石墨軸承的拓展
軸承是機(jī)械工業(yè)中常用的一種滑動(dòng)機(jī)件。石墨軸承是跟著機(jī)械設(shè)備的功能要求，在金屬軸承的基礎(chǔ)上開發(fā)并開展起來(lái)的炭質(zhì)軸承。炭質(zhì)軸承有不同于金屬軸承的特性，如自光滑、耐高溫、耐腐蝕、質(zhì)輕等。跟著科學(xué)技能的開展，石墨軸承也得到了進(jìn)一步的拓寬，制作出了青銅石墨含油軸承、鑲嵌石墨軸承。為各種工況條件下的軸承挑選供給了更大空間，滿意了不同技能條件的要求。別的，炭復(fù)合資料軸承因?yàn)樗目梢?guī)劃性和特有的資料功能將是今后軸承資料的開展方向。
從碳原子結(jié)構(gòu)剖析石墨資料的光滑性。石墨資料本身就存在光滑功能，這是石墨的晶體結(jié)構(gòu)所決議的。石墨的光滑功能除晶格的特定原因有先天可供光滑的結(jié)構(gòu)外，便是水和空氣對(duì)它的杰出光滑效果的發(fā)揮。水和空氣的存在使石墨的作業(yè)面上吸附了水和氣體分子，增大了石墨相互滑動(dòng)的解理面間的距離，然后減弱了它們間的結(jié)合力。軸承有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承之分，質(zhì)料上又有金屬、非金屬、復(fù)合資料之別。石墨軸承多用于滑動(dòng)軸承，滑動(dòng)軸承又分為徑向軸承和止推軸承。文中首要對(duì)炭石墨軸承、青銅石墨含油 軸承和鑲嵌石墨軸承進(jìn)行剖析。
石墨軸承以石墨資料為首要基材，運(yùn)用于食物、飲料、紡織、化工等工業(yè)部門中的運(yùn)輸機(jī)、干燥機(jī)、紡織機(jī)、潛水泵電機(jī)等軸承方面，這些部位如用油脂光滑劑不可避免會(huì)引起污染，而石墨軸承的自光滑性很強(qiáng)，耐腐蝕，可不運(yùn)用光滑油而進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)。石墨軸承的磨損與載荷、溫度和速度的平方成份額，當(dāng)壓力為0--0.49MPa時(shí)，各種質(zhì)料的石墨軸承均能滿意需要。為了進(jìn)步制品的機(jī)械強(qiáng)度，特別是為了進(jìn)步耐沖擊韌性，常用一些耐磨功能好的易熔金屬進(jìn)行浸漬處理。浸銻石墨軸承答應(yīng)的作業(yè)溫度可達(dá)500攝氏度，銻與銅對(duì)磨時(shí)不易沾著，在大負(fù)荷和快速的情況下作業(yè)，其耐磨功能可進(jìn)步2-3 倍。石墨資料的強(qiáng)度隨溫度升高而添加的趨勢(shì)一直堅(jiān)持到2600攝氏度左右，在高溫時(shí)強(qiáng)度是室溫的3倍。滑動(dòng)軸承存在著兩種沖突方式，即靜沖突和動(dòng)沖突，一般炭石墨軸承的靜沖突比相同情況下的金屬軸承要小一些。
一般炭石墨軸承在干作業(yè)情況下，動(dòng)沖突系數(shù)在0.08-0.3之間，濕作業(yè)情況下因?yàn)榇嬖谥櫆瞎饣?，所以?dòng)沖突系數(shù)一般在0.01-0.1范圍內(nèi)。在炭刷與換向器的沖突中，換向器外表可發(fā)生一層褐色、深紫色、淺蘭色的薄膜，這層薄膜可起光滑過程中的維護(hù)效果。剖析可知，這層薄膜首要由兩部分組成，其一是與金屬結(jié)合在一起的金屬氧化膜和金屬氫氧化物，稱為氧化薄膜。其二是炭素薄膜，在工作過程中的炭塊上剝離下來(lái)的極其細(xì)小的炭、石墨粒子、炭塊資料中所含的不純物、空氣中浮游的塵土以及被吸附的水分和氧所組成。由此可見，維護(hù)膜的形成可起更好的光滑效果，但也離不開水分和氧的環(huán)境。
