铜基粉末冶金和青铜衬垫杆端关节轴承摩擦学性能对比.pdf

墨 Q CN4l一1 1 4 8 ／TH 轴承2 0 1 3 年6 期 Be a r i n g 2013， No．6 4345 铜基粉末冶金和青铜衬垫杆端关节轴承摩擦学 性能对 比 占松华 ， 吕桂森 ， 邱明 1 ． 台州科锦轴承有限公司， 浙江 台州3 1 8 0 5 0； 2 ． 河南科技大学， 河南 洛阳4 7 1 0 0 3 摘要 采用自制的高频重载杆端关节轴承摩擦磨损试验机 ， 在摆动频率 3 H z ， 接触应力 8 MP a条件下试验分析 了铜基粉末冶金和青铜衬垫杆端关节轴承的摩擦因数、 温升和磨损情况 ， 借助扫描电子显微镜 S E M 检查分析 了2种衬垫的表面磨损差异。结果表明 铜基粉末冶金衬垫轴承的摩擦学性能优于青铜衬垫 ， 且前者为轻微磨 粒磨损， 后者为严重磨粒磨损。 关键词 杆端关节轴承； 铜基粉末冶金 ； 青铜； 摩擦磨损 中图分类号 T H 1 1 7 ． 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 3 7 6 2 2 0 1 3 0 60 0 4 3 0 3 Co mp a r i s o n o f Tr i b o l o g i c a l P r o p e r t i e s f o r Ro d En d S p h e r i c a l Pl a i n Be a r i n g s wi t h Co p pe r Ba s e Po wd e r M e t a l l u r g y a n d Br o n z e Li n e r Zh a n S o n gh u a ， LU Gui s e n 2 ，Q i u Mi n g 1 ． T a i z h o u K e j i n B e a r i n g s C o ． ， L t d ． ， T a i z h o u 3 1 8 0 5 0 ， C h i n a ； 2 ． He n a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， L u o y a n g 4 7 1 0 0 3 ， C h i n a Ab s t r a c t nI e f ric t i o n c o e ff i c i e n t s ， t e mp e r a t u r e ris e s a n d w e a r d e p t h s o f t wo k i n d s o f r o d e n d s p h e ri c M p l a i n b e a r i n g s w i t h c o p p e r b a s e p o wd e r me t a l l u r gy a n d b r o n z e l i n e r u n d e r o s c i l l a t i n g f r e q u e n c i e s o f 3 Hz a n d c o n t a c t p r e s s u r e o f 8 MP a a r e a n a l y z e d b y a h o me ma d e h i g h o s c i l l a t i n g f r e q u e n c y a n d h e a v y l o a d t r i b ot e s t e r ． nl e d i ff e r e n c e s o f w o r n s u r f a c e s o f t h e t wo l i n e rs 8 Y e i n v e s t i g a t e d b y S E M． n e r e s u l t s s h o w t h a t t h e t r i b o l o g i c al p rop e r t i e s o f t h e b e a r i n g wit h c o p p e r b a s e p o wd e r me t all u r g y l i n e r a r e b e t t e r t h an t h o s e o f t h e b ron z e l i n e r ．T h e mi l d a b r asi v e we ar i s a p p e a r e d o n t h e s u r f a c e o f t h e b e a r i n g w i t h a c o p per b ase p o wd e r me t all u r gy l i n e r ，w h i l e t h e b e a r i n g wi t h a b ron z e l i n e r a p p e a r s s e r i o u s a b r asi v e W ear． Ke y wo r d sr o d e n d s p h e ri c al p l a i n b e a ri n g； c o p p e r b a s e p o w d e r me t all u r g y； b ron z e ； f ri c t i o n an d we ar 自润滑关节轴承因其承载大、 结构紧凑， 具有 耐腐蚀、 耐冲击以及摩擦因数小的特点， 在载重汽 车 、 军工机械及工程机械 等领域 得 到 了广泛 应用 。