燒結(jié)含油軸承

1、前言燒結(jié)含油軸承產(chǎn)生噪音的特征 滑動(dòng)噪音的測(cè)定裝置和測(cè)試方法 影響含油軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滑動(dòng)噪音的主要因素 軸承的特性對(duì)滑動(dòng)噪音的影響 鋼軸的表面硬度和表面粗糙度與滑動(dòng)噪音的關(guān)系 潤(rùn)滑油對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)含油軸承滑動(dòng)噪音的影響 軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)條件對(duì)滑動(dòng)噪音的影響 小結(jié) 意義 音象設(shè)備對(duì)燒結(jié)金屬含油軸承所產(chǎn)生的噪音非常敏感。所以為了保持軸承的圓滑運(yùn)轉(zhuǎn)，一般采用可靠性高的燒結(jié)青銅含油軸承，而且要采取一些措施，例如適當(dāng)控制燒結(jié)條件，使合金的組織是單一相，改進(jìn)軸承的尺寸精度與表面質(zhì)量，在組裝時(shí)盡量避免塵埃混入等。然而，過于嚴(yán)格的生產(chǎn)管理勢(shì)必會(huì)使生產(chǎn)能力下降。因此非常有必要對(duì)燒結(jié)金屬含油軸承中噪音產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，以制造出

2、高質(zhì)量的低噪音燒結(jié)金屬含油軸承。 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)燒結(jié)金屬含油軸承的噪音主要起源于軸與軸承之間的滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的局部金屬接觸。這是含油軸承的自潤(rùn)滑機(jī)理決定的。在這里起主要作用的是含油軸承內(nèi)部的孔隙。 含油軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在滑動(dòng)面上產(chǎn)生油泄漏致使油膜減薄邊界潤(rùn)滑狀態(tài)在滑動(dòng)面上軸與含油軸承間金屬接觸的幾率增大噪音產(chǎn)生或增高 中心問題: 通過控制孔隙和各種相關(guān)因素來減少軸與含油軸承產(chǎn)生金屬接觸的幾率。 為了了解燒結(jié)金屬含油軸承的滑動(dòng)噪音，對(duì)該噪音所對(duì)應(yīng)的頻率進(jìn)行分析。燒結(jié)金屬含油軸承的滑動(dòng)噪音主要來自軸與軸承之間的金屬接觸，所以從金屬接觸與非金屬接觸狀態(tài)的差別來考察燒結(jié)金屬含油軸承。選擇全部去除潤(rùn)滑油的燒結(jié)青銅含油軸承

3、與經(jīng)常供油的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)的成分相同的鑄造的燒結(jié)青銅含油軸承。 比較其噪音的差別。 在808000Hz的頻率范圍內(nèi)對(duì)上述兩種軸承測(cè)試的結(jié)果。在500Hz以下的范圍，二者的滑動(dòng)噪音聲壓級(jí)的差別較小，當(dāng)頻率大于500Hz時(shí)，其滑動(dòng)噪音聲壓級(jí)的差別不斷增大，在1200Hz時(shí)，達(dá)到最大值，約為40dB。這樣，就可將在兩條曲線之間的部分，認(rèn)為是燒結(jié)青銅含油軸承的滑動(dòng)噪音的分布。 試驗(yàn)機(jī)置于一隔音箱中。將含油軸承試件裝于軸承座中后，用彈簧在垂直方向拉緊，使拉緊負(fù)荷在4.914.7N(壓力0.170.51MPa)范圍內(nèi)變化，軸對(duì)含油軸承旋轉(zhuǎn)時(shí)軸的轉(zhuǎn)數(shù)在300400r/min(周速675m/min)的范圍內(nèi)變化。

4、用固定在軸承座上的振動(dòng)拾音器捕捉滑動(dòng)音；將滑動(dòng)音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)振動(dòng)計(jì)(電測(cè)V115T)，用具有一定倍頻程的濾波器的頻率分析儀(電測(cè)F-63U)測(cè)定聲壓級(jí)。 1 含油軸承試件尺寸：6125mm；青銅含油軸承：燒結(jié)Cu-約8Sn合金；合金組織：?jiǎn)蜗嘟M織；透氣性：0.660X10-3darcy；連通孔隙度： 6、9、12、18、21(體積分?jǐn)?shù))，壓潰強(qiáng)度：150MPa。2 鋼軸材質(zhì)： 85碳鋼；熱處理：未進(jìn)行；硬度：mHv300左右；表面粗糙度：0.2m左右。3 運(yùn)轉(zhuǎn)條件速度：0.33m/s(20m/min或1000r/min)；壓力：0.17MPa或4.9N；工作間隙：約0.015mm； pV值