滑動(dòng)軸承具有一般機(jī)械零件之間滑動(dòng)接觸的特征。除沖突、磨損發(fā)熱外，還要有必定的機(jī)械強(qiáng)度。雖然可對(duì)石墨軸承資料進(jìn)行浸漬處理以增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度、抗沖擊性，但在較大的載荷條件下，往往仍達(dá)不到所要求的機(jī)械強(qiáng)度，然后人們開始用粉末冶金辦法制作青銅石墨含油軸承。
青銅石墨含油軸承選用粉末冶金法制作，在堅(jiān)持原有石墨軸承的首要特征外，添加了機(jī)械強(qiáng)度。自承重軸承一般運(yùn)用鉛青銅或錫青銅/石墨基。銅/鉛/石墨軸承本領(lǐng)極高的轉(zhuǎn)速。鉛錫銅首要用來(lái)組成鉛、錫青銅，以添加制品的機(jī)械強(qiáng)度。參加過量的錫和鉛是不必要的， 一般參加量在5%--10%(分量)范圍，過量的鉛、錫將明顯下降制品的機(jī)械強(qiáng)度。粉末冶金法制作青銅石墨含油軸承選用銅粉/石墨粉，經(jīng)混合、壓型、燒結(jié)而成，選用呈樹狀結(jié)構(gòu)的電解銅粉，其最大特點(diǎn)是經(jīng)高溫?zé)Y(jié)之后能使軸承具有均勻的網(wǎng)體結(jié)構(gòu)和開放性孔穴。光滑油可充滿軸承所有孔穴，并和軸承中的固體光滑劑--石墨形成光滑功能很高的石墨膠體光滑劑。當(dāng)機(jī)械作業(yè)時(shí)，軸承因沖突升溫而脹大導(dǎo)致孔穴容積縮小，加之光滑油亦因受熱脹大而溢出，起到了對(duì)軸與軸承間光滑效果。當(dāng)停止作業(yè)后，溫度下降孔穴和光滑油康復(fù)本來(lái)狀況，油便被從頭吸入孔穴，然后形成了主動(dòng)光滑現(xiàn)象。在如果油量不足的情況下，石墨也能夠單獨(dú)地?fù)?dān)當(dāng)起光滑效果，仍可堅(jiān)持軸承有較低的沖突系數(shù)和較好的耐磨功能。跟著 軸承載荷要求的進(jìn)一步進(jìn)步，青銅石墨含油軸承也難達(dá)到要求，隨后人們又開發(fā)出了鑲嵌石墨軸承。
鑲嵌石墨軸承的制作是以金屬資料為基體，它的機(jī)械強(qiáng)度根本取決于選用的金屬質(zhì)料的機(jī)械功能，石墨作為一種固體光滑資料鑲嵌在軸承的沖突面金屬基體上，用于軸承作業(yè)狀況下的光滑資料，但石墨也有含油效果。石墨的鑲嵌可采取二種辦法，一種是熔融金屬液澆鑄法，另一種是在金屬基材上先按照必定的擺放辦法加工一些孔洞，然后將固體光滑劑嵌入其間，鑲嵌石墨軸承的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、熱脹大系數(shù)一般取決于基體金屬質(zhì)料。但鑲嵌石墨軸承的強(qiáng)度大大進(jìn)步，可在重載荷下工作。石墨軸承-規(guī)劃與制作石墨軸承炭資料結(jié)構(gòu)的多樣性來(lái)源于炭/炭原子間化學(xué)鍵合的多樣性，由此也供給了炭資料的可規(guī)劃性。
石墨軸承因?yàn)樗某霎a(chǎn)工藝和原資料的可規(guī)劃性為規(guī)劃與制作供給了必定空間，然后可制作出功能各異，適用于多種技能條件和運(yùn)用環(huán)境的石墨軸承。PV 值是軸承規(guī)劃時(shí)的重要參數(shù) PV=P.V，P--單位面積載荷壓力，MPa;，V--軸的線速度,m/s。PV 值超過各種資料的極限值時(shí)，就會(huì)引起異常的升溫文磨損，一般規(guī)劃要留有余量，參閱 PV 值應(yīng)在極限值的50%--70%。
