烧结含油轴承

烧结含油轴承
烧结含油轴承

烧结含油轴承

【作者】:渡边侊尚,韩凤麟

【机构】:早稻田大学 177-0045东京都练马区石神井台6174

【关键词】:粉末冶金;;烧结制品;;烧结含油轴承;;多孔性烧结轴承

【摘要】:烧结含油轴承的金属结构中含有众多的相互连通的开孔。轴承中的孔隙容积约为 10 %~ 4 0 %。这个孔隙容积可用来贮存流体润滑剂 ,流体润滑剂是在轴承的制造过程中含浸于其中的。在大多数应用中 ,是由轴承自身含的润滑剂进行润滑的。这份报告介绍了烧结含油轴承的概况和著者在烧结含油轴承方面近 5 0年的研究经历 ,并对烧结含油轴承的改进提出了一些建议。

【全文】:

1 绪言

积极利用烧结体的多孔性,使之含浸10%~40%(体积分数)润滑油,于自行

供油状态下使用的滑动轴承叫做烧结含油轴承。这种轴承发明于20世纪初,

以后逐渐得到了广泛应用,现在已成为汽车、家电、音响设备、办公设备、农

业机械、精密机械等各种工业制品发展不可或缺的一类基础零件。

著者从事这种烧结含油轴承的研究约50年,依据个人见解,首先介绍烧结

含油轴承概要。在叙述关于著者的研究经历之后,就改进这种轴承的性能提出

了一些建议。

2 烧结含油轴承概要

以金属粉末为主要原料,用粉末冶金法制作的烧结体,其本来就是多孔质

的,而且具有在制造过程中可较自由调节孔隙的数量、大小、形状及分布等技

术上的优点。因此,烧结含油轴承必定会得到广泛应用。图1示烧结青铜含油

轴承的孔隙结构例[1]。

烧结含油轴承虽出现于开创近代粉末冶金的19世纪末,其实用化却是在

1916年前后,由美国的E.G.Gilson实现的。之后,在20世纪30年代以工业制品的形态进行了调整,其时正值美国汽车工业发展期[2]。

在日本,1934年松川达夫博士也进行过研究,还少量地进行过生产。但正式开始生产却是在太平洋战争结束后的1950年之后[3]。

图2示日本的烧结含油轴承的生产实绩[4]。起初,1951年度的铜基含油轴承的年产量只有约22t。之后不久,开始生产铁基含油轴承。1960年,年产量急剧增加到了约1024t,支持了当时的家电制品与随后的汽车及电子机器等产业的发展。1990年度,烧结含油轴承的年产量达到了约9032t。

现在,烧结含油轴承的材质(按重量比),铁基的约占65%,铜基的约占35%,铝基及其它材质的极少。依据用途(按重量比),以汽车为主体的运输机械用约占41%,以家电制品为主体的电气机械用约占33%,以办公机械为主体的产业机械用约占21%,照相机、计量仪表等及其它用约占5%[5]。

其次,关于年产值。原料粉价格约为铜基含油轴承1/5的铁基含油轴承的产量(按重量)所占比例在增大,同时要求烧结制品整体的价格在降低,但如图2所示,产品合计产值的增长率与产品重量的增长率相比,每年却都在增大。这是由于含油轴承小型化,附加值增高所致。也就是说,烧结含油轴以前单件重量平均为5g以上,近年来,由于重约0.2g的微型马达用轴承的需要量增多,平均单件重量减小到1g以下。也就是说,现在烧结含油轴承大体上一年约生产10亿个,组装在我们身边的机器中,平均每人约使用10个烧结含油轴承。 1990年度以来,由于日本系粉末冶金企业外迁亚洲各国与美国等,日本国内的生产实绩趋于减少。1995年度的烧结含油轴承年产量为7504t,比1990年度约减少了1500t。可是,不要忽略了这些日本系粉末冶金企业的外迁企业

仍保持有1800t的年产量[6],这远远大于减少的量。这一两年,日本国内烧结含油轴承的生产实绩支持了与信息技术(IT)关联的机器和电子机器的顺利生产,其生产已出现恢复的倾向。因此可以说,日本的烧结含油轴承生产处于正常状态。

3 关于著者对烧结含油轴承研究的经历

3.1 关于制造的研究

在著者对粉末冶金诸项进行研究的约50年中,关于对烧结含油轴承研究的经历,如图3所示。这些研究起始于1952年著者赴任通商产业省工业技术院名古屋工业试验所(现在是独立行政法人产业技术总合研究所中部中心)。如2中所述,当时日本的烧结含油轴承只有铜基的,年产量22t左右,而其质量、性能和当时进口的美国产品相比,差距也都相当大。在这种情况下,这项研究的主要目的是确立我国(日本)烧结青铜含油轴承的制造基准[7]。

一般用粉末冶金法制作的烧结体,孔隙度增加常伴随着材料强度下降。因此,在制作烧结含油轴承时,依据使用的目的,应该使该烧结体具有怎样的孔隙度与材料强度?换言之,作为基准,应如何兼顾二者?烧结含油轴承终归是一种机械零件,因此,必须具备相应的材料强度。然而,这种功能特征是靠自供油的润滑作用才得以发挥作用的。因此,必须优先使产生自润滑作用的孔隙处于良好状态。著者认为,就烧结含油轴承的制造技术而言,首先应控制孔隙。

