摘要滑动轴承是内燃机中的重要部件常见车用滑动轴承的质量优劣与其选用的合金材料密切相关文章较详细地
阐述了汽车发动机曲轴上承受径向载荷的滑动轴承的性能特点组织结构及内燃机滑动抽承的常用材料同时还分别介绍了锡基轴承合金铅基轴承合金铝基轴承合金铜基轴承合金及多层轴承合金的滑动轴承中合金材料的特点性能和用途使用中应做到合理选用以发挥其应有作用延长使用寿命
关键词车用滑动轴承合金材料特点
,,,
珑承受径向载荷的滑动轴承性能特点和结构径向滑动轴承有剖分式整体式凸缘式和自位式等几种型式径向滑动轴承的宽径比一般取为减小轴向尺寸如在内燃机中也可取至宽径比对轴承性能有很大影响
滑动轴承中轴瓦与内衬直接与轴颈配合使用相互间有摩擦而且还要承受交变载荷和冲击载荷的作
用由于轴是机器上的重要零件其制造工艺复杂
成本高更换困难为确保轴受到最小的磨损轴
瓦
的硬度应比轴颈低得多必要时可更换被磨损的轴
瓦
而继续使用轴滑动轴承应有足够的抗压强度和抗疲劳性能同时具有良好的减摩性摩擦系数要小磨合性导热性耐蚀性公益性以及良好的储备润滑油的功能使之制造容易价格便宜但一种材料无法同时满足上述性能要求因此可将滑动轴承合金用铸造的方法镶铸在钢的轴瓦上制成双金属轴承滑动轴承合金应具备软硬兼备的理想组织即软基体和均匀分布的硬质点硬基体上分布着软质点轴承在工作时软的组织首先被磨损下凹可储存润滑油形成连续分布的油膜硬的组成部分则起着支承轴颈的作用这样轴承与轴颈的实际接触面积大大减少使轴承的摩擦减少如图所示滑动轴承是汽车发动机很重要的摩擦易损件它与曲轴活塞销和凸轮轴是一对很重要的摩擦副它既支承旋转部件又承受燃气压力运动部件的惯性力另外还要承受由于摩擦而产生的热负荷故滑动轴承及其合金材料的机械性能在一定程度上决定了发动机的尺寸质量寿命可靠性以及某些主要经济技术指标滑动轴承工作时轴瓦与转轴之间要求有一层很薄的油膜起润滑作用如果润滑不良轴瓦与转轴之间就存在直接的摩擦摩擦会产生很高的温度虽然轴瓦是由特殊的耐高温合金材料制成但发生直接摩擦产生的高温仍然足以将其烧坏轴瓦还可能由于负荷过大温度过高润滑油存在杂质或豁度异常等因素造成烧瓦烧瓦后滑动轴承就损坏了内燃机滑动轴承的常用材料内燃机滑动轴承材料是制造轴瓦和轴套等零件的材料这些零件是直接与轴或轴颈配合的摩擦偶件滑动轴承材料必须具有良好的减摩性耐磨性嵌藏性顺应性耐腐蚀性及足够的承载能力以减小摩擦磨损延长轴承的使用寿命轴瓦用减摩性良好的滑动轴承材料制造包括金属材料如铜合金铝合金和巴氏合金等和非金属材料如塑料石墨橡胶和木材等有些减摩性较好的金属材料强度低如巴氏合金只在材料强度较高的轴瓦表面上浇铸一层称为轴承衬支撑轴承衬的部分称为轴承衬背常用软钢铸铁或青铜制造为进一步改善轴承衬表面性能可在其表面镀上减摩性更好的薄层金属如锢这样由多层不同金属材料制造的轴瓦称为多层金属轴瓦内孔形状基本不受轴承座孔形状影响的轴瓦称为厚壁轴瓦内孔形状主要取决于轴承座孔形状的轴瓦称为薄壁轴瓦在内燃机和空气压缩机等大批量生产的机器中广泛采用薄壁轴瓦由于金属材料越软其顺应性和嵌入性越好但强度越低所以软金属材料只能作轴承衬用反之硬度高的材料强度高但顺应性和嵌入性差因此用这种材料制成的轴瓦要求轴与轴承的对中误差小滑动轴承材料应根据载荷速度温度润滑条件和寿命等因素进行选择常用的滑动轴承材料有巴氏合金铜基和铝基合金耐磨铸铁塑料橡胶木材和碳石墨等随着现代内燃机向高速与大型化方向发展对滑动轴承的承载能力及可靠性提出了更高的要求传统的巴氏合金轴承材料的承载能力特别是高温承载能力较低随温度的上升会出现严重的粘着磨损而引起烧瓦事故铜基轴承合金的承载能力和疲劳强度很高
但其表面顺应性嵌藏性及磨合性较差容易伤轴
故其表面需要层铅锡元合金或元合金材料
锡基轴承合金锡基巴氏合金的滑动轴承锡基巴氏合金价格较高主要用于高速重载的
重
要轴承和大型轴承铅基巴氏合金的性能不如锡基合金但价廉应用较广适用于中速中载且载荷
比
较稳定的轴承加入微量元素如铬和被等制造高强度巴氏合金是新的发展方向锡基轴承合金是一种软基体硬质点类型的低熔
点轴承合金它是以锡和锑为基础并加入少量其