在實(shí)際作業(yè)中，軸承的作業(yè)因環(huán)境不同又有干作業(yè)和濕作業(yè)之分。在干作業(yè)的情況下，石墨軸承答應(yīng)的最大載荷遭到軸承的強(qiáng)度和答應(yīng)的磨損速率的束縛。其答應(yīng)的最大線速度則遭到軸承沖突面上所發(fā)生熱量的束縛。而磨損速率又遭到軸承質(zhì)料、軸和軸承外表加工情況、載荷、速度及周圍介質(zhì)等條件的影響。在干作業(yè)的情況下，軸承答應(yīng)的PV 值還直接遭到軸承質(zhì)料的影響，在高溫下答應(yīng)PV 的值有必要比低溫時(shí)要小得多。當(dāng)軸承浸在液體里或者是液體所噴濺的情況下(濕作業(yè))，其沖突和磨損可大大下降。加之液體能夠協(xié)助逸散因沖突而發(fā)生的熱量，這樣就大大進(jìn)步石墨軸承答應(yīng)的PV 值，在實(shí)際條件下濕作業(yè)答應(yīng)的PV 值或許較干作業(yè)時(shí)高出近百倍。
石墨軸承規(guī)劃品種有圓柱形、圓柱代凸緣形、圓形、特別結(jié)構(gòu)，但從石墨軸承的強(qiáng)度考慮，炭軸承的厚度有必要比金屬軸承大，厚度以內(nèi)徑的1/5-1/7最合適，最小限度為3mm 以上，軸承的長(zhǎng)度是內(nèi)徑的2倍以上。軸承作業(yè)時(shí)溫度將會(huì)升高，作業(yè)空隙，可依據(jù)軸和軸承的熱脹大來(lái)決議，一般是軸徑0.3%左右。炭石墨軸承的制作工藝與其他炭制品大致相同，根本工藝過程包括:質(zhì)料的挑選、質(zhì)料的預(yù)處理、質(zhì)料的破碎、篩分分級(jí)、顆粒狀與粉狀資料的配料、粘結(jié)劑的挑選、混勻、混捏、輥 壓、磨粉壓制成型、焙燒、人造石墨制品還須石墨化處理，浸漬、機(jī)械加工等，部分石墨軸承為了添加機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊性，還需金屬(如銻、銅、鉛等)浸漬，最終達(dá)到所要求的技能功能，再進(jìn)行機(jī)械加工成所要求的幾何尺度。
青銅石墨含油軸承的出產(chǎn)用粉末冶金辦法，新式青銅石墨含油軸承為了添加軸承的載荷，參加了鐵粉，詳細(xì)制法是選用粒徑小于175um的青銅合金粉末和粒徑小于85um的鐵粉，參加少數(shù)火油或機(jī)油制成混合物，再添加適量小于75um 鱗片狀石墨粉、二硫化鉬等，經(jīng)混合后選用冷壓制取坯料，并在780-895的溫度下燒結(jié)而成。其他青銅石墨含油軸承制作工藝與以上工藝大致相同，挑選粉料、混合、壓形、燒結(jié)、整型。一般青銅石墨含油軸承首要參數(shù): 假比重5.5g/cm3--6.0g/cm3，徑向損壞強(qiáng)度一般不小于2.5N，體積浸油率20號(hào)機(jī)油不小于 15%。
鑲嵌石墨軸承有兩種制作辦法。一是澆鑄法，將已加工好幾何尺度的石墨滑塊按規(guī)劃散布在澆鑄模中后，用熔融金屬液澆鑄而成，后經(jīng)機(jī)械加工達(dá)到所需尺度。二是在金屬基材上，按照必定的擺放辦法，先加工一些孔洞，然后將以石墨、MoS2及粘結(jié)劑按必定比率均勻混合制成光滑劑，固化在孔洞中，經(jīng)加工后達(dá)到所要求尺度，鑲嵌石墨軸承的抗壓強(qiáng)度、熱脹大系數(shù)，一般取決于金屬質(zhì)料。例如M551 鑲嵌石墨軸承載荷50MPa，運(yùn)用溫度500C，PV 5MPa.m/s，適用于低轉(zhuǎn)速/重載場(chǎng)合，對(duì)粉塵污染等惡劣環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。