原料粉经压制成形、烧结等制造过程制成的烧结体,其孔隙必定是残留于粉末颗粒间的缝隙,因此,要想使烧结含油轴承中的孔隙成为适用的含油孔隙,还必须借助主原料粉的粒径、颗粒形状或成形压力等来调整粉末颗粒间产

生的缝隙形态,又要有适当的烧结条件,尽量保持其缝隙形态。但是,一般充填粒径相等的球状粉末时,其缝隙大小最大不会超过粒径的15%~40%[8]。因此,只采用上述手段,特别是,使孔隙在粗大侧进行改变相当困难。再者,例如,对于烧结金属过滤器等高多孔质烧结体,都是采取预先在原料粉中添加重碳酸铵、氢氧化亚铁或萘等增孔剂的特殊手段制作的[9]。但是,这些增孔剂都易分解或气化,在生产管理上容易产生麻烦。这就是为什么期望有适当的“控制孔隙的手段”的理由。

1952年,著者研究烧结青铜含油轴承的制造时,在探讨Cu 10%Sn混合粉压坯的烧结过程中,发现在锡粉的熔点232℃附近,精确地说,是在Sn

-0 7%Cu共晶点227℃,锡熔化,流出到铜粉颗粒间的缝隙中,从而在锡粉颗粒原位就形成了粗大孔隙[10]。总之,利用这种现象,可使仅只由粉末颗粒缝隙构成的微细孔隙结构变为含有依据锡粉粒径形成的粗大孔隙的混合孔隙结构,从而使对含油轴承孔隙结构的控制成为可能。另外,流向铜粉颗粒间缝隙的锡一侧的熔融共晶合金,随着烧结温度上升,一面反复地和周围的铜粉进行合金反应与生成液相,一面形成坚固的α青铜合金烧结骨架。著者将上述的Cu-Sn混合粉压坯在烧结过程中发生的,以锡粉为中心形成粗大孔隙的现象,称为锡粉“流出孔形成现象”(formationofmeltoffpores)[10]。

一般说来,这种流出孔形成现象起因于低熔点副成分粉的熔化,在Cu-Sn系以外的合金系统中,的确也存在这种现象。例如,在Cu-Pb、Fe-Sn、Fe-Ag、Fe-Cu以及Ni-Cu等系统中也都可观察到这种现象[11]。另外,即使是在副成分粉的熔点比主成分粉高的情况下,在两种粉末之

间,也可能形成比主成分粉熔点低的共晶合金,例如,在Al-Cu系统,也能观察到这种流出孔形成现象[12]。图4示Fe-Cu混合粉压坯内铜粉流出孔形成现象例[12]。

关于著者的研究经历,从1952年起在名古屋工业技术试验所工作约10年,其间进行了关于青铜[10,11,13]、Fe-Cu[11,14~17]的研究。从1961年转移到早稻田大学工作后,进行了关于Al-Cu的研究[12,18]等,主要是关于利用上述流出孔形成现象的烧结含油轴承方面的研究。

其次,从1965年开始,以磁带录音机等音响机器用的轴承为对象,研究低噪音青铜含油轴承[19~22]。特别是,为了减小运转时旋转轴的滑动噪音,例如,索性使在均一的α青铜合金基体上分散以微细孔隙,和将孔隙度降低到10%界限附近,从而制成了一种特殊的烧结含油轴承。总之,这种低噪音青铜轴承,和以能承受苛酷条件的、高孔隙度、高强度、长寿命的多用途轴承为目标的常用的烧结含油轴承相反,其使用条件较轻,好在依靠使滑动面的润滑油不枯竭,保持稳定的“流体润滑”摩擦,就能使之保持低噪音状态。也就是说,要牺牲一些从轴承体内的含油孔的供油作用,优先防止油膜压力由滑动面经孔隙向轴承内泄漏。换言之,即使是使烧结含油轴承的孔隙结构有所恶化,也要制作出新的适合于重点用途的特殊烧结含油轴承[23]。以后,这种轴承不仅用于音响设备,还广泛用于了其后急速发展的同时记录图象-声音的磁带录象机(VTR),可以说,这是日本独自取得的进展。

从1974年开始研究Fe-Pb-Cu烧结含油轴承[24~26]。探讨了将金属铅与作为固态润滑剂的石墨、二硫化钼等共同添加的效果。从1979年开始研究Fe-Sn-Cu烧结含油轴承[27~29],主要探讨了添加锡与铜作为铁

粉的烧结促进剂的效果。由于Fe-Sn-Cu合金和青铜烧结体一样可进行低温烧结,从而具有节能的效果。

3.2 关于运转性能的基础研究

从1981年到1995年退休,著者对运转性能进行了基础研究。为了说明烧结含油轴承的本质,著者又从头开始进行了以运转性能为中心的试验。

在3.1中叙述的著者对烧结含油轴承制造的各项研究中,为了制造,在进行冶金学研究的同时,往往还对这些轴承的运转性能进行了评价。关于评价运转性能的手段,因使用目的不同虽有多种多样,但基本上都是采用摩擦系数与温度上升值。尽量使它们的值低与稳定。

