《滑动轴承 轴承疲劳 第4部分：金属多层轴》

1

滑动轴承轴承疲劳第4部分：金属多层轴承材料轴瓦试验

1范围

本文件规定了金属多层轴承材料轴瓦持久疲劳极限的测定方法。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T18329.3-2021滑动轴承多层金属滑动轴承第3部分：无损渗透检验（GB/T18329.3-2021，ISO4386-3:2018，MOD）

3术语和定义

本文件没有需要界定的术语和定义。

4符号

本文件使用的符号见表1。

表1符号

符号

定义

单位

A1

轴瓦衬背应力系数

-

a1,i

i=0,1,2时的轴瓦衬背外表的三个系数

-

A2

衬层表面的应力系数

-

a2,i

i=0,1,2时的衬层表面的三个系数

-

b

轴瓦宽度

mm

B1

轴瓦衬背应力系数

-

b1,i

i=0,1,2时的轴瓦衬背外表的三个系数

-

B2

衬层表面的应力系数

-

b2,i

i=0,1,2时的轴瓦衬层表面的三个系数

-

E

杨氏模量

MPa

E1

钢背杨氏模量，E1=210×103

MPa

E2

衬层杨氏模量

Pa

E

无量纲杨氏模量，E=E2/E2,0

-

E2,0

用于绘制图A.2中曲线的杨氏模量，E2,0=50×103

MPa

E3

镀覆层杨氏模量

MPa

F

夹紧端径向力

N

2

F

平均径向力

N

FA

径向力幅值

N

N

疲劳循环次数

—

_

r

平均厚度半径=0.5x(r3+r4)

r2

衬背和衬层界面处半径

mm

r3

工作表面半径（镀覆层厚度可忽略不计）

mm

r4

轴瓦钢背外圆半径

mm

s

轴瓦总厚度

mm

*s

无量纲轴瓦总厚度，s*=2x[(r4__r3)/(r3+r4)]

-

s1

钢背厚度

mm

*s1

无量纲钢背厚度，s=(r4__r2)/(r4__r3)

-

t

时间

s

σ

应力

MPa

*σ

无量纲应力，σ*=σ/σnom

-

σel

应力幅值

MPa

σnom

名义应力σnom=(6xFx)/(bxs2)

MPa

σ1

轴瓦衬背外表面应力

MPa

*

σ1

轴瓦衬背外表面无量纲应力

-

σ2

衬层表面应力

MPa

*

σ2

衬层表面无量纲应力

-

σ3

镀覆层应力

MPa

v1

钢背泊松比

-

钢背泊松比

-

衬层泊松比

-

镀覆层泊松比

-

径向载荷的角频率

位移

mm

平均位移

mm

位移幅值

mm

3

5试样

试样应为待用的成品轴瓦。通常，由于试验载荷条件，主应力位于轴瓦顶部。试验前和试验过程中应注意避免对试样表面造成机械损伤或腐蚀。该试验方法的优点在于试样中存在着制造过程中伴随产生的残余应力。

6试验方法

试验原理见图1。试样应一端夹紧，另一端在削薄分界面偏心处通过施加径向力或者位移的方法进行加载。载荷应在工作表面内衬层从压到拉波动。此外，可预先施加一个压缩或拉伸预应力，以便评估平均应力的依赖性。试验设备宜置于装有润滑油的油箱中，润滑油温度波动范围±2ºC；也可在环境温度波动范围在±2ºC的空气中进行试验。

采用轴瓦背面弧长中点处的表面应力作为名义应力，可通过该位置粘贴的应变片来测量。若已知钢背和衬层厚度以及杨氏弹性模量，则可以计算出衬层内所需的应力。另外，可以通过力传感器测量或者通过悬臂梁理论计算夹紧端的径向力F，并按照附录A的方法计算衬层中的应力值。该应力值对衬层和钢背厚度高度敏感，因此应在试验后通过显微截面法测定上述厚度。试验频率范围应在50Hz～80Hz之间。裂纹应按照GB/T18329.3的规定使用着色渗透法或显微镜进行检测。

