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轴瓦的材料与轴瓦的刮瓦要求

发布时间:2021年8月7日上午8:23

轴瓦是滑动轴承中的重要零件,是滑动轴承和轴颈接触的部分。轴瓦的结构设计是否合理对轴承性能影响很大。形状为瓦状的半圆柱面,非常光滑,一般用青铜、减摩合金等耐磨材料制成,在特殊情况下,可以用木材、工程塑料或橡胶制成。有时为了节省贵重材料或结构需要,常在轴瓦的内表面上浇注或轧制一层轴承合金,称为轴承衬。轴瓦应具有一定的强度和刚度,在轴承中定位可靠,便于输入润滑剂,容易散热,并且装拆、调整方便。

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以将其烧坏。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。

轴瓦的形式和构造

常用的轴瓦有整体式和对开式两种结构。整体式轴瓦按材料及制法不同,分为整体轴套和单层、双层或多层材料的卷制轴套。非金属整体式轴瓦既可以是整体非金属轴套,也可以是在钢套上镶衬非金属材料。

对开式轴瓦有厚壁轴瓦和薄壁轴瓦之分。厚壁轴瓦用铸造方法制造,内表面可附有轴承衬,常将轴承合金用离心铸造法浇注在铸铁、钢或青铜轴瓦的内表面上。为使轴承合金和轴瓦贴附得好,常在轴瓦内表面上制出各种形式的榫头、凹沟或螺纹。

薄壁轴瓦由于能用双金属板连续轧制等新工艺进行大量生产,故质量稳定,成本低,但轴瓦刚性小,装配时不再修刮轴瓦内圆表面,轴瓦受力后,其形状完全取决于轴承座的形状,因此,轴瓦和轴承座均需精密加工。薄壁轴瓦在汽车发动机、柴油机上得到广泛的应用。

轴瓦的定位

轴瓦和轴承座不允许有相对移动。为了防止轴瓦移动,可将其两端做出凸缘来作轴向定位,也可以用紧定螺钉或销钉将其固定在轴承座上,或在轴瓦剖分面上冲出定位唇以供定位用。

为了把润滑油导入整个摩擦面间,轴瓦或轴颈上须开设油孔或油槽。对于液体动压径向轴承,有轴向油槽和周向油槽两种形式可供选择。

轴向油槽分为单轴向油槽和双轴向油槽。对于整体式径向轴承,轴颈单向旋转时,荷载方向变化不大,单轴向油槽最好开设在最大油膜厚度位置,以保证润滑油从压力最小的地方输入轴承。

对开式径向轴承,常把轴向油槽开设轴承剖分面处(剖分面与荷载作用线成90°),如果轴颈双向旋转,可在轴承剖分面上开设双轴向油槽,通常轴向油槽应较轴承宽度稍短,以便在轴承两端留出封油面,防止润滑油从端部大量流失。

周向油槽适用于载荷方向变动范围超出180°的场合,它常设在轴承宽度中部,把轴承分为两个独立部分;当宽度相同时,设有周向油槽轴承的承载能力低于设有轴向油槽的轴承。对于不完全液体润滑径向轴承,常用油槽形状见图,设计时,可以将油槽从非承载区延伸到承载区。

轴瓦的材料

轴瓦的材料的特点是:摩擦系数小、有足够的疲劳强度、良好的跑合性和良好的耐腐蚀性。常用的轴瓦材料有轴承合金(巴氏合金)、铜合金、粉末冶金以及灰铸铁和耐磨铸铁等。

无润滑轴承轴瓦材料主要有聚合物、碳石墨和特种陶瓷三大类。

聚合物

聚合物又称有机高分子材料、工程塑料。常用的材料有酚醛树脂、尼龙、聚四氟乙烯(PTFE)等。用塑料(如PTFE)制作的无润滑轴承能抗强酸弱碱,嵌入型、减磨性和耐磨性都较好。将聚四氟乙烯片材冲压成唇型密封圈、轴瓦、活塞环和垫片等应用于带式输送机、打字机、缝纫机、电唱机唱盘、水泵、纺织机械和农业机械等设备上。

聚合物具有质轻、绝缘、减摩、耐磨、自润滑、耐腐蚀、成型工艺简单、生产效率高等特点。和金属材料比较,它们的摩擦学性能对环境温度和湿度敏感、与粘弹性有关的特性显著,因而轴瓦与轴颈的间隙较大。又因其机械强度低、弹性模量小,对润滑油的吸附性差,而限制了轴瓦的工作转速和压力值。

