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 滑动轴承技术以及在汽车行业应用
时间:2011-10-28 13:57:46                   浏览次数:3495
中国CSB 马赞兵




  轴承从工作原理上可以分为滚动轴承与滑动轴承,滚动轴承工作时发生的是滚动摩擦副,而滑动轴承工作时发生的是滑动摩擦副,这就决定了滚动轴承与滑动轴承工作摩擦系数相差至少十个数量级以上;在一定的载荷以及转速且无润滑条件下,滚动轴承的摩擦系数的大小基本取决于滚珠、轴承内外圈的制造精度以及相互之间的配合间隙,其摩擦力的大小与轴承材料本身并没有直接关系,滚动轴承一般均需要定期外加润滑剂;而在同等载荷和转速且无润滑条件下,滑动轴承的摩擦系数的大小主要取决于轴承材料本身的自润滑性能,由于滑动轴承材料本身具有良好的自润滑性能,可以不加油或少加油地长期工作;由于滑动轴承实现了轴承的自润滑技术,滑动轴承可以实现自润滑免维护的特性决定了滑动轴承越来越多的被工程设计人员所采用。

  滑动轴承润滑机理与极限PV值


  滑动轴承在初始工作时由于轴和轴承的接触面即轴承的工作面发生滑动摩擦时表面能形成润滑膜将运动副表面分开,经过短期的磨合后滑动摩擦力可大大降低,此时运动副表面不直接接触,因此也避免了磨损。滑动轴承的承载能力大,回转精度高,润滑膜具有抗冲击作用,因此,在工程上获得广泛的应用。润滑膜的形成是滑动轴承能正常工作的基本条件,影响润滑膜形成的因素有润滑方式、运动副相对运动速度、内部润滑剂的物理性质和运动副表面的粗糙度等。滑动轴承性能一个重要的衡量指标就是轴承所能达到的最大极限PV值,这里的P是指轴承的载荷,而V则是代表轴承运行的线速度;滑动轴承极限PV值越大则轴承的使用性能就越好寿命就越长;影响滑动轴承极限PV值大小主要因素就是轴承材料本身的自润滑性能和承载以及耐温性能等;影响滑动轴承实际PV值的外部因素主要是轴承所承受的载荷、运行速度、环境温度以及配合精度等。一般对滑动轴承制造设计来说极限PV值越大越好,而对滑动轴承使用设计来说要求轴承的PV值越小越好,这有利于延长滑动轴承的使用寿命。滑动轴承的设计一般根据轴承的工作条件,确定轴承的结构类型、选择合适的轴承材料及确定轴承的几何参数。

  滑动轴承类型:金属类滑动轴承、非金属类滑动轴承


  滑动轴承按照材料可分为金属类滑动轴承和非金属类滑动轴承。金属类滑动轴承通常可分为复合滑动轴承、金属基滑动轴承等。非金属类滑动轴承通常可分为工程塑料滑动轴承、纤维缠绕轴承等。

  复合轴承一般由三层结构组成:基板层+铜粉层+减摩层;其中基板层起着承载作用,铜粉层是作为增强基板和表面减摩材料之间的结合力而存在,而减摩层一般采用烧结与轧制技术在轴承内表面即工作面烧结一层特种润滑剂(CSB-10或DU 轴承)或自润滑改性工程塑料作为减摩材料(CSB-20或DX 轴承),工作时部分润滑材料会慢慢转移到对磨轴的表面,此时就实现了轴承摩擦层与对磨轴表面润滑膜之间摩擦副的建立,摩擦系数在降低的同时轴承的磨损速率也随之减小;一般用于复合轴承工作表面减磨材料的有特富龙PTFE、二硫化钼MoS2、石墨Graphite、改性工程塑料等等高性能特种润滑材料;而用于承受载荷的基板材料一般有低碳钢、不锈钢、铜板等等;复合类轴承材料结构决定了此类轴承一般用于中等载荷中等速度的工作场合。