图5示在著者的各项研究中,以各合金系的典型烧结含油轴承试验件为对象,在运转稳定期间,摩擦系数与温度上升值和负载压力的关系曲线图

[1,30]。一般说来,和常时供油的一般致密青铜轴承相比,特别是在高负载压力下,任一种烧结含油轴承的摩擦系数与温度上升值都趋向于一起增大。可是这种增大的倾向,因烧结含油轴承的材质而有种种差异。

关于“滑动轴承”的摩擦,一般说来,当滑动面上润滑油充分时,为稳定的“流体润滑”摩擦;当滑动面上的润滑油枯竭,仅只有极薄的油膜存在时,则产生不稳定的“边界润滑”摩擦;当滑动面上的油膜消失时,轴与轴承材料之间会反复发生粘附-剪断,即所谓的“固体接触”摩擦。在常时供油状态的一般致密轴承,如图6所示,因轴的旋转和基于泵唧作用,润滑油从油杯进行供油。由于供油稍微滞后,因此,一面在间隙上部产生空洞,一面对滑动面供油。靠在滑动面产生的油压,使承受负载的回转轴上浮,以保持流体润滑。可是,由

于部分油压经轴承端面的间隙泄漏,负载愈大,轴与轴承就接近,因此,在部分滑动面上会变为边界润滑,进而在有些滑动面上会产生固体接触摩擦,致使摩擦系数与温度上升值增大。常时供油的一般致密轴承和各种烧结含油轴承相比,如图5所示,其摩擦系数与温度上升值一般说来都保持在低值水平。可是,当大于某一负载压力时,随着负载压力增高略有增大的倾向,这是油压泄漏所致。

在含油轴承的情况下,如图7所示,由于轴承体上部的含油孔变成了贮油器,因此,和常时供油的一般致密轴承相比,供油显得更加不足,间隙内的

空洞虽有进一步增大的倾向,但在滑动面上仍会同样地产生油压。可是,除和一般致密轴承一样,经轴承端面的间隙产生油压泄漏外,通过轴承体内下部的多孔质也会产生油压泄漏,所以,滑动面的油压将进一步减低。因此,轴与轴承就更接近,甚至在低负载压力下,也易产生边界润滑和固体接触摩擦,摩擦系数与温度上升值的水平就更易于增高。特别是由于固体接触摩擦取决于远比钢轴软的轴承材质的抗剪强度与硬度等[31],因此,受轴承材质的影响,在高负载压力下,各种烧结含油轴承的摩擦系数与温度上升值不但高,而且变化大。这就是说,对于烧结含油轴承的运转性能,不是仅有左右滑动面油膜状态的孔隙结构,轴承材质对之也有很大影响。

4 关于改进烧结含油轴承运转性能的建议

基于上述,兹就改进烧结含油轴承运转性能的途径建议如下。

4.1 关于控制轴承材料的孔隙组织

对于烧结含油轴承,首先应考虑的手段是,防止滑动面经由多孔质轴承体

产生油压泄漏,使滑动面尽量处于接近常时供油的一般致密轴承的流体润滑

的稳定摩擦状态。附带说明,流体润滑的摩擦系数,理论上和润滑油的粘性与滑动速度成正比,和轴径与轴承内径之差的1/2(即间隙)与负载压力成反比,

随着负载压力增高从无限大变为无限小。可是,通常实测值在0.01~0.1的范围[32]。

表示多孔质孔隙状态的参数之一是“透气性”,在理论上,“透气性”和

孔隙度与平均孔径的平方成正比[33]。一般地,成形压力愈低孔隙度愈高,原料粉颗粒径愈大,孔径就愈大。“透气性”大的含油轴承虽然供油能力好,但滑动面的油压泄漏也增大。因此,为了保持流体润滑,就必须减小“透气性”。增高成形压力虽可减低孔隙度,但含油轴承的含油量减少,这可能导致供油不足,使运转变得难以进行。另外一条途径是采用非常细的原料粉,以减小平均孔径和细化烧结体的孔隙结构,这不会降低含油轴承的含油量,但可减小“透气性”,应该能获得易保持流体润滑的轴承材料。

但是,现在,原料粉的微细化不但在制造与处理上受到限制,价格上也有

问题。因此,在3.1中介绍的无噪音烧结含油轴承仅只在某种程度上采用了微粒原料粉。一般地,依据经验,孔隙度最好不低于18%,由于增大成形压力,不得不将孔隙度减低到12%左右[20,34]。这只能期待今后的进展了。