5、：0.056MPam/S(3.4MPam/min)；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間；60min或2000h。4 潤(rùn)滑油：SAE30#機(jī)油。 透氣性與運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滑動(dòng)噪音的關(guān)系 隨著透氣性降低，其滑動(dòng)噪音聲壓級(jí)也降低。這種傾向在500Hz以后開始顯出，到1200Hz最為明顯。所以在對(duì)透氣性不同的軸承材料的滑動(dòng)噪音進(jìn)行比較時(shí)，可以僅對(duì)其差異明顯的頻率范圍，即4001200Hz進(jìn)行測(cè)試，以使試驗(yàn)簡(jiǎn)化。 使用三種粒度不同的霧化青銅粉末，制備了透氣性為0.6 60 10-3darcy的軸承試樣，測(cè)試了通過4001200Hz的滑動(dòng)噪音聲壓級(jí)。在透氣性為26010-3darcy的范圍內(nèi)，隨著透氣性下降，滑動(dòng)噪音聲壓級(jí)明顯降低。當(dāng)透氣性

6、為2310-3 darcy時(shí)，滑動(dòng)噪音有一極小值。與該透氣性相當(dāng)?shù)倪B通孔隙度約為9。當(dāng)連通孔隙度進(jìn)一步減小到6% (透氣性約為l10-3 darcy)時(shí)，滑動(dòng)噪音再次趨向于增大。 在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于泵吸作用，潤(rùn)滑油會(huì)從軸承壁的孔隙中滲出，供給到軸與軸承的間隙并形成油膜。但該油膜一部分會(huì)從滑動(dòng)面下部的孔隙漏掉。這就使得滑動(dòng)接近邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，使軸與軸承之間金屬接觸的機(jī)會(huì)增加，因此滑動(dòng)噪音增大。當(dāng)軸承材料的透氣性下降時(shí)，由于能夠減少或防止?jié)櫥偷男孤诒Ｗo(hù)油膜的厚度，使軸與軸承之間金屬接觸的機(jī)會(huì)減少，即能夠使滑動(dòng)接近流體潤(rùn)滑狀態(tài)，所以滑動(dòng)噪音降低。然而，當(dāng)透氣性過度下降時(shí)，雖然能夠防止滑動(dòng)面潤(rùn)滑油

7、的泄漏掉，但是，從軸承體上部孔隙中滲出的潤(rùn)滑油也不足，致使金屬接觸的機(jī)會(huì)增多，由于對(duì)滑動(dòng)面供油量減小，滑動(dòng)噪音反而趨于增大。 無論軸承滑動(dòng)面的粗糙度如何，滑動(dòng)噪音首先是隨著透氣性的減小而降低，在透氣性為210-3darcy附近，滑動(dòng)噪音達(dá)到最小值；隨后隨著透氣性的減小，滑動(dòng)噪音反而增大。其次，含油軸承滑動(dòng)面的粗糙度增大時(shí)，滑動(dòng)噪音增大，但幅度不大。滑動(dòng)面粗糙度為0.4m與15m相比，滑動(dòng)噪音相差只有5dB。青銅的硬度約為mHv60，這比鋼軸的硬度mHv300低得多，因此，青銅含油軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)期間，其滑動(dòng)面粗糙度的凸出部分易產(chǎn)生變形和變平坦。這就是說，即使是青銅含油軸承滑動(dòng)面的粗糙度較大，在運(yùn)轉(zhuǎn)中

8、也是趨于減小的。因此，可認(rèn)為青銅含油軸承滑動(dòng)面的粗糙度對(duì)滑動(dòng)噪音影響不大。 青銅含油軸承的顯微組織 添加了約25wt%的相粉的青銅含油軸承試樣的顯微組織。該試樣的密度為7.3g/cm3，透氣性約為1810-3darcy，連通孔隙度為18（體積分?jǐn)?shù)）%，連通孔隙度與總孔隙度之比為100%，壓潰強(qiáng)度為60MPa。該試樣在700燒結(jié)5min，可以看出，錫由相粉向青銅合金粉的擴(kuò)散較少，但是二者發(fā)生了結(jié)合，因此形成了兩相組織。 隨著透氣性降低，滑動(dòng)隨著透氣性降低，滑動(dòng)噪音緩慢減小，到透氣噪音緩慢減小，到透氣性約為性約為210-3darcys時(shí)時(shí)達(dá)到最小值，其后隨著達(dá)到最小值，其后隨著透氣性減低，滑動(dòng)噪音