近年来 ， 我国引进的一些连接操纵系统 、 调 节装置以及耐高低温的机械设备中， 7 0 ％以上使 收稿 日期 2 0 1 21 2 2 3 ； 修回日期 2 0 1 3 0 2 0 3 基金项目 国家自然科学基金项 目 5 1 2 7 5 1 5 5 ； 河南省杰 出青年基金项目 1 1 4 1 0 0 5 1 0 0 0 2 作者简介 占松华 1 9 6 7 一 ， 男， 工程师， 董事长， 从事轴承 设计与制造。 通讯作者 邱明 1 9 6 9 一 ， 女， 教授 ， 博士生导师， 研究方向 为轴承摩擦学及特种轴承设计。Em a i l q i u m i n g 6 9 1 2 6 ． c o rn。 用了自润滑杆端关节轴承。在美国波音飞机的操 纵传动系统中， 其使用率几乎达到了 1 0 0 ％ ] 。自 润滑材料是影响 自润滑杆端关节轴承寿命 的重要 因素 ， 因此 ， 国内、 外学者 研 究关节轴承 的一 个重要方面就是 自润滑材料 的摩擦学 性能 ， 但针 对杆端关节轴承衬垫材料的摩擦学试验研究开展 的较少 。 铜基粉末冶金衬垫是 由铜粉 、 锡粉 、 锌粉和铁 粉等经混合、 压坯、 烧结、 精整和浸油处理制成， 其 主要优点是自润滑性能良好、 摩擦因数小， 并且结 构简单、 加工成本低， 便于制造和装配， 广泛应用 在一些不方便添加润滑剂 的工程机械中。青铜衬 垫是锡磷青铜， 由铜、 锡、 磷和铅等化学成分组成， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 轴承 2 o 1 3 ． №． 6 具有较高的强度 和 良好 的耐腐蚀 及耐磨性 ， 其应 用同样非常广泛。下文利用 自制的高频重载杆端 关节轴承摆动摩擦 、 磨损试验机 ， 在 3 H z和 8 MP a 条件下， 试验对比衬垫材料的摩擦学性能及其微 观磨损机理， 期望能为 2种杆端关节轴承品质的 提高提供参考 。 1 试 验 1 ． 1 试验对象 图 1所示 为试验选 用 的杆 端关 节轴 承结构 图。基本尺寸为 内径 1 6 m l T l ， 内圈宽度 2 1 m l T l ， 球 径 2 8 ． 5 7 5 mm， 外径 4 0 m m， 外圈宽度 1 5 m m， M1 6 的内螺纹杆 ， 深度 2 8 m m， 杆端长度 4 4 m m。 外圈 内圈 图 1 自润滑杆端 关节轴承结构 图 1 ． 2 试验设备及方法 试验在 自制的杆端关节轴承摩擦磨损试验机 上进行 ， 试验机结构原理如 图 2所示 。参照 J B ／ T 1 0 8 6 0 --2 0 0 8 确定试验方 案和方法 。试验在 室 温下进行 ， 试验 开始前 ， 对 被试轴 承静 压加 载 8 MP a 或 3 ． 4 k N ， 1 5 mi n后再开机进行 2 5 0 0 0次 的摆动试验。因为液压加载系统 比较稳定 ， 并且 调压方便 ， 故试验选择液压系统加载方式。试 验 轴承的摆动频率 为 3 Hz ， 摆 动角度为 6 。 。采用 变频器 实现对 主轴摆 动 频率 的无 级 变速 调节 ； 通 过曲柄摇杆机构带动主轴摆动 ， 调节主轴 的摆 5 6 7 l 一减速电动机； 2 一摇杆； 3 一主轴； 4 一扭矩传感器； 5 一热电 偶 ； 6 ～轴承 ； 7 一位移传感器 图2 杆端关节轴承试验机结构示意图 动角度。利用扭矩传感器和位移传感器实现试验 轴承扭矩值 和磨损量 的在线检测 ， 采 用无纸测温 仪实时记录被试轴承的摩擦温升。 1 ． 3 结果与分析 杆端关 节轴承 的失效形 式大 部分是 磨损 失 效， 影响其摩擦磨损性 能的关键 因素是杆端关节 轴承的衬垫材料 。因此 ， 分别进行 3组摩 擦磨 损 试验， 取其平均值来对比2种衬垫材料的摩擦学 性能。图 3所示为关节轴承运转 2 5 0 0 0次后 的摩 擦 因数 、 摩擦温升和磨损量的柱状图。 O ． 1 0 8 0 ． 1 晒 誉0 ．10 2 髯0 ．0 9 9 0 腰 0 伪 3 蠢 4 0 3 9 3 8 3 7 3 6 3 5 3 4 3 3 3 2 青铜衬垫 铜基粉末冶金衬垫 a 摩擦因数 0 ． 0 0 9 0 ． 0 0 8 0 ． 0 昕 0 ． 0 0 6 0 ． 0 晒 O． 0 O． 0 ∞ 0 ． 0 青铜衬垫铜基粉末冶金衬垫 b 温升 I I Ⅱ I I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m