碳-石墨

碳-石墨材料的轴瓦可在苛刻环境中使用。其中石墨含量愈多,材料愈软,摩擦系数愈小。

碳石墨一般导电性好、耐热、耐磨、有自润滑性、高温稳定性好,耐化学腐蚀能力强,热导率比聚合物高,线胀系数小。在大气和室温条件下与镀铬表面的摩擦因数和磨损率都很低。其滋润性和减磨性取决于吸附的水蒸气量,但在湿度很低时会丧失润滑性。涂覆耐磨涂层能提高碳石墨的耐磨性。碳-石墨还可以作水润滑的轴瓦材料。

石墨不但可作固体润滑剂,可加入树脂、金属、陶瓷等材料中,增加这些材料的减摩性,还可直接作为摩擦副材料使用,如制作造纸、木材加工、纺织、食品等忌油场所的轴承,高温滑动轴承,密封圈,活塞环,刮片等。 机械工程用碳石墨材料的”类”代表符号为M,有4个系列:碳石墨材料、电化石墨材料、树脂碳复合材料和金属石墨材料。

陶瓷

陶瓷是以无机非金属天然矿物或人造化合物为原料,经粉碎、成形和高温烧结而成的,由无数无机非金属小晶体和玻璃相组成的非金属材料。以无机非金属天然矿物,如粘土、长石、石英等为原料制成的是传统陶瓷;以人造化合物为原材料制成的是特种陶瓷。机械工程采用的陶瓷一般是以氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化铅、氧化钛、碳化硅、碳化硼、氮化硅、氮化硼等人造化合物为原料制作的特种陶瓷。

陶瓷的性能在很大程度上决定于它们的显微结构,包括晶粒尺寸和分布,玻璃相的成分和含量,杂质的性质、含量和分布。而显微结构又由原料、组成和制造工艺所决定。陶瓷的共同特性是硬度和抗压强度高、耐高温、耐磨、抗氧化、耐腐蚀性好、质脆、不耐冲击和无延展性。

陶瓷是一种较新的无润滑轴承的轴瓦材料,特别是SiC和Si3N4,它们的强度、耐热性和耐蚀性都很好,摩擦学性能也很好。

轴瓦的刮瓦

轴瓦是直接支撑轴的。当轴在轴瓦内旋转时,由于摩擦力的原因,必然要产生热量。如果轴和轴瓦的接触面不良好接触是保证在某几个小点或某一块面积上,这样破坏了油膜,该处所受的压力所产生的摩擦力必然比接触均匀的地方大得多,因而在运转时,发出的热量就大,轴承温度就必然高。

相反,如果轴和轴瓦接触的很好,各处受力均匀摩擦面油膜完整,运转时,虽然也发出热量,但热量较小,而且分布在整个轴承上,这部分热量很容易散失,因此轴承不会产生高热。

为了保证轴和轴瓦能很好的接触,对轴瓦要进行细致的刮研。刮瓦一般先刮下瓦(因下瓦是受压的)后刮上瓦。刮瓦要在设备精评以后进行。首先在轴颈上涂一层薄薄的红铅油,然后盘动轴使轴在轴瓦内正反各转一周,使瓦与轴颈摩擦后,将轴吊起,结果在瓦面较高的地方。

在刮削时,每刮一遍应改变一次方向,使刮痕之间成60°90°交角。继续数次接触点逐渐增加,最后色斑均匀分布,达到规定的标准为止。一般下瓦与轴成60°90°的接触角,在此范围内,接触点应该中间密,两边逐渐变疏,不应该使接触面与非接触面间间有明显的界限。

接触角还不能过大或过小,当角度过大会影响润滑油膜的形成,因而得不到良好的润滑,轴瓦会很快磨损,若角度过小,则增加轴瓦的压强,这样也会增加轴瓦磨损。在刮下瓦的同时,还要找正轴的水平度。轴和瓦的接触点要求规定:

重负荷和高速运转设备:每平方厘米3-4点;

中等负荷运转设备:每平方厘米2-3点;

+低速运转设备:每平方厘米1-2点;

上瓦的刮研法与下瓦相同,在瓦上着色时,一定要装上轴,将轴承盖用螺丝紧固好,并撤掉瓦口上的垫片,保证上瓦能够很好的与轴颈接触。