4

图1试验原理

幅值应由作用力F或位移Δx进行控制。

7试验结果的评价和表征

持久极限应力应以预定温度±2ºC下的σel-N曲线来表征，并提供轴承材料的详细说明。

考虑实际情况，σel-N曲线测试通常在50×106次应力循环时结束。持久极限应力可引用指定循环次数下的值，例如：3×106，10×106，25×106或者50×106。在疲劳试验中，试样在指定的疲劳次数下没有失效的，应在试验报告中注明。由于试验结果通常存在分散性以及疲劳极限具有统计特性，建议基于统计方法对试验结果进行评价。

持久极限应力也可通过Haigh来表示，画出应力幅对平均应力的关系曲线。金相检查可以提供损伤机理、腐蚀侵袭和热扩散的详细证据。

A

A

5

附录A

（资料性）

应力的计算

A.1应力的计算

图A.1所示的轴瓦系统由半径r4，衬背厚度s1描述，该系统和杨氏模量E2,0=50×103MPa及名义应力σnom相关。

图A.1轴瓦系统

图A.2给出了双层轴承的应力计算结果。图A.2中的曲线基于杨氏模量为50×103MPa轴承的数据绘制。

A.2计算示例

A.2.1总则

给定的轴瓦数据如下：

b=30mm

E1=210×103MPa

E2=69×103MPa

E3=22×103MPa

F=100N

r2=49.10mm

r3=48.52mm

r4=51.50mm

假设因为镀覆层（PbSn11）厚度相对较薄（0.02mm），因而不会影响其他层的应力。本示例中的所有值均计算至小数点后三位。

A.2.2计算相关尺寸

修正实际杨氏模量：

E=E2/E2,0

E=(69×103)/(50×103)

E=1380

计算无量纲钢背厚度：

6

S=(r4__r2)/(r4__r3)

S=(51.5__49.1)/(51.5__48.52)S=0.805

计算无量纲轴瓦总厚度：

S*=2×[(r4__r3)/(r3+r4)]

S*=2×[(51.5__48.52)/(51.5+48.52)]S*=0.06

计算平均厚度半径：

_

r=0.5×(r3+r4)

_

r=0.5×(48.52+51.5)

_

r=50.01

A.2.3计算名义应力

σnom=(6×F×)/(b×S2)

σnom=112.63MPa

A.2.4系数a和b

使用图A.2和无量纲钢背厚度S，系数a和b可以从图表中读取或通过计算获取。工作表面：

a2,0=0.014a2,1=0.487a2,2=-0.083

b2,0=0.031b2,1=0.335b2,2=-0.077

衬背：

a1,0=1.551a1,1=-0.280a1,2=0.049

b1,0=-0.441b1,1=-0.090b1,2=0.032

A.2.5计算或读取系数A和B

工作表面：

A2=a2,0+a2,1×E+a2,2×E2

A2=0.014+0.488×1.380-0.083×1.3802

A2=0.529

B2=b2,0+b2,1×E+b2,2×E2

B2=0.031+0.335×1.380-0.077×1.3802

B2=0.346

衬背：

A1=a1,0+a1,1×E+a1,2×E2

A1=1.553-0.281×1.380+0.046×1.3802

A1=1.253

B1=b1,0+b1,1×E+b1,2×E2

B1=-0.441-0.090×1.380+0.032×1.3802

7

B1=-0.504

A.2.6计算无量纲应力

工作表面：

σ=0.529+0.347×0.060

衬背：

σ=A1+B1×s*

A.2.7计算实际应力

工作表面：

σ2=0.550×112630

σ2=61.947MPa

衬背：

σ1=σ×σnom

σ1=1.223×112630

σ1=137.746MPa

A.2.8镀覆层中应力的近似计算

σ3=σ2×E3/E2

σ3=19.723Mpa

A.3双层和三层轴瓦中应力值的计算

8

a)衬层表面应力系数与无量纲钢背厚度的关系b)轴承钢背外表面应力系数与无量纲钢背厚度的关系

图A.2双层和三层轴瓦中应力值的计算说明：

a2,0=1.8127-4.1812×s+2.4186×s2a1,0=5.3866-5.7096×s+1.1765×s2

a2,1=-0.9422+4.9216×s-3.9069×s2a1,1=-7.1015+13.9625×s-6.8190×s2

a2,2=0.1525-1.1544×s+1.0703×s2a1,2=2.6745-5.7995×s+3.1475×s2

b2,0=1.5511-3.2821×s+1.7309×s2b1,0=-2.6739+5.7506×s-3.6978×s2

b2,1=-1.9947+6.5920×s-4.5933×