  金属基滑动轴承技术

  金属基滑动轴承一般可分为固体润滑剂镶嵌式滑动轴承(CSB650 系列)、双金属滑动轴承(CSB800 系列)和整体式滑动轴承;固体润滑剂镶嵌式滑动轴承一般采用特种铜质材料为基体,在轴承基体壁厚上按照横纵向投影均无盲区加工通孔然后在孔中镶嵌固体润滑剂;在工作中,基体铜既作为承载材料又作为摩擦材料,而镶嵌在孔中的固体润滑剂会慢慢分布在轴承的内孔摩擦面以及会随着工作的运行慢慢地部分转移到对磨轴的表面形成润滑膜;而双金属滑动轴承则由基体钢板层和表面减摩工作层组成,基体钢板与复合型滑动轴承类似一般为低碳钢等,表面减摩层则为含有固体润滑剂的铜合金粉烧结而成;整体式滑动轴承一般也是用含有固体润滑剂的铜合金粉末烧结而成,然后再经过真空吸油处理,使得轴承材料微小孔隙中含有润滑油,这些润滑剂或者润滑油在工作时就会在对磨轴表面形成一层薄薄的润滑膜;金属基类滑动轴承由于其材料本身的特性决定了适用于工作载荷比较大而转速较低的场合。

  非金属类滑动轴承技术

  非金属滑动轴承主要有高分子聚合物工程塑料轴承(CSB-EP 系列)和纤维缠绕轴承(CSB-CR 系列)等;塑料滑动轴承由于材料以改性高分子聚合物为主,而国内高分子聚合物改性技术发展相对比较晚,早期的研究也仅仅是停留在理论或是以实验室试验为主,将其产业化的时间要滞后于欧美发达国家将近20年;目前国内形成产业化生产的仅浙江长盛滑动轴承有限公司(CSB),中国CSB公司不仅仅在高分子聚合物滑动轴承领先于国内市场,其金属类滑动轴承已经领先于国际市场;中国CSB 公司已经成为全球滑动轴承行业的领跑者之一。

  高分子聚合物工程塑料轴承技术的发展几乎囊括了所有聚合物改性技术;从制造工艺上来分可以分为模压烧结塑料滑动轴承与注塑成型塑料滑动轴承。


  模压烧结成型滑动轴承一般受到效率低以及制造精度不高的制约,故其发展空间比较小,不适合大批量生产;目前采用模压烧结技术制成的高分子聚合物塑料滑动轴承应用相对比较多的有两种:一种就是采用填充改性特富龙PTFE 制成的滑动轴承,另一种就是采用填充改性聚酰亚胺制成的滑动轴承;用改性PTFE模压烧结制造滑动轴承技术含量相对比较低,所以国内较多厂家早期就开始应用生产和应用此类轴承,其优点是摩擦系数比较低约在0.11左右,耐腐蚀性比较强几乎能抵抗所有的工业化学液体,耐温较高最高可到260℃,但由于耐磨耗性较差又受到产量以及价格因素的制约所以应用并不广泛。采用填充改性聚酰亚胺制造滑动轴承由于其材料改性技术要求比较高,目前专业化批量生产的只有杜邦在欧洲、美国和日本的公司,VESPEL材料无论是从强度还是从耐磨耐温方面均比较优秀;连续使用温度可以高达288℃,短期可达到480℃,通过添加石墨Graphite或二硫化钼MoS2改性使其摩擦系数降低到0.08~0.12之间,具有优异的耐磨性;但因其原材料价格非常昂贵,目前主要应用于飞机、太空、军用产品的零件,随着汽车、OA机械技术要求的不断提升也逐步在采用VESPEL产品。

  高分子聚合物工程塑料改性技术和注塑成型塑料滑动轴承技术目前全球已经得到了快速的发展;中国CSB公司自润滑改性技术已经有20多年的发展历史,目前CSB根据各种高分子材料本身固有的特性已经改性出适合不同使用条件的产品;工程塑料滑动轴承性能的高低主要取决于改性轴承材料本身固定的性能,CSB公司采用先进的聚合物改性技术在高性能聚合物中填充特种润滑剂以及高功能纤维,高性能聚合物作为基料起耐磨作用,特种润滑剂起润滑作用降低摩擦系数,纤维以及填充物起增强作用;采用注塑工艺成型加工可以加工成各种形状的滑动轴承,在成型特性上高聚物塑料滑动轴承在所有滑动轴承制造中具有绝对的优势;高聚物滑动轴承由于整体材料均是采用改性的自润滑改性材料,故其无论是从摩擦性能上还是从轴承的使用寿命上均要优越于金属类复合轴承(复合轴承摩擦材料仅仅表层0.03mm左右);高聚物塑料轴承相对金属复合轴承还存在以下优势:抗腐蚀、成本低、质量轻且适合OEM大批量生产;目前中国CSB可提供长期使用温度达250℃的高性能聚合物塑料轴承CSB-EP5,且该轴承几乎能抵抗所有的化学介质;而CSB-EP4轴承极低的吸水性和抗腐蚀性可以长期用于水下运行;高速运行专家CSB-EP13制成的直线轴承滑动膜具有极低的摩擦系数且容许最高运行速度10m/s;目前在汽车行业应用最为广泛的就是CSB-EP通用型以及CSB-EP3增强型高聚物塑料滑动轴承。