9、透氣性減低，滑動(dòng)噪音反而增大。添加反而增大。添加相粉相粉末對(duì)滑動(dòng)噪音的影響很末對(duì)滑動(dòng)噪音的影響很小，即使是添加小，即使是添加0%與與75%相粉末的軸承相相粉末的軸承相比，其滑動(dòng)噪音的差異比，其滑動(dòng)噪音的差異也僅有大約也僅有大約3dB。而且，。而且，該影響還與試驗(yàn)條件有該影響還與試驗(yàn)條件有關(guān)關(guān)。 滑動(dòng)噪音都在約0.9ks（15min.）內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，隨后則基本保持一定的值。而且，即使是延長(zhǎng)時(shí)間至7.2Ms（2000h）添加相粉末50wt%的軸承與純相組織（添加0%相粉末）的軸承相比，其滑動(dòng)噪音的差異也很小，在1dB以下。也就是說，在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2000h的范圍內(nèi)，相對(duì)滑動(dòng)噪音的影響都是很小的。 對(duì)于由

10、添加有0、25、50及75相粉的預(yù)合金霧化Cu-8%Sn粉制造的燒結(jié)金屬含油軸承，含油率/連通孔隙度之比值越小，滑動(dòng)噪音越大。比值小致使從軸承體上部不能再通過孔隙向滑動(dòng)面充分供油；這時(shí)，在滑動(dòng)面上形成的油膜將變得不穩(wěn)定，和金屬接觸的幾率增大。當(dāng)形成這種摩擦狀態(tài)時(shí)，相有可能劃傷硬度為mHV300左右的鋼軸，致使鋼軸表面的粗糙度增大，結(jié)果滑動(dòng)噪音增高。 短時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)含油軸承的透氣性從4010-3darcy減小到約210-3darcy時(shí)，滑動(dòng)噪音明顯減低。透氣性相同，而連通孔隙度不同時(shí)，滑動(dòng)噪音的特性曲線相差只有1dB。因此，可認(rèn)為透氣性對(duì)滑動(dòng)噪音影響大，而連通孔隙度沒有什么影響。 首先，兩種含

11、油軸承的滑動(dòng)噪音差很小，即運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間對(duì)滑動(dòng)噪音的影響不大。其次，在全部的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間范圍內(nèi)，兩種含油軸承的滑動(dòng)噪音之差都在1dB以內(nèi)。由此可以看出，孔隙度對(duì)滑動(dòng)噪音的影響不大。 不論是含油率/連通孔隙度之比為何值的軸承試樣。都是隨著透氣性減低，軸承的滑動(dòng)噪音也減小，到透氣性為210-3darcy左右達(dá)到最小值。而后，則隨著透氣性減低，軸承的滑動(dòng)噪音反而增大。 當(dāng)含油率/連通孔隙度之比值為100%時(shí)，即軸承的孔隙充滿潤(rùn)滑油時(shí)，軸承的滑動(dòng)噪音最小。隨著含油率/連通孔隙度之比值的減少，軸承的滑動(dòng)噪音增大。 含油率/連通孔隙度之比值越小，滑動(dòng)噪音就越大，滑動(dòng)噪音達(dá)到穩(wěn)定值所需的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間就越長(zhǎng)，及處于穩(wěn)定滑動(dòng)

12、噪音下運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間就越短。 用表面硬度約為mHvl00、200、300、680及750和粗糙度為0.21m的鋼軸與滑動(dòng)面粗糙度為lm的青銅含油軸承試驗(yàn)的結(jié)果示于左圖，鋼軸的硬度增高時(shí)，滑動(dòng)噪音略有減低。在鋼軸硬度為mHv100750范圍內(nèi)，滑動(dòng)噪音的特性曲線僅相差3dB左右。因此，可認(rèn)為在上述試驗(yàn)條件下，鋼軸的硬度對(duì)青銅含油軸承的滑動(dòng)噪音影響不大。鋼軸的表面粗糙度增大時(shí)，滑動(dòng)噪音鋼軸的表面粗糙度增大時(shí)，滑動(dòng)噪音顯者增高。在鋼軸的表面粗糙度為顯者增高。在鋼軸的表面粗糙度為0.215m的范圍內(nèi)，滑動(dòng)噪音的特性的范圍內(nèi)，滑動(dòng)噪音的特性曲線相差曲線相差25dB左右。這是個(gè)非常大的左右。這是個(gè)非常大的值。

