降出产本钱。再有照相机用滑动轴承，照相机的传动部件禁绝经常充注光滑油，选用石墨轴承是理想的资料之一。
    除直接开发石墨轴承外，利用石墨的光滑性、多孔石墨的储油性等特点制作滚动轴承球架给轴承供给杰出的光滑质，由此可确保长时间为轴承光滑，这也是开发石墨光滑的一个思路。再者，可在炭资料的改性方面作进一步的研讨，开发拓宽一些新资料。如选用碳合金法，对炭质资料的外表和本体进行化学改性，其结果必将影响所得资料的结构和功能，极有或许创始出新的功能资料用于光滑石墨轴承的制作。再如炭化硅轴承的研讨，它有较强的硬度、耐高温等特性，但本钱很高还没能推广。用粉末冶金法这一传统办法制作轴承，如能进一步进步抗压强度和精度也是有较大开展的。
    炭石墨轴承有着强大的生命力。在石墨轴承开发的同时再研讨插层石墨、石墨涂层轴承等新技能，扩大其研讨与运用领域，石墨轴承将在今后得到更大、更广、更新的开展。 非液体冲突滑动轴承的规划核算 不彻底液体冲突滑动轴承，是指处在混合冲突和鸿沟冲突状况的轴承。例如速 度较低，载荷不大的轴承，均按非液体冲突滑动轴承规划。
 一、不彻底液体冲突滑动轴承作业能力原则失效和原则
    实践证明滑动轴承的首要失效方式为磨损和胶合，如果在两冲突面间有一层油膜，就能够避免失效，所以核算原则就应是确保两冲突面间的吸附膜不损坏，而油膜的损坏与其机械强度和决裂温度有关，因为影响因素很多，只能选用简化的条件性核算。
 二、不彻底液体冲突滑动轴承规划核算 
     l.已知条件:在轴的结构规划之后进行 
       (l)用途、工况:轴的载荷，轴的转速 
       (2)轴的直径d， 
     2.规划过程
       (l)依据作业条件和运用要求挑选轴承结构方式
       (2)选取轴瓦的资料 
       (3)选取轴瓦的宽度，依据宽径比 =B/d=1-1.5，轴的刚度大，轴距小取较大值 
       (4)验算轴承的作业能力
        A.向心轴承 
         a.验算比压P 式中:[p]--轴瓦资料的许用比压，表12-2、表12-3 d--轴颈直径B--轴承宽度束缚p是为确保油膜不被损坏，以确保光滑削减磨损 
         b.核算pv fpv--表示单位承压上面积上的冲突功，它转化为热量 fpv，Δ t，cst油膜愈易损坏束缚[pv]便是避免油温超过油膜损坏温度导致油膜损坏。避免胶合，束缚部分p’p’v[pv] 式中[pv][v]见表12-2、表12-3 
        B.推力滑动轴承 
        a.验算比压式中:pa--轴向载荷 Z--支承面数目环数 K--考虑油槽使支承面削减的系数 K=0.90-0.95 [p]--许用比压，适用性，Z＞l 时，表中值下降5%。
        b.验算pvm pvm[pv] 式中:Vm---均匀速度 
       (5)挑选轴承配合， 精度配合符号H7/f7齿轮减速箱，蜗杆减速箱H7/E7内燃机凸轮轴，机车曲轴液体光滑的动压轴承在起动和泊车时，也处于混合冲突光滑状况，所以规划时也应进行上述核算  
非液体冲突滑动轴承的规划 
一、失效方式和规划束缚条件
     非液体冲突滑动轴承作业时，因其冲突外表不能被光滑油彻底隔开，只能形成鸿沟油膜，存在部分金属外表的直接接触。因而，轴承作业外表的磨损和因鸿沟油膜的决裂导致的作业外表胶合或烧瓦是其首要失效方式。规划时，束缚条件是:维持鸿沟油膜不遭决裂。但因为鸿沟油膜的强度和决裂温度的影响机理没有彻底开清，现在的规划核算依然只能是直接的、条件性的，
其相应的规划束缚条 件如下所述。：
     1、束缚轴承的均匀压强 束缚轴承均匀压强 ，以确保光滑油不被过大的压力所挤出，避免作业外表的过度磨损，即: (MPa)径向轴承:(MPa)为轴承宽度(mm)[p]为轴瓦资料许用值。推力轴承: (MPa)为轴向载荷(N);d、d0为接触面积的外径和内径(mm);时，考虑到多环推力轴承各环间的载荷散布不均匀，应把许用值下降50%。 
     2、束缚轴承pv因为值与冲突功率损耗成正比，它表征了轴承的发热因素。束缚 (MPam/s)关于径向轴承: (MPam/s)  关于推力轴承: 上式 应取均匀线速度，即为轴的转速(r/min);[pv]-轴瓦资料的许用值。考虑到推力轴承选用均匀速度核算，[pv]值应 中的值有更大的下降，一般钢轴颈对金属轴瓦时，可取[pv]=2~4MPa.m/s。
      3、束缚轴承滑动速度v当压强较小时，即便都在许用范围内，也或许因滑动速度过大而加重磨损。
二、规划办法 
      1、挑选轴承的结构方式及资料。 
    规划时，一般依据已知的轴径 、转速和轴承载荷及运用要求，确认轴承的结构型式及轴瓦结构。
      2、开始确认轴承的根本尺度参数。 
      是轴承的重要参数，可参阅推荐值，依据已知轴径定轴承长度及相关的轴承座外形尺度，并按不同的运用和旋转精度要求，合理挑选轴承的配合，以确保轴承具有必定的空隙。
      3、校核是否满意束缚条件，不然再规划。对轴承进行校核核算，若不满意束缚条件，则进行再规划。一般，能满意束缚条件的计划不是仅有的，规划时，应开始确认数种可行的计划，经剖析、评价，然后，确认出一种较好的规划计划。

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