銅基粉末冶金和青銅襯墊桿端關(guān)節(jié)軸承摩擦學(xué)性能對比

采用自制的高頻重關(guān)節(jié)軸承摩磨損試驗(yàn)機(jī)在頻3 H應(yīng)8 MP 下試了銅基粉末冶金和青銅桿關(guān)節(jié)承的摩擦數(shù)升和損情況借掃電子顯微鏡(SEM查分析了2種村墊的表面磨損差異。結(jié)果表明:基粉末冶金村軸承的摩學(xué)性能優(yōu)于青村墊且前者為輕微磨粒磨損，后者為嚴(yán)重磨粒磨損。

自潤滑關(guān)節(jié)軸承因其承載大、結(jié)構(gòu)緊湊，具有耐腐蝕、耐沖擊以及摩擦因數(shù)小的特點(diǎn),在載重汽車軍工機(jī)械及工程機(jī)械等領(lǐng)域-3得到了廣泛應(yīng)用。近年來,我國引進(jìn)的一些連接操縱系統(tǒng)、調(diào)節(jié)裝置以及耐高低溫的機(jī)械設(shè)備中，70%以上使用了白潤滑桿端關(guān)節(jié)軸承。在美國波音飛機(jī)的操縱傳動(dòng)系統(tǒng)中，其使用率幾乎達(dá)到了100%[4]。自潤滑材料是影響自潤滑桿端關(guān)節(jié)軸承壽命的重要因素,因此,國內(nèi)、外學(xué)者[5-]研究關(guān)節(jié)軸承的一個(gè)重要方面就是自潤滑材料的摩擦學(xué)性能，但針對桿端關(guān)節(jié)軸承襯墊材料的摩擦學(xué)試驗(yàn)研究開展的較少。

銅基粉末冶金襯墊是由銅粉、錫粉鋅粉和鐵粉等經(jīng)混合、壓壞燒結(jié)、精整和浸油處制成，其主要優(yōu)點(diǎn)是自潤滑性能良好、摩擦因數(shù)小,并且結(jié)構(gòu)簡單、加工成本低,便于制造和裝配，廣泛應(yīng)用在一些不方便添加潤滑劑的工程機(jī)械中。青銅村墊是錫磷青銅，由銅、錫、磷和鉛等化學(xué)成分組成，具有較高的強(qiáng)度和良好的耐腐蝕及耐磨性，其應(yīng)用同樣非常廣泛。下文利用自制的高頻重載桿端關(guān)節(jié)軸承擺動(dòng)摩擦損試驗(yàn)機(jī)在3H和8MPa條件下,試驗(yàn)對比襯墊材料的摩擦學(xué)性能及其微觀磨損機(jī)理期望能為2種桿端關(guān)節(jié)軸承品質(zhì)的提高提供參考。

一、試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)對象

圖1所示為試驗(yàn)選用的桿端關(guān)節(jié)軸承結(jié)構(gòu)圖?；境叽鐬?內(nèi)徑16mm,內(nèi)圈寬度21mm球徑28.575mm,外徑40mm,外圈寬度15mm,M16的內(nèi)螺紋桿深度28 mm,桿端長度44 mm。

1.2試驗(yàn)設(shè)備及方法試驗(yàn)
在自制的桿端關(guān)節(jié)軸承摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)原理如圖 2 所示。參照J(rèn)B/T10860--2008[確定試驗(yàn)方案和方法。試驗(yàn)在室溫下進(jìn)行,試驗(yàn)開始前,對被試軸承靜壓加載 8MPa(或3.4 kN)15 min 后再開機(jī)進(jìn)行25 000次的擺動(dòng)試驗(yàn)。因?yàn)橐簤杭虞d系統(tǒng)比較穩(wěn)定，并目調(diào)壓方便,故試驗(yàn)選擇液壓系統(tǒng)加載方式。試驗(yàn)軸承的擺動(dòng)頻率為3 Hz,擺動(dòng)角度為6。采用變頻器實(shí)現(xiàn)對主軸擺動(dòng)頻率的無級變速調(diào)節(jié):通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)主軸擺動(dòng),調(diào)節(jié)主軸的擺動(dòng)角度。利用扭矩傳感器和位移傳感器實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)軸承扭矩值和磨損量的在線檢測,采用無紙測溫儀實(shí)時(shí)記錄被試軸承的摩擦溫升。

1.3結(jié)與分析

桿端關(guān)節(jié)軸承的失效形式大部分是磨損失效，影響其摩擦磨損性能的關(guān)鍵因素是桿端關(guān)節(jié)軸承的襯墊材料。因此,分別進(jìn)行3 組摩擦磨損試驗(yàn),取其平均值來對比 2 種襯墊材料的摩擦學(xué)性能。圖3所示為關(guān)節(jié)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)25 000 次后的摩擦因數(shù)、魔擦溫升和磨損量的柱狀圖。

由圖3可以看出，青銅襯墊軸承運(yùn)轉(zhuǎn)25 000次后的摩擦因數(shù)、溫升和磨損量都高于銅基粉末冶金襯墊軸承，說明銅基粉末冶金襯墊軸承的摩擦學(xué)性能優(yōu)于青銅襯墊軸承。根據(jù)JB/T108602008 要求可知:當(dāng)關(guān)節(jié)軸承摩擦副材料的摩擦因數(shù)大于0.25,關(guān)節(jié)軸承表面溫度大于 150C以及磨損量大于0114mm時(shí)表明關(guān)節(jié)軸承已經(jīng)失效。由圖3可知2種端關(guān)節(jié)軸承摩擦副材料的摩擦因數(shù)、摩擦溫升和磨損量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值,說明摩擦磨損性能都能滿足JB/T10860一2008的要求。

二、磨損機(jī)理分析

圖4所示為2種桿端關(guān)節(jié)軸承襯墊材料在擺動(dòng)頻率3 Hz接觸壓力8MPa條件下經(jīng)過25 000次擺動(dòng)后的 SEM 照片由圖4a 可以看出，銅基粉末冶金襯墊軸承的摩擦表面條紋比較完整,襯墊表面局部產(chǎn)生了型皺和槽狀磨痕,說明軸承發(fā)生了輕微的磨粒磨損。由圖4b可知,青銅襯墊軸承磨損表面有明顯的型溝和槽狀磨痕,由于被裂縫破壞,襯墊表面的條紋呈現(xiàn)不連續(xù)狀,說明大量的脫落顆粒在連續(xù)摩擦的作用下變成磨?；蚰バ?導(dǎo)致磨損表面發(fā)生嚴(yán)重疲勞剝落和脆裂,軸承發(fā)生了嚴(yán)重的磨粒磨損。

三、結(jié)論

(1)在相同試驗(yàn)條件下,銅基粉末冶金襯墊軸承的摩擦因數(shù)、溫升和磨損量都小于青銅襯墊軸承,說明銅基粉末冶金襯墊軸承的摩擦學(xué)性能優(yōu)于青銅襯墊軸承。

(2)2 種襯墊軸承的摩擦、磨損性能指標(biāo)都能滿足JB/T 10860-2008 的要求

(3)通過對2種桿端關(guān)節(jié)軸承襯墊磨損面的SEM 對比分析發(fā)現(xiàn),在3 Hz,8 MPa 條件下,銅基粉末冶金襯墊軸承表現(xiàn)為輕微磨粒磨損,青銅襯墊軸承為嚴(yán)重磨粒磨損。。

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