4.2 关于控制轴承材料的合金组织

如3.2中所述,若含油轴承本质上难以避免边界润滑与固体接触摩擦,就需要考虑减小边界润滑与固体接触的摩擦系数值的有效途径。

首先,如3.2中所述,边界润滑摩擦是润滑油开始枯竭时,轴与轴承隔着滑动面上极薄的油膜发生的摩擦,其摩擦系数值是薄油膜的抗剪强度值,它一般地比金属的抗剪强度小一个数量级,在理论上,以其抗剪强度除以轴承材料基体的硬度来表示。通常,其实测值在0.012~0.024范围之内[35]。其次,关于固体接触摩擦,如3.2中所述,在轴与轴承间反复进行粘附与剪切时,其摩擦系数值在理论上可用轴承材料的抗剪强度除以基体硬度来表示,通常,其实测值相当高,为0.25~0.35[31]。

因此,作为减小这些摩擦系数的途径,应该注意摩擦系数值特别高的固体接触摩擦,选用抗剪强度低,而且不伤钢轴的硬度高的轴承材料,可以达到此目的。关于选择轴承材料有各种见解,诸如,在铁基合金之类硬质基体上分散以剪切强度低的较软的铜基合金,用具有这种复合组织的多孔质烧结材料作为轴承材料时,虽然,可以说是易增加产生固体接触摩擦的烧结含油轴承,但其摩擦系数值都减小了,轴承的平均摩擦系数也减小了,从而,和摩擦系数成比例的温度上升值也具有低的值。在著者对Fe-Cu烧结含油轴承的研究中,用铜粉配合量为13%~25%(质量分数)的,超过铜在γFe中的固溶度约9%的轴承试样确认了这种效果。[16,17]

4.3 关于添加固体润滑剂

像烧结摩擦材料与烧结集电材料一样,对于在金属间产生摩擦有烧接之虞的场合,都积极利用了石墨、二硫化钼或金属铅等固态润滑剂。对于烧结含油轴承,若将这些固态润滑剂分散于烧结体内,即使在滑动面油膜破坏的苛酷条件下,由于它们介在于滑动面之间,应能相当地缓和钢轴与轴承材料的固体

接触摩擦。这个方法很早就已被广为采用。

例如对于弥散有石墨粉的青铜轴承,利用和3.2与4.2中叙述的边界摩擦、固体摩擦情况相同的想法来求石墨部分的摩擦系数时,可用石墨的抗剪强度

除以青铜基体的硬度来表示。石墨的抗剪强度大体上为青铜的1/2[36],所以,其摩擦系数比边界润滑的摩擦系数高,但是固体接触摩擦系数的1/2左右,实测值为0.16[37]。因此,添加石墨与铅的青铜-石墨与Fe-Cu-Pb烧结含油轴承,如图5所示,在高负载压力下,其摩擦系数与温度上升值都增高不大。

但是,将固态润滑剂弥散于轴承压坯内时,在压坯的烧结过程中,会产生阻碍烧结的现象,致使烧结体的强度相当低。另外,在运转中,在滑动面磨耗的固态润滑材料会使润滑油混浊,增大润滑油的粘性。在低负载压力下,这可能反而会产生增高流体润滑的摩擦系数等副作用。因此,对固态润滑剂粉的粒度与配合量必须充分注意。

4.4 关于润滑油的油性

一般说来,在受流体润滑摩擦支配的,常时供油的一般致密轴承,其摩擦

系数取决于润滑油的粘性,可根据粘性-温度曲线来选择润滑油。然而,如上所述,在烧结含油轴承,由于处于不稳定的边界润滑与易于发生固体接触摩擦的状态,即使如此,也仅只是摩擦系数较小的边界润滑摩擦,难以变为摩擦系数

相当大的固体接触摩擦。总之,希望使用油性高的润滑油。为了增高润滑剂的油性,一般都添加具有易与金属化学结合的极性的高脂肪酸,诸如硬脂酸与油酸等油性促进剂。关于这些,当前正展显出大的进展[37]。因此,对于含油轴承,关于提高润滑油的油性,重新进行系统的研究是必要的。

5 结束语

总之,烧结含油轴承由于是多孔质的,自身含有油和具备供油能力,因此,具有不从外部供油可以使用的优点。另一方面,由于其是多孔质的,在运转时,难以保持稳定的流体润滑摩擦。因此,与常时供油的一般致密轴承相比,具有摩擦系数与温度上升值水平高的特性。所以,应在充分理解这类烧结含油轴承的优、缺点后,立足广阔视野,致力于其制造与使用的开发

粉末冶金含油轴承

粉末冶金含油轴承 来源:大连轴研科技有限公司https://www.360docs.net/doc/9c339855.html, ------------------------------------------------------------------------------- 含油轴承中用得最多的就是粉末冶金含油轴承,通过制备粉料,成型,烧结和禁制润滑油等主要工序制成的轴套叫做粉末冶金含油轴承 粉末冶金含油轴承的特点是:适于大批量生产,无需切削加工,节约材料,价格便宜,噪声比滚动轴承低,几乎可以不供润滑油,也可以通过轴套壁渗透供油,磨具费用高,不适于少量生产,机械强度较低,摩擦因数偏大 制造这种轴套的材料叫做粉末冶金减摩材料以铁为主,有时加入少量铜,以改善边界润滑性能,他的特点是强度高,价格便宜,但轴承摩擦性能较差,且会生锈,仅适用于低速场合,并且轴颈必须淬火,酮基粉末冶金减磨材料以青铜为主,加入质量分数为百分之六到百分之十的锡,少量的锌和铅 他的特点是不会生锈,在中速,轻载下轴承性能稳定,但价格较贵,铝基粉末冶金减磨材料开发较晚,它的特点是价格较低,强度适中,但耐磨性格抗胶合性较差 铁基和酮基粉末冶金减磨材料已制定了国家标准 参数选择 宽比径因为轴套两端的空隙度一般比中间部位小,故轴套不宜过窄, 压入过盈量应该用压力机将轴套压入轴承座,不许用锤击打,