  滑动轴承在汽车行业的应用技术

  由于滑动轴承优越的自润性能,在汽车行业已经得到了充分的体现;目前中国CSB滑动轴承几乎应用到全球每一家汽车制造商;特别是高聚物塑料滑动轴承在汽车上的应用已日益广泛,它可运用于汽车的各个部分:从最为简单的汽车门铰链系统到机械结构复杂、要求苛刻的部件,比如:汽车转向系统中的转向器到传动系统中的变速排挡等。除了具有优异的机械性能和免润滑、干运行的优点,工程塑料滑动轴承的价格也极低。相对于PTFE涂层金属滑动轴承,CSB高聚物塑料滑动轴承最多可以便宜50%。

  滑动轴承在汽车门铰链系统中的应用

  汽车门铰链系统中由于采用了CSB-EP3增强型系列塑料滑动轴承,克服了金属滑动轴承因生锈而引起拉起力增加或噪音现象,且在开启和关闭是汽车门或行李箱盖是没有任何瞬间卡死现象。


  滑动轴承在汽车减震系统中的应用


  汽车减震系统中使用的滑动轴承无论是从耐磨性能、抵抗冲击能力以及配合精度上要求都非常严格;如果滑动轴承的耐磨性能较差那么就会导致外面密封圈磨损加剧,密封圈失效后导致液压油泄漏,减震功能失效;CSB-40复合轴承(DP4材料)完全接收了这种苛刻条件的挑战,成功运用在各种汽车减震器中。


  滑动轴承在汽车转向系统中的应用


  汽车转向系统中由于采用了CSB-RPM4支撑套,使得汽车在整个转向过程中方向盘运转比较平稳,即使在路面状况很糟糕的情况下也能确保转向系统的正常运转。CSB-RPM4出色的耐磨和减震作用在汽车转向系统中得到了验证。


  滑动轴承在汽车制动系统中的应用


  高性能聚合物CSB-EP4塑料轴承在汽车制动系统中的应用使得驾车人员在制动过程中比较平稳,即使在紧急情况下也能实现快而稳的制动;无论汽车是在平稳转向或者是在紧急转向的情况下也能确保有效的制动;EP4材料较高的硬度和耐磨性能可以获得超长的使用寿命,这最要是由于高性能润滑剂以及功能型纤维加入在此材料中。


  滑动轴承在汽车座椅调节系统中的应用


  由于用于汽车座椅系统中的板金材料或者冲压的孔,以及冷扎的钢板一般都有很大的尺寸公差,然而,在座椅系统中需要最小的间隙以尽可能减少噪音。为了解决这一矛盾,CSB公司生产和提供的CSB-EP系列工程塑料滑动轴承现在越来越多的被使用。


  滑动轴承在汽车变速系统中的应用


  汽车变速排档CVT系统不但要求确保在使用操纵杆换档过程中成功实现档位,且要求换档过程比较平稳舒适;CSB-EP系列工程塑料轴承由于其出色的耐磨性能和抗冲击性能被应用在该系统中。


  结束语

  随着自润滑材料改性技术的不断进步,滑动轴承应用技术也在迅猛地发展!目前,滑动轴承已经成功应用在民用机械、军工机械和航空航天等领域;随着应用领域的不断拓展以及工作要求的不断提升,滑动轴承材料技术、制造和应用技术还有待于我们在实践中不断去探索、研究与进步。
 
 
 
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