它元素的合金其牌号为“”即“铸承”的汉语拼音字首其后附以基本元素与主加元素的化学
符号并标明主加元素与辅加元素的含
量表示
例如一是锡基轴承合金表示含有约锑和铜余为锡常用的牌号有一一和一等当轴在轴承中转动时轴瓦的软基体被磨损使
轴与轴承的形状吻合起来而硬质点则呈显微突出轴颈就架在这些硬质点上减少轴颈与轴承的接触面
积从而减少磨损在轴颈与软基体间空隙中可以储存润滑油进一步减少摩擦如果遇到偶然落入的
铁屑或砂粒以及其他硬杂质则可被压入软基体中不致划伤轴颈
锡基轴承合金具有良好的磨合性抗咬合性嵌藏性和耐蚀性浇注性能也很好摩擦系数和膨胀系
数小具有良好的导热性塑性和耐蚀性适于制造
高速重负荷条件的轴承因而普遍用于浇注汽车发动机气体压缩机冷冻机和船用低速柴油机的轴承和轴瓦锡基轴承合金的缺点是疲劳强度低允许温度
也较低不高于巧℃一旦润滑条件不正常轴
承极易烧损同时它的抗压强度也不够高承受高转速重负荷时易于损坏由于锡较贵条件允许的情
况
下采用铅基轴承代替锡基轴承合金
铅基轴承合金铅基巴氏合金的滑动轴承铅基轴承合金也是一种软基体硬质点类型的轴承合金加入锑锡和铜等合金元素组成的合金铅基轴承合金的强度硬度导热性和耐蚀性均比锡基轴承合金低而且摩擦系数较大但价格便宜适合于制造中低载荷的轴瓦如汽车拖拉机曲轴轴承及铁路车辆轴承等
铅基轴承合金常用牌号为一一含
和加入约的作用是溶入中强化基体并能形成硬质点加入约能防止比重偏析同时形成硬质点提高合金的耐磨性铅基和锡基巴氏合金的强度都较低需要把它镶铸在钢的轴瓦一般用钢冲压成型上形成薄而均匀的内衬才能发挥作用
铝基轴承合金的滑动轴承随着汽车发动机向高速重载和增压强化方向发展轴承的工作条件更加恶化因此对轴承材料提
出了更高的要求铝基轴承合金基本上具备了上述轴
承合金的优点并弥补了它们的不足之处因此在
汽车发动机上应用日益增多铝基合金有铝锑镁合金铝锡合金和铝硅合金它们的抗压强度和抗疲劳强度
较高导热性和耐蚀性好价廉但其摩擦相容性嵌入性和顺应性较差广泛用于内燃机和压缩机轴承铝基轴承合金是以铝为基体加入锑和锡等合金元
素所组成的合金密度小导热性和耐蚀性好疲劳强度高铝基轴承合金是一种新型减摩材料原料丰
富价格便宜广泛应用于高速和重载下工作的汽车拖拉机及柴油机轴承等但它的线膨胀系数大运转
时容易与轴咬合使轴磨损可通过提高轴颈硬度加大轴承间隙和降低轴承和轴颈表面粗糙度值等办法来
解决
常用的铝基轴承合金有以下类
铝锑镁轴承合金该合金与钢板一起热
轧成双金属轴承生产工艺简单成本低廉并具有良好的疲劳强度和耐磨性但承载能力不大适于制
造负荷小于滑动速度低于耐的轴承铝锡轴承合金这种合金以钢为衬背轧
制成双合金带它具有较高的疲劳强度和良好的耐热
性耐磨性及耐蚀性生产工艺简单成本低可制
造负荷高达,滑动速度低于耐的轴
承目前它代替其他轴承合金广泛应用于汽车拖
拉机和内燃机车等铝基轴承合金当前存在的主要缺点是线膨胀系数大因此在使用中要有大的配合间
隙同时制造工艺较为复杂与锡基轴承合金相
比
硬度较高修复中刮削较为困难
铜基轴承合金的滑动轴承
铜基轴承合金具有高的疲劳强度和承载能力优良的耐磨性良好的导热性摩擦系数低能在
℃
以下正常工作适合于制造高速和重载下工作的轴承如高速柴油机和航空发动机轴承等几种滑动轴承常用合金材料的代号成分性
能
及用途如表所
示
多层轴承合金是一种复合减磨材料它是综合了
各种减磨材料的优点弥补其单
一合金的不足从而
组成层或层减磨合金材料以满足现代机器高速重载和大批量生产的要求例如将锡锑合金铅锑
合金铜铅合金及铝基合金等之一与低碳钢带一起轧制复合而成双金属为了进一步改善顺应性嵌镶性及耐蚀性可在双层减磨合金表面上再镀上一层软而薄的镀层这就构成了具有更好减磨性及耐磨性的层减磨材料这种多层合金的特点都是利用增加钢
背和减少减摩合金层的厚度以提高疲劳强度采用镀
层来提高表面性能参考文献刘译九滚动轴承应用手册【北京机械工业出版社轴承工业教材编审室轴承检测技术「北京机械工业出版社
王广生金属热处理缺陷分析及案例北京机械工业出版社
马亚良滚动轴承质量控制「北京中国计量出版社
收稿日期