轴套外径与轴承座孔应为过盈配合 选择轴承座孔径公差时,应使最大过盈不大于二倍平均过盈,最小过盈不小于平均过盈的二分之一 轴套压入轴承座后,轴套孔径会收缩变小,确定轴颈尺寸时,应考虑到该收缩量,轴套孔径收缩量与过盈量轴套内外径尺寸和孔隙度有关, 材料弹性较大,轴承座刚度较大时,需要按最大值计算孔径收缩量,反之,按较小值计算孔内收缩量

粉末冶金含油轴承的润滑解决方案

粉末冶金含油轴承的润滑解决方案 含油轴承产品的主要形状与种类:直筒型、法兰型、纯球型、带凸缘球型、中空型 不同类型粉末冶金“含油轴承”产品所能达到之精度: (一)直筒型 微小产品:外径D<Φ8 外径偏芯:0.02 端面偏芯:0.02较外偏更难控制 内径真圆度:0.002 圆柱度是极难控制的一项 普通产品:外径D>Φ8 外径和端面偏芯:0.03 内径真圆度0.003 以上,指为比较正常的规格,精度越高,成本越高,精度越低,成本不会有多大降低! 目前市场上做的较高精度的产品偏芯可达到“0.01”之内,再高精度的产品批量生产较困难! (二)法兰型

法兰型产品之精度控制应该比直筒型要困难一些,但就达到之精度来讲,可认为是一样的! 主要是法兰背面偏芯较难控制! 其内径精度一般可达到0.004甚至更小!外径尺寸精度可达到0.01的公差! (三)球形 球形产品尺寸要求精度各种各样,但就其能力来讲,要达到直筒形的精度是很难的! 球径公差:SΦ<6 可达到±0.03 对称度|X-Y|< 0.03 球偏芯可达到0.03 不完全球径精度一般要求在Φ(0/-0.1)规格内 经过二次整形可达±0.01 对于大的球产品,其精度公差要大一些! 球偏芯为0.05,球公差为±0.05,真圆度0.003,端面偏芯0.05 烧结金属含油轴承摩擦系数: 含油轴承一般含有10~30(体积分数)%的孔隙度,在孔隙内含浸有润滑油。在旋转过程中,由于“泵吸”作用,润滑油被吸入轴与轴承内径的间隙,供给到摩擦的部位。根据滑动轴承的功能可知,润滑油能够使轴产生一种浮上作用,这与常规轴承的情况完全相同。但是,与常规轴承相比,烧结含油轴承有以下特点: 1、由于该类轴承仅靠孔隙内的润滑油供油,因此容易发生供油量不足,在轴承内径的上部的间隙内就容易形成大的空洞; 2、间隙内的润滑油还可能通过孔隙而向多孔性轴承内泄漏,所以在轴承内径下部的摩擦部位就会有产生油压降低、油膜变薄的倾向,从而导致即使在较轻的载荷下也会发生在润滑区域产生边界润滑和固体接触摩擦的现象。 音象设备等高要求设备对烧结金属含油轴承所产生的噪音非常敏感。

粉末冶金含油轴承及相关工艺技术

粉末冶金含油轴承的特点 粉末冶金含油轴承具有适于大批量生产,无需切削加工,节约材料,价格便宜,噪声比滚动轴承低,几乎可以不供润滑油,也可以通过轴套壁渗透供油等特点。 1.适于大批量生产。 2.无需切削加工,节约材料,价格便宜。 3.噪声比滚动轴承低。 4.几乎可以不供润滑油,也可以通过轴套壁渗透供油。 5.模具费用高,不适于少量生产。 6.机械强度较低。 7.摩擦因数偏低。 制造这种轴套的材料叫做粉末冶金减磨材料。根据材质,粉末冶金减磨材料分为铁基、铜基和铝基三种。铁基粉末冶金减磨材料以铁为主,有时加入少量铜,以改善边界润滑性能。它的特点是强度高、价格便宜,但轴承摩擦性能较差,且会生锈,仅适用于低速场合,并且轴径必须淬火;铜基粉末冶金减磨材料以青铜为主,加入质量分数为6%~10%的锡、少量的锌和铅。它的特点是不会生锈,在中速、轻载下轴承性能稳定,但价格较贵;铝基粉末冶金减磨材料开发较晚,它的特点是价格较低、强度适中,但耐磨性和抗胶合性较差。 相关知识:什么是粉末冶金含油轴承? 含油轴承中用的最多的是粉末冶金含油轴承。通过制备粉料、成形、烧结和浸渍润滑油等主要工序制成的轴套叫做粉末冶金含油轴承。 粉末冶金含油轴承(含油轴承)是一类孔隙中含浸有润滑油的多孔性合金制品。当轴旋转时,因轴与含油轴承之间的摩擦使含油轴承的温度升高和泵吸作用。润滑油含渗出于含渗出于含油轴承之内径或外径的摩擦表面,当轴停止转动时。润滑油又回流于含油轴承内部。因此,润滑油的消耗量是非常的小,可在不从外部供给润滑油的情况下,长期运转使用。非常适合于供油困难与避免润滑油污染的场合。

