粉末冶金含油轴承PV值及其测定.doc

粉末冶金含油轴承PV值及其测定Vo1.7No.2粉束冶盘技木PowderMetallurgyTechnology粉末冶金含油轴承PV值及其测定马华农北京市盼束冶金研究所)摘要PV值是粉柬冶盎含油轴承工作特性的主要参数,本文夼绍了含洁轴承的PV值及其测试方法.一,前言粉末冶金台油轴承(以下简称轴承)是滑动轴承的一种.它以金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物烧结体为基体,在基体孔隙中浸渍约占总体积103O的润滑油轴承在工作时,由于摩擦副的相对运动,使润滑油流到摩臻表面而实现自润滑,因此摩擦面保持了较低的摩潦系数,轴承可以维持较长的工作寿命.但是在实际使用中,如果轴承的工作PV位太大,就会影响自润滑性能,造成温升增高,摩嚣系数加大,缩短使用寿命.此,研究和测定轴承极限PV值等性能,可以为设计部门提供正确使用轴承的数据,也可对生产部门产品质量的提高起促进作用.二,Pv值及其极限Pv值的判别依据含油轴承贮油量很少,油的利用率一般为2O30,但有的轴承,油的利用率可达5O1).在轴承工作时油不能更换,也不能起冷却作用.由于摩擦副接触面积很大,故这类轴承一般属于边界摩擦(即边界润滑)或混合摩擦(即混合润滑).评价含油轴承的工作特性和评定其他滑动轴承材料一样,评定的主要参数是;负荷P(MPB),线速度V参数的变化清楚地反映出轴承的二作特性.摩擦系数大小与轴承材料的表而性质,介质,工作状态和环境条件等因素有关.圈1和袁l给出了轴承在各种润滑状态下l摩撩特性.从中可以看出润滑状态和摩撩系数是密切相关的24).边界摩擦是在摩擦删丧面由一层具有分层结构和润滑性能柏边界膜分隔开.混合摩擦则是干摩擦和边界摩擦同时存在或边界摩擦和流体摩擦同时存在的摩擦,该摩擦的摩擦副表面也由一层相滑懊分隔开.边界膜的使用范围受温度,速度和负荷的影响.在一定T作条件下边膜抵zN/P圉I含油轴承润滑特性l,边界润滑;2,一般含油轱承(混台滑j3.低噪音含油轴季(弹性流体满滑),漉z一润滑油粘度,0,iPa?s一转速,r,mjnP一负荷,0q98MPa寝1束垒一婪一物体各种润滑状态下的审撺系数条件摩擦系数实例均表面0.30.5翱一镊;皮革一木材;尼龙一锕已龙一钢以姊翦台属0.81.5锕一锕j黄铜一黄铜;铬一铬:方晶体鳍构)皓均的金属0.3E,0.B5钍一钍;锌一锌文成分的二褶台盘列硬盘属0.15NO.:锅铅台金一锕;巴氏台盒一钢匿抖O.6N0.9鞋它材车O.O4O.12材料0.船0.16干摩擦在固体蔺滑l塞竺竺垦要竺里墨耍一一一膜表面上单甩石墨(或二硫亿铒)或用粘结裁牯结的I璺苎一一一一一一油麓:.O(盒属).41.0(非金属)将东,汽油,非湿润拄液体潦在0.30.5盘属表面上在有诮除污染的金表面泞有精制o.150.3矿物油或湿掏性液体0.05,0.1润重耆冁慧簧嚣黑O.10.2龙一钢;尼龙一尼龙钢表面上涂有错的薄层f0.0lj】0.Ol.(m/s),摩擦系数和摩擦温度T().这些抗破裂能力叫做边界膜强度.边界膜强度可用极限PV值和极限摩擦温度来表示.P表示轴承在垂直于受力方向上的单位投影面积所受的压力,常用单位为MPa;V表示轴承摩摭表而与对偶相对滑动曲线速度,常用单他为m/s,P乘V表示轴承受外界施加韵摩豫基,牛的能力,常用单位为MFa?m/s,通常轴承工作特性以许用PV值表示,许用PV瞌一般取极限PV选的三分之一左右当所选用实际工况PV值小于许用PV值时,表示轴承能在该工作条件下安全使用j当大于许用PV值时,则可能因边界膜承载超过极限强度而导致破裂,以致损坏轴承.在应用PV值这个数据时,当P或v两者之一的数值趋于零jj_,并不意味着另一个数值可以趋于无穷大,I应针对每一种轴承材科在给出许用PV值的同时一般还应给出各自允许的极限P和极限v,这样培出的PV值数据使用更安垒l鼢来冶金轴承由于供油不足,通常不能No.2粉束冶盘含油轴承PV值及其测定完垒达到流体动力润滑.