13、這是由于鋼軸的硬度比青銅含油值。這是由于鋼軸的硬度比青銅含油軸承高得多，鋼軸的表面粗糙度大時(shí)，軸承高得多，鋼軸的表面粗糙度大時(shí)，它的凸出部在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)經(jīng)常突破在滑動(dòng)它的凸出部在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)經(jīng)常突破在滑動(dòng)面上形成的部分油膜，致使金屬接觸面上形成的部分油膜，致使金屬接觸的幾率大大增大，故滑動(dòng)噪音顯著增的幾率大大增大，故滑動(dòng)噪音顯著增大。由此可見，鋼軸表面的粗糙度是大。由此可見，鋼軸表面的粗糙度是影響青銅含油軸承滑動(dòng)噪音的一個(gè)重影響青銅含油軸承滑動(dòng)噪音的一個(gè)重要因素。要因素。 在鋼軸的表面粗糙度約為0.2m的情況下，試驗(yàn)后軸承滑動(dòng)面上孔隙的狀態(tài)與試驗(yàn)前相比幾乎沒有發(fā)生變化。因精整形成的軸向痕跡仍然存在，幾乎沒

14、有觀察到在滑動(dòng)方向所產(chǎn)生的摩擦痕跡。所以，可認(rèn)為軸與軸承之間發(fā)生的金屬接觸很少。其結(jié)果，滑動(dòng)噪音很小。 在鋼軸的表面粗糙度約為15m的情況下，含油軸承在試驗(yàn)后的滑動(dòng)面上，由于基體產(chǎn)生塑性流動(dòng)，不僅因精整形成的軸向痕跡消失，而且連孔隙也幾乎觀察不到，而在滑動(dòng)方向上能夠明顯觀察到摩擦的痕跡。因此，可認(rèn)為軸與軸承之間發(fā)生了顯著金屬接觸。其滑動(dòng)噪音也高。 在透氣性較大的情況下，減低透氣性能夠減小滑動(dòng)噪音，一般說來，在透氣性為210-3darcy左右時(shí)，滑動(dòng)噪音可達(dá)最小值。含油軸承與鋼軸的表面粗糙度增大時(shí)，都能夠使滑動(dòng)噪音增大。但一般地，含油軸承材料的硬度較低，滑動(dòng)時(shí)其粗糙度能夠變形而平坦化，所以它對(duì)滑

15、動(dòng)噪音的影響不大。而鋼軸的硬度較高，在滑動(dòng)中其粗糙度不容易發(fā)生變化，所以當(dāng)其表面粗糙度大時(shí)，會(huì)對(duì)滑動(dòng)噪音產(chǎn)生大的影響。為了減低含油軸承工作時(shí)的滑動(dòng)噪音，應(yīng)當(dāng)盡量使用粗糙度小的含油軸承與鋼軸，特別是要使用粗糙度小的鋼軸。 總的說來，含浸以高粘度潤(rùn)滑總的說來，含浸以高粘度潤(rùn)滑油的含油軸承的聲壓級(jí)較低。油的含油軸承的聲壓級(jí)較低。在低于在低于200Hz的頻率范圍，潤(rùn)的頻率范圍，潤(rùn)滑油粘度的差對(duì)聲壓級(jí)差的影滑油粘度的差對(duì)聲壓級(jí)差的影響較小。當(dāng)頻率大于響較小。當(dāng)頻率大于500Hz時(shí)，時(shí)，聲壓級(jí)的差別開始明顯。例如聲壓級(jí)的差別開始明顯。例如在頻率為在頻率為1200Hz時(shí)，粘度為時(shí)，粘度為27cP與與500c