什么是含油轴承? 含油轴承(oil-impregnated bearing; oil-retaining bearing; oilless bearing) 以金属粉末为主要原料,用粉末冶金法制作的烧结体,其本来就是多孔质的,而且具有在制造过程中可较自由调节孔隙的数量、大小、形状及分布等技术上的优点。利用烧结体的多孔性,使之含浸10%~40%(体积分数)润滑油,于自行供油状态下使用。运转时,轴承温度升高,由于油的膨胀系数比金属大,因而自动进入滑动表面以润滑轴承,停止工作时油又随温度下降被吸回孔隙。含油轴承具有成本低、能吸振、噪声小、在较长工作时间内不用加润滑油等特点,特别适用于不易润滑或不允许油脏污的工作环境。孔隙度是含油轴承的一个重要参数。在高速、轻载下工作的含油轴承要求含油量多,孔隙度宜高;在低速、载荷较大下工作的含油轴承要求强度高,孔隙度宜低。这种轴承发明于20世纪初,因其制造成本低、使用方便,得到了广泛应用,现在已成为汽车、家电、音响设备、办公设备、农业机械、精密机械等各种工业制品发展不可或缺的一类基础零件。 含油轴承分为铜基、铁基、铜铁基等。 粉末冶金的特点

烧结含油轴承

烧结含油轴承 【作者】:渡边侊尚,韩凤麟 【机构】:早稻田大学 177-0045东京都练马区石神井台6174 【关键词】:粉末冶金;;烧结制品;;烧结含油轴承;;多孔性烧结轴承 【摘要】:烧结含油轴承的金属结构中含有众多的相互连通的开孔。轴承中的孔隙容积约为 10 %~ 4 0 %。这个孔隙容积可用来贮存流体润滑剂 ,流体润滑剂是在轴承的制造过程中含浸于其中的。在大多数应用中 ,是由轴承自身含的润滑剂进行润滑的。这份报告介绍了烧结含油轴承的概况和著者在烧结含油轴承方面近 5 0年的研究经历 ,并对烧结含油轴承的改进提出了一些建议。 【全文】: 1 绪言 积极利用烧结体的多孔性,使之含浸10%~40%(体积分数)润滑油,于自行 供油状态下使用的滑动轴承叫做烧结含油轴承。这种轴承发明于20世纪初, 以后逐渐得到了广泛应用,现在已成为汽车、家电、音响设备、办公设备、农 业机械、精密机械等各种工业制品发展不可或缺的一类基础零件。 著者从事这种烧结含油轴承的研究约50年,依据个人见解,首先介绍烧结 含油轴承概要。在叙述关于著者的研究经历之后,就改进这种轴承的性能提出 了一些建议。 2 烧结含油轴承概要 以金属粉末为主要原料,用粉末冶金法制作的烧结体,其本来就是多孔质 的,而且具有在制造过程中可较自由调节孔隙的数量、大小、形状及分布等技 术上的优点。因此,烧结含油轴承必定会得到广泛应用。图1示烧结青铜含油 轴承的孔隙结构例[1]。 烧结含油轴承虽出现于开创近代粉末冶金的19世纪末,其实用化却是在

1916年前后,由美国的E.G.Gilson实现的。之后,在20世纪30年代以工业制品的形态进行了调整,其时正值美国汽车工业发展期[2]。 在日本,1934年松川达夫博士也进行过研究,还少量地进行过生产。但正式开始生产却是在太平洋战争结束后的1950年之后[3]。 图2示日本的烧结含油轴承的生产实绩[4]。起初,1951年度的铜基含油轴承的年产量只有约22t。之后不久,开始生产铁基含油轴承。1960年,年产量急剧增加到了约1024t,支持了当时的家电制品与随后的汽车及电子机器等产业的发展。1990年度,烧结含油轴承的年产量达到了约9032t。 现在,烧结含油轴承的材质(按重量比),铁基的约占65%,铜基的约占35%,铝基及其它材质的极少。依据用途(按重量比),以汽车为主体的运输机械用约占41%,以家电制品为主体的电气机械用约占33%,以办公机械为主体的产业机械用约占21%,照相机、计量仪表等及其它用约占5%[5]。 其次,关于年产值。原料粉价格约为铜基含油轴承1/5的铁基含油轴承的产量(按重量)所占比例在增大,同时要求烧结制品整体的价格在降低,但如图2所示,产品合计产值的增长率与产品重量的增长率相比,每年却都在增大。这是由于含油轴承小型化,附加值增高所致。也就是说,烧结含油轴以前单件重量平均为5g以上,近年来,由于重约0.2g的微型马达用轴承的需要量增多,平均单件重量减小到1g以下。也就是说,现在烧结含油轴承大体上一年约生产10亿个,组装在我们身边的机器中,平均每人约使用10个烧结含油轴承。 1990年度以来,由于日本系粉末冶金企业外迁亚洲各国与美国等,日本国内的生产实绩趋于减少。1995年度的烧结含油轴承年产量为7504t,比1990年度约减少了1500t。可是,不要忽略了这些日本系粉末冶金企业的外迁企业