綜上所述，對(duì)炭/石墨軸承進(jìn)行了扼要研討與剖析，由此證明了炭/石墨軸承的優(yōu)秀特性，針對(duì)不同條件下特別光滑要求，可研討制作出功能各異適合各種條件的滑動(dòng)石墨軸承?，F(xiàn)在在食物、紡織、印染、化工工業(yè)中的輸送機(jī)軸承、離心泵軸承、潛水泵軸承、齒輪軸承和汽車、航空、農(nóng)業(yè)機(jī)械等方面都不同程度地得到了運(yùn)用。此外，對(duì)其他適用場(chǎng)合也作了開始討論。如用于自行車的石墨軸承也有待于開發(fā)。中國(guó)是個(gè)自行車大國(guó)，開發(fā)自行車用石墨軸承將是一個(gè)巨大的潛在商場(chǎng)。試想自行車中軸、叉架、腳 蹬等處滑動(dòng)軸承都是線速度要求不高、平常又很少加光滑油的滑動(dòng)處。這些軸承(滑動(dòng)件) 大都是標(biāo)準(zhǔn)件，很適合大批量出產(chǎn)，如此還可大大下降出產(chǎn)本錢。再有照相機(jī)用滑動(dòng)軸承，照相機(jī)的傳動(dòng)部件禁絕經(jīng)常充注光滑油，選用石墨軸承是理想的資料之一。
除直接開發(fā)石墨軸承外，利用石墨的光滑性、多孔石墨的儲(chǔ)油性等特點(diǎn)制作滾動(dòng)軸承球架給軸承供給杰出的光滑質(zhì)，由此可確保長(zhǎng)時(shí)間為軸承光滑，這也是開發(fā)石墨光滑的一個(gè)思路。再者，可在炭資料的改性方面作進(jìn)一步的研討，開發(fā)拓寬一些新資料。如選用碳合金法，對(duì)炭質(zhì)資料的外表和本體進(jìn)行化學(xué)改性，其結(jié)果必將影響所得資料的結(jié)構(gòu)和功能，極有或許創(chuàng)始出新的功能資料用于光滑石墨軸承的制作。再如炭化硅軸承的研討，它有較強(qiáng)的硬度、耐高溫等特性，但本錢很高還沒能推廣。用粉末冶金法這一傳統(tǒng)辦法制作軸承，如能進(jìn)一步進(jìn)步抗壓強(qiáng)度和精度也是有較大開展的。
炭石墨軸承有著強(qiáng)大的生命力。在石墨軸承開發(fā)的同時(shí)再研討插層石墨、石墨涂層軸承等新技能，擴(kuò)大其研討與運(yùn)用領(lǐng)域，石墨軸承將在今后得到更大、更廣、更新的開展。 非液體沖突滑動(dòng)軸承的規(guī)劃核算 不徹底液體沖突滑動(dòng)軸承，是指處在混合沖突和鴻溝沖突狀況的軸承。例如速 度較低，載荷不大的軸承，均按非液體沖突滑動(dòng)軸承規(guī)劃。
一、不徹底液體沖突滑動(dòng)軸承作業(yè)能力原則失效和原則
實(shí)踐證明滑動(dòng)軸承的首要失效方式為磨損和膠合，如果在兩沖突面間有一層油膜，就能夠避免失效，所以核算原則就應(yīng)是確保兩沖突面間的吸附膜不損壞，而油膜的損壞與其機(jī)械強(qiáng)度和決裂溫度有關(guān)，因?yàn)橛绊懸蛩睾芏?，只能選用簡(jiǎn)化的條件性核算。
二、不徹底液體沖突滑動(dòng)軸承規(guī)劃核算
l.已知條件:在軸的結(jié)構(gòu)規(guī)劃之后進(jìn)行
(l)用途、工況:軸的載荷，軸的轉(zhuǎn)速
(2)軸的直徑d，
2.規(guī)劃過程
(l)依據(jù)作業(yè)條件和運(yùn)用要求挑選軸承結(jié)構(gòu)方式
(2)選取軸瓦的資料
(3)選取軸瓦的寬度，依據(jù)寬徑比 =B/d=1-1.5，軸的剛度大，軸距小取較大值
(4)驗(yàn)算軸承的作業(yè)能力
A.向心軸承
a.驗(yàn)算比壓P 式中:[p]--軸瓦資料的許用比壓，表12-2、表12-3 d--軸頸直徑B--軸承寬度束縛p是為確保油膜不被損壞，以確保光滑削減磨損
b.核算pv fpv--表示單位承壓上面積上的沖突功，它轉(zhuǎn)化為熱量 fpv，Δ t，cst油膜愈易損壞束縛[pv]便是避免油溫超過油膜損壞溫度導(dǎo)致油膜損壞。避免膠合，束縛部分p’p’v[pv] 式中[pv][v]見表12-2、表12-3