16、P的潤(rùn)滑油相比，的潤(rùn)滑油相比，其聲壓級(jí)的差別高達(dá)其聲壓級(jí)的差別高達(dá)10dB。在更高的頻率范圍，潤(rùn)滑油粘在更高的頻率范圍，潤(rùn)滑油粘度的差對(duì)聲壓級(jí)差的影響又變度的差對(duì)聲壓級(jí)差的影響又變小。小。 青銅含油軸承的透氣性、潤(rùn)滑油粘度與滑動(dòng)噪音的關(guān)系示于右圖，含浸以粘度不同的潤(rùn)滑油的青銅合油軸承試件，其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的滑動(dòng)噪音都是隨著透氣性從6010-3darcy左右減小而徐徐減小，減低到最小值后，透氣性再減小時(shí)，滑動(dòng)噪音又趨于增大：這種傾向在潤(rùn)滑油粘度小時(shí)特別明顯。同時(shí)，由圖10-20還可看出，含浸以高粘度潤(rùn)滑油者，滑動(dòng)噪音較小。這是由于潤(rùn)滑油的粘度越高，滑動(dòng)面上的油膜通過孔隙泄漏越困難，致使油膜增厚，金屬接觸

17、的幾率減小，結(jié)果滑動(dòng)噪音減小。 當(dāng)潤(rùn)滑油的粘度基本相同時(shí)，潤(rùn)滑油的種類對(duì)軸承的滑動(dòng)噪音的影響是很小的。然而，實(shí)際上不同種類的潤(rùn)滑油，其粘度往往并不相同 雖然使用高粘度潤(rùn)滑油，有利于減小含油軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的滑動(dòng)噪音，但對(duì)燒結(jié)金屬含油軸承來說，其使用的潤(rùn)滑油都是根據(jù)軸的周速來選擇的。例如，軸的周速為0.3m/s左右時(shí)，應(yīng)選用粘度為60200cp左右的潤(rùn)滑油；在此范圍內(nèi)選用粘度上限值為200cp的潤(rùn)滑油較妥當(dāng)。 壓力與滑動(dòng)噪音的關(guān)系 使用透氣性約為1010-3darcy，連通孔隙度為（體積分?jǐn)?shù)）12%的青銅含油軸承試樣，固定軸的轉(zhuǎn)速為0.33m/s，軸與軸承之間的間隙約為0.015mm，使青銅含油軸承在

18、壓力0.08、0.17、0.33、0.67MPa.下運(yùn)轉(zhuǎn)。壓力越高，滑動(dòng)噪音越大。在小于200Hz的頻率范圍內(nèi)，壓力的差異對(duì)滑動(dòng)噪音的影響較小。但是，在頻率大于500Hz時(shí)，影響較大。 壓力增高時(shí)，滑動(dòng)噪音趨于增大。這是由于壓力增高時(shí)，從滑動(dòng)面油膜向含油軸承體內(nèi)泄漏的油增多，致使油膜減薄，軸與含油軸承金屬接觸的幾率增大所致。同時(shí)，還可以看出，透氣性減小到某一值后，再減小時(shí)，壓力越高，滑動(dòng)噪音增大的趨勢(shì)就越明顯。 使用透氣性約為10-3 darcy，連通孔隙度為12%的青銅含油軸承試樣，將壓力固定為0.17MPa，軸與軸承之間的間隙約為0.015mm，使青銅含油軸承在轉(zhuǎn)速為0.08、0.17、0.33m/s下運(yùn)轉(zhuǎn)。得到滑動(dòng)噪音隨頻率的變化 。在透氣性不同的情況下，滑動(dòng)噪音都隨著運(yùn)轉(zhuǎn)速度的增大而明顯增大。這是因?yàn)樵谶\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燒結(jié)金屬含油軸承的潤(rùn)滑狀態(tài)只能是接近而不會(huì)形成完全流體潤(rùn)滑。也就是說，周速高時(shí)，雖滑動(dòng)面形成的油膜可能增厚，但仍會(huì)有一定的金屬接觸存在。這時(shí)，因金屬接觸而產(chǎn)生的噪音，其能量和運(yùn)動(dòng)能量以同樣速度增高，結(jié)果，周速越高，滑動(dòng)噪音越大。 使用透氣性約為10-3darcy，連通孔隙度為（體積分?jǐn)?shù)）12%的含油軸承試樣，將壓力固定為0.17MPa，周速為0.33m/s，取軸與軸承之間的間隙約為0.005、0.015mm以及0.030mm，使