含油轴承

含油轴承(porous bearing) 含油轴承,即多孔质轴承(Porous Bearing),以金属粉末为主要原料,用粉末冶金法制作的烧结体,其本来就是多孔质的,而且具有在制造过程中可较自由调节孔隙的数量、大小、形状及分布等 技术上的优点。 利用烧结体的多孔性,使之含浸10%~40%(体积分数)润滑油,于自行供油状态下使用。运转时,轴承温度升高,由于油的膨胀系数比金属大,因而自动进入滑动表面以润滑轴承,停止工作时油又随温度下降被吸回孔隙。含油轴承是使用滑动摩擦的套筒轴承,使用润滑油作为润滑剂和减阻剂,初期使用时运行噪音低,制造成本也低,但是这种轴承磨损严重,寿命较滚珠轴承有很大差距。这种轴承使用时间一长,由于油封的原因(电脑散热器产品都不可能使用高档油封,一般也就是普通的纸油封),润滑油会逐渐挥发,而且灰尘也会进入轴承,从而引起风扇转速变慢,噪音增大等问题,严重的还会因为轴承磨损造成风扇偏心引发剧烈震动。出现这些现象,要么打开油封加油,要么就只有淘汰另购新风扇。 特点: 具有成本低、能吸振、噪声小、在较长工作时间内不用加润滑油等特点,特别适用于不易润滑或不允许油脏污的工作环境。孔隙度是含油轴承的一个重要参数。在高速、轻载下工作的含油轴承要求含油量多,孔隙度宜高;在低速、载荷较大下工作的含油轴承要求强度高,孔隙度宜低。这种轴承发明于20世纪初,因其制造成本低、使用方便,得到了广泛应用,已成为汽车、家电、音响设备、办公设备、农业机械、精密机械等各种工业制品发展不可或缺的一类基础零件。 工作原理 利用材质的多孔特性或与润滑油的亲和特性,在轴瓦安装使用前,使润滑油浸润轴瓦材料,轴承工作期间可以不加或较长时间不加润滑油,这种轴承称为含油轴承。含油轴承在非运转状态,润滑油充满其孔隙,运转时,轴回转因摩擦而发热,轴瓦热膨胀使孔隙减小,于是,润滑油溢出,进入轴承间隙。当轴停止转动后,轴瓦冷却,孔隙恢复,润滑油又被吸回孔隙。 含油轴承虽然有可能形成完整油膜,但绝大多数场合,这种轴承是处于不完整油膜的混合摩擦状态。可以利用材料多孔特性,使润滑油充满孔隙的含油轴承轴瓦材料有:木材、成长铸铁、铸铜合金和粉末冶金减摩材料;可以利用材料与润滑油的亲和特性,使润滑油均匀分散在材料中的含油轴承轴瓦材料多为聚合物,如含油酚醛树脂。 载荷性能 不断的实验中可以发现,当含油轴承的偏心率较大时,相应的轴承承载能力也会有所增大,同时轴承的摩擦系数也会减小。但是含油轴承的偏心率数值改变是相对比较被动的,在使用的时候并不会自主的进行改变,因此使用的过程中轴承载荷越大,轴承的偏心率也会有所增长,同时轴承的承载能力不断增大。这一系列的实验中,可以发现含油轴承载荷能力、偏心率、摩擦系数等方面在使用的过程之中都会相互影响。要提高含油轴承载荷能力,同事减小轴承的摩擦系数的方式有很多种。最常见的方式就是通过调整轴承的渗透度,最终达到提高含油轴承载荷能力。主要操作方式是适当减小轴承材质的渗透性能,这样可以提高轴承的载荷能力,也保证了含油轴承拥有较小的摩擦系数。但是含油轴承的渗透度不可以无限的减小,因为过小的渗透度会使得轴承内部的含油量不足,使得轴承内部没有办法得到足够的润滑。于是人们发现,通过优化轴承的渗透度以及很有量这两项参数,就可以有效提高含油轴承载荷能力以及减小轴承的摩擦系数。 含油轴承分为铜基、铁基、铜铁基等。 铁基粉末冶金减摩材料以铁为主,或加入少量铜(质量分为2%--3%):以改善便捷润