B.推力滑動(dòng)軸承
a.驗(yàn)算比壓式中:pa--軸向載荷 Z--支承面數(shù)目環(huán)數(shù) K--考慮油槽使支承面削減的系數(shù) K=0.90-0.95 [p]--許用比壓，適用性，Z＞l 時(shí)，表中值下降5%。
b.驗(yàn)算pvm pvm[pv] 式中:Vm---均勻速度
(5)挑選軸承配合， 精度配合符號(hào)H7/f7齒輪減速箱，蝸桿減速箱H7/E7內(nèi)燃機(jī)凸輪軸，機(jī)車曲軸液體光滑的動(dòng)壓軸承在起動(dòng)和泊車時(shí)，也處于混合沖突光滑狀況，所以規(guī)劃時(shí)也應(yīng)進(jìn)行上述核算
非液體沖突滑動(dòng)軸承的規(guī)劃
一、失效方式和規(guī)劃束縛條件
非液體沖突滑動(dòng)軸承作業(yè)時(shí)，因其沖突外表不能被光滑油徹底隔開，只能形成鴻溝油膜，存在部分金屬外表的直接接觸。因而，軸承作業(yè)外表的磨損和因鴻溝油膜的決裂導(dǎo)致的作業(yè)外表膠合或燒瓦是其首要失效方式。規(guī)劃時(shí)，束縛條件是:維持鴻溝油膜不遭決裂。但因?yàn)轼櫆嫌湍さ膹?qiáng)度和決裂溫度的影響機(jī)理沒有徹底開清，現(xiàn)在的規(guī)劃核算依然只能是直接的、條件性的，
其相應(yīng)的規(guī)劃束縛條 件如下所述。：
1、束縛軸承的均勻壓強(qiáng) 束縛軸承均勻壓強(qiáng) ，以確保光滑油不被過大的壓力所擠出，避免作業(yè)外表的過度磨損，即: (MPa)徑向軸承:(MPa)為軸承寬度(mm)[p]為軸瓦資料許用值。推力軸承: (MPa)為軸向載荷(N);d、d0為接觸面積的外徑和內(nèi)徑(mm);時(shí)，考慮到多環(huán)推力軸承各環(huán)間的載荷散布不均勻，應(yīng)把許用值下降50%。
2、束縛軸承pv因?yàn)橹蹬c沖突功率損耗成正比，它表征了軸承的發(fā)熱因素。束縛 (MPam/s)關(guān)于徑向軸承: (MPam/s) 關(guān)于推力軸承: 上式 應(yīng)取均勻線速度，即為軸的轉(zhuǎn)速(r/min);[pv]-軸瓦資料的許用值。考慮到推力軸承選用均勻速度核算，[pv]值應(yīng) 中的值有更大的下降，一般鋼軸頸對(duì)金屬軸瓦時(shí)，可取[pv]=2~4MPa.m/s。
3、束縛軸承滑動(dòng)速度v當(dāng)壓強(qiáng)較小時(shí)，即便都在許用范圍內(nèi)，也或許因滑動(dòng)速度過大而加重磨損。
二、規(guī)劃辦法
1、挑選軸承的結(jié)構(gòu)方式及資料。
規(guī)劃時(shí)，一般依據(jù)已知的軸徑 、轉(zhuǎn)速和軸承載荷及運(yùn)用要求，確認(rèn)軸承的結(jié)構(gòu)型式及軸瓦結(jié)構(gòu)。
2、開始確認(rèn)軸承的根本尺度參數(shù)。
是軸承的重要參數(shù)，可參閱推薦值，依據(jù)已知軸徑定軸承長(zhǎng)度及相關(guān)的軸承座外形尺度，并按不同的運(yùn)用和旋轉(zhuǎn)精度要求，合理挑選軸承的配合，以確保軸承具有必定的空隙。
3、校核是否滿意束縛條件，不然再規(guī)劃。對(duì)軸承進(jìn)行校核核算，若不滿意束縛條件，則進(jìn)行再規(guī)劃。一般，能滿意束縛條件的計(jì)劃不是僅有的，規(guī)劃時(shí)，應(yīng)開始確認(rèn)數(shù)種可行的計(jì)劃，經(jīng)剖析、評(píng)價(jià)，然后，確認(rèn)出一種較好的規(guī)劃計(jì)劃。
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