它仅在很小的运转弧度问(在承受负荷面)充满油,因此运转表j状志雕轴承向长径比,尺寸精度,表面孔隙分布和人小,配间隙,油祜度和润滑状态,xt俏材质和灰.面粗糙度,以艮环境温度等诸多因委与Pvfi/有戈.从轴承运转过程T吞,碰运转仞期,摩擦系数较高.随着曼转延长,发面逐渐魔合,在很长时间内摩擦系数趋于稳定.轴承运行到后期,由于舣多隅然因素.由影响,摩擦力矩升高,摩按盘度也丁卜高导致边界膜破裂,摩擦副加剧磨损,轴承寿命终止.所以摩擦温度是衡量湘洲摸证度的一个主要参数.摩擦温度可用下式发示【5:TT=一?PV(1)l,.A2式中T靡撼挺面疆度,T环境温度,1cli摩擦系数P作用在摩擦表面上的负荷,Mrav摩擦表而相对滑动速度,mfsK,轴及轴季座均帆械敏热度K轴承本身的散热度由上式可知,假定摩擦系数和热量敌失为常数,则PV值与摩擦温度升高成正比.在实际运行中,摩擦温度升高和摩擦力矩变化有戈.为此,用摩擦温度和摩擦力矩的变化可以判别轴承寿命,即铡得极限PV值.三,PV值的试验方法测定轴承极限PV值的试验机为MPV15oo7摩擦跌验机(见粉末冶金技术)1987年第三上田30页).试验方法有三种,图2简单介绍了这三种方法及其各自的基本关系.A所示为最常用的方法.这种方法速度恒定,负荷阶段式地缓慢提高,直至达到预定的极限值(考蝗轴承的温度或磨损情况)怄这种1l荷方式与轴承实际负荷相差很圉2测定娩结轴承极限负荷的冀验方法A速度恒定埋渐加谴,每I】童蔓囊个新轴蘑进行试验;B一苛走,连兰蔓加大.每种负菏挠千新社-连?I:c遗度恒定负荷J垂渐减少,每矗立褶砷负荷鄙按一个新轴承远,因为轴承通常的工作条件是在启动之后直接承受满载和满转.,riI1种法,州舳城与实际极为接近,负荷恒定.迷度逐渐提高到某一极限值.c种方法是在一定进度下,负荷在单项丈验中缓悭下降直逃纠颓定寿命.我们在测定PV值中选用了A9交验方法.负荷从零开始逐级增加.试验_J1j不进行磨合,因为不同尺寸精度和材质的轴承,其磨台效果相差很大,无法统一一试验条怍.根据资科(713的报道及我们册实践经殓,粉末冶金含油轴承PV值的捌定方法一般作如下规定:1.试验轴承达到极限PV瞌的标志为:摩擦系数0.15(或摩擦力矩3.9kNcm),摩擦温度110.实际试验时,只要其中一项达到规定值即示为破坏;2.试验时恒定速度,从零开始逐级加载,直至轴承破坏.速度分级和藏荷级差见表2.加载时阃婀礴一般为10分钟,当摩擦力矩不稳定对可适当延民lid问,最多刁:超过60分钟J3.试验轴承和对偶的尺寸精度要求,示于图3,4.每级转速用一个试祥和一个对涡,试验连续运转,在白润滑条件下进行,不磨台J表2速度,r/miv.哉速度,m/s每次加装级差MPa粉术冶盘技Pv值试驻选定转速和加裁负荷缀差0o.0l.R60lfx4/:,:2!/一.r:.:一抟251l3,770.750.29502i.0o7501.5o0.150.155.摩擦温度用铠装热电偶插入预先Jff好的22孔中进行测量;6.根据试验结果,得到PV,PVpT曲线和极限PV值,摩擦系数等数据四,几种典型含油轴承材料的PV值数据和分析粉术冶金含油轴承PV值测定是一项新的研究工作.由于工艺的特殊性,如何实现同种材料样品性能一致是保证试验结果有较好重现性的关键.我们在资料少的情况下,边改进试验机,边摸索试验方法,边进行试验.对含98.5%663青铜+1.5C100,0/cFe以及99.1Fe0.9C三种成分的台汕轴承的PV值进行潮定,数站戎3,极限Pv曲线垦L图15为禽99.1Fc+0.9C成分样品纳PVpT曲线,6乃含98.663青锕1.jC成,)样品的PV一曲线.为了得到可靠的试验数据,应注意以下时偶Rj建度.V(m.罐油轴承救限r,_曲强融599.I%fe0.tc成分的含油轴承V一T曲线No.2!毫堕垒宴Pv及其测定吾耄逛岛g善彰二<.老童暑hlI.j,ff._.;蝇晕越群*曼一.1,.;引川-_.引._=-.川_.=一L.c_:一一一.一_二一一一D酬一l_.兮I曲占.嚣罟嚣霍.|丁堡一g蚓K一,一渡螺:.