Bearing,含油轴承解析

目录Contents 第五章 磁铁(Magnet) . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 §5.1 永磁材料(Permanent Magnet Material). . . . . . 1 5.1.1 永磁材料的特性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 剩磁Br 、矫顽力Hcb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 内禀矫顽力Hcj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 回复磁导率μr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 最大磁能积 (BH)max . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 磁感应温度系数αb 、居里点Tc . . . . . . . . . . 2 6 各向同性輿各向异性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5.1.2 永磁鐵氧體(Ferrite Magnet) . . . . . . . . . . . . . 3 1 鐵氧體的特點(Features of Ferrite) . . . . . . . . . 3 2 濕(Wet)壓成型與干 (Dry)壓成型. . . . . . . . . . 3 3 鋇(Ba)鐵氧體和鍶 (Sr)鐵氧體 . . . . . . . . . . . 4 4 粘接鐵氧體―橡膠磁鐵(Rubber Magnet) . . . 4 5 溫度特性、低溫不可逆去磁 . . . . . . . . . . . . . 5 5.1.3 釹鐵硼(NdFeB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5.1.4 鋁鎳鈷(AlNiCo)及稀土鈷(Rare Earth Co) . . 6 5.1.5 国內外電機用永磁材料磁性能 . . . . . . . . . . 6 §5.2 永磁電機對磁鐵的性能要求 . . . . . . . . . . . . 9 §5.3 磁鐵結構設計(Structure Design) . . . . . . . . 11 5.3.1 基本要求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 5.3.2 直流馬達磁铁结构設計 . . . . . . . . . . . . . . . . 12 5.3.2.1 基本结构形式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 5.3.2.2 主要尺寸的确定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 5.3.3 永磁同步电机磁铁结构設計 . . . . . . . . . . . 15 5.3.3.1 磁路结构形式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 5.3.3.2 主要尺寸的确定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 5.3.4 JEI 常用磁铁 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 §5.4 磁鐵裝配 (Magnet Fixing) . . . . . . . . . . . . . 19 5.4.1 彈弓固定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 5.4.2 膠粘劑固定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 5.4.3 橡膠磁鐵的裝配 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 5.4.4 同步電機磁鐵裝配 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 §5.5 充磁(Magnetization) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 5.5.1 充磁的基本要求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 5.5.2 充磁方式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 5.5.3 充磁夾具(Tooling) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 第六章 軸承 (Bearing) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 §6.1 杯士(Bushing) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 6.1.1 概述(Introduction) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 6.1.2 杯士的工作特性(Operating Characteristics) .. 38 6.1.2.1 滑動特性(Sliding Properties) . . . . . . . . . . . . 38 6.1.2.2 摩擦系數(Friction Coefficient) . . . . . . . . . . . 38 6.1.2.3 工作溫度(Working Temp) . . . . . . . . . . . . . . . 39 6.1.2.4 負載特性(Load Properties) . . . . . . . . . . . . . . 39 6.1.2.5 杯士壽命(Bushing life) . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 6.1.3 杯士潤滑(Lubrication for Bushing) . . . . . . . . 40 6.1.3.1 流体潤滑(liquid Lubrication) . . . . . . . . . . . 40 6.1.3.2 邊界潤滑(Boundary Lubrication) . . . . . . . . . 42 6.1.3.3 混合潤滑(Mixing Lubrication) . . . . . . . . . . . 43 6.1.3.4 摩擦特性曲線(stribeck curve) . . . . . . . . . . . . 43 6.1.4 杯士油(Bushing Oils) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 6.1.5 盃士入油(Oil Impregnation) . . . . . . . . . . . . . . 47 6.1.6 盃士設計(Bushing Design) . . . . . . . . . . . . . . . 49 6.1.6.1 盃士的基本結構(Configuration) . . . . . . . . . 49 6.1.6.2 主要尺寸參數 (Dimensional Parameters) . . . 50 6.1.7 盃士的磨損(Wear) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 6.1.8 盃士裝配(Assembly) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 §6.2 波盃令(Ball Bearing) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 6.2.1 波盃令型號识别(Grade Identification) . . . . . . 60 6.2.2 波盃令外形結構及主要尺寸 . . . . . . . . . . . . . 61 6.2.3 波盃令精度(Precision) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 6.2.4 波盃令游隙(Play) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 6.2.5 波盃令工作特性(Operating Characteristics) . . 65 6.2.5.1 負載能力(Load Capacity) . . . . . . . . . . . . . . 65 6.2.5.2 速度特性(Speed Characteristic) . . . . . . . . .. . 65 6.2.5.3 摩擦特性(Friction Characteristic) . . . . . . .. 65 6.2.5.4 調心性(Self-Align Capacity) . . . . . . . . . . . . 66 6.2.5.5 振動(Vibration) 和噪聲(Noise) . . . . . . . . . . 67 6.2.5.6 壽命(Life) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 6.2.6 波盃令潤滑(Lubrication) . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 6.2.7 波盃令失效形式(Failure Mode) . . . . . . . . . . . 69 6.2.8 波盃令裝配(Assembly) . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 §6.3 盃士與波盃令對比 (Comparison) . . . . . . . . . 70

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