一.一;嚣.一宣_一一一一韵窿群鞭世怛封g零赶瞄竹占.g.一豁一昌蜀一鼍E兰辑鞲斑瞄曼培d警.兽.暑盅器.篙.嚣._.go.葛0.昌=.等等.暑.苫嚣.蠹一肄土一pr,坼罐世叫鞲塾伯雉驿晦尊一叫嚣旨H0蓬星姐理可喾替量讣嚣一警赫辞值皤霹袅锄嘲导,*窭群榜末冶盒技术圈696.5665青铜+1.5c成分的含油轴承PV曲线几点:1.为了使寅验结果有较好的重现性,首先要把握好试样制备质量,严格控制制备工艺中每一个环=.要求每组试样的各项性能尽可能一致.特别要注意试样内孔尺寸精度ASTMVo1.7的严格控制,其圆柱度圊度的精度须高.不然会影响摩擦副的磨合而积,使较小的接触面积在试验初期承受较大压强,温升很高,造成轴承提前破坏,结果不能反映轴承的正常性能,2对偶件制造精度也很莺要,特剐是径向跳动必须达到一定要求,不然会影响测量结果;3.由于不进行磨合,试验加戴时间问隔要根据不同轴承而异.当Hj现丁卜流太快时,要延长加载间嗝时间,以免轴承m现期破坏|4.试验时摩擦温度受环境温度影响,而环境温度差异会使温升变化,造成结果有差异,所以在试验时要求环境温度尽量一致.从表3和图46可知(1)当对测得的极限PV值取其1/3左右作许用PV值时,此数据与类似成分的ASTM和JIS提供的许用PV喧数据基本一致:ASTM和JIS数据见表4所示14,表4ASTM和tspv值数据鞋连V,m/rain蛋间断(约0.7)?7.61.耻30.43n.45.745.7B】Fe-C他台碹0.25和他台碳0.250.B0厂一一T一0.32lI.869,73仉21I6.389.600.16CuSnC密虚,6.468g/cm3,98N/r0m21Pv2.811.971,4110,7o,355.32.O.236.3810.5l0.18I8.2310.98对摆动条件下的平均轴速度的估计值(作者注)No.2粉末冶盘含油轴承PV值及其测定107(2)对于某种材辩成舟+轴承.:pVT的黄系基本呈终件关系.圈j与:(1)置一致曲,曲线灼斜率就是T,_嚣11j,2为PV值系数,它的截距斌是环境温度T;(3)当某种轴承在使用时,如果它特艘热得到改善(如强制冷却),这时曲白斟奄礁小.该轴承的使用PV值则可提高:(4)当含油轴承在低速运转对.出于易jj成油陡,故摩擦系数较!t当酥链垌r降kPVf*五,结束语笔者近几年对粉东冶金喜油轴承fVi进行了测试研究,擞了一些初浅工作.如下几点体会.1.轴承_内运行工作特性是一个狠复杂0问题,用PV值来反映轴承盔运行中的负荷速度,温度,摩擦系数之间的关系,是庄希定条件下得出的结果,所以Pvfi怍为发计参数,局限性.在应用PV值作设计基本参数时.对它的要求不能太严格.不然会导致异常现象芨生.对于某些工作惫泞,PV随要盘一系列系数加以修正如:在速度很低,负荷很大,但朱超过轴承材料疲劳强度的情况下,PV忾要用压力系数作修正;在高速度低负荷PV值用遗度系数作修正;在轴承工难环境温度超过40g-,PV值要用温度系数来修正.2.根据对PV值的测试和分析轴承在运行中损坏扮形式是多种多样的,有灼烧,划仿牯着,冷焊等.这些损坏形式由多种因造成,与试验轴承裘面拍原始状态(包括丧髻叁嗣组织,袭丽租糙度,表面孔隙大小和布等)也有密切戈系:因此,配合PVf的测试t作开展轴承表面形貌分析,对提高轴承使用性能和指导正确使用将有重要意义.3.目前PV值的试验方法已经初步形成,试验扎也基本能满足PV随测试要求.为此应在垒行业中组织试行粉末冶金含油轴承的PV值考接,逐步将PV值试验方法定为国家标准,并且积累数据,总结出我国自己的粉束冶金含油轴承PV值数据表.这个二作是很重要的.参考文献1北京市粉术冶盘研究所,特术冶金减庠利料PV值性能研究报告,198a2岩问正吉,营野睦彦,机械设计(日),1973,17(2);35423机械工程手册,第22篇,机挑工业出版社;1978,164日本润滑学会编,霍庶辉译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