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塑料滑动轴承技术以及在汽车行业应用

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发布时间: 2021-01-14

轴承从工作原理上可以分为滚动轴承与滑动轴承,滚动轴承工作时发生的是滚动摩擦副,而滑动轴承工作时发生的是滑动摩擦副,这就决定了滚动轴承与滑动轴承工作摩擦系数相差至少十个数量级以上。在一定的载荷以及转速且无润滑条件下,滚动轴承的摩擦系数的大小基本取决于滚珠、轴承内外圈的制造精度以及相互之间的配合间隙,其摩擦力的大小与轴承材料本身并没有直接关系,滚动轴承一般均需要定期外加润滑剂。而在同等载荷和转速且无润滑条件下,滑动轴承的摩擦系数的大小主要取决于轴承材料本身的自润滑性能,由于滑动轴承材料本身具有良好的自润滑性能

 

轴承从工作原理上可以分为滚动轴承与滑动轴承,滚动轴承工作时发生的是滚动摩擦副,而滑动轴承工作时发生的是滑动摩擦副,这就决定了滚动轴承与滑动轴承工作摩擦系数相差至少十个数量级以上。在一定的载荷以及转速且无润滑条件下,滚动轴承的摩擦系数的大小基本取决于滚珠、轴承内外圈的制造精度以及相互之间的配合间隙,其摩擦力的大小与轴承材料本身并没有直接关系,滚动轴承一般均需要定期外加润滑剂。而在同等载荷和转速且无润滑条件下,滑动轴承的摩擦系数的大小主要取决于轴承材料本身的自润滑性能,由于滑动轴承材料本身具有良好的自润滑性能,可以不加油或少加油地长期工作。由于滑动轴承实现了轴承的自润滑技术,滑动轴承可以实现自润滑免维护的特性,决定了滑动轴承越来越多的被工程设计人员所采用。 


滑动轴承润滑机理与极限PV值

滑动轴承在初始工作时,由于轴和轴承的接触面即轴承的工作面发生滑动摩擦时,表面能形成润滑膜将运动副表面分开,经过短期的磨合后滑动摩擦力可大大降低,此时运动副表面不直接接触,因此也避免了磨损。滑动轴承的承载能力大,回转精度高,润滑膜具有抗冲击作用,因此,在工程上获得广泛的应用。润滑膜的形成是滑动轴承能正常工作的基本条件,影响润滑膜形成的因素有润滑方式、运动副相对运动速度、内部润滑剂的物理性质和运动副表面的粗糙度等。滑动轴承性能一个重要的衡量指标就是轴承所能达到的最大极限PV值,这里的P是指轴承的载荷,而V则是代表轴承运行的线速度;滑动轴承极限PV值越大则轴承的使用性能就越好寿命就越长;影响滑动轴承极限PV值大小主要因素就是轴承材料本身的自润滑性能和承载以及耐温性能等;影响滑动轴承实际PV值的外部因素主要是轴承所承受的载荷、运行速度、环境温度以及配合精度等。一般对滑动轴承制造设计来说极限PV值越大越好,而对滑动轴承使用设计来说要求轴承的PV值越小越好,这有利于延长滑动轴承的使用寿命。滑动轴承的设计一般根据轴承的工作条件,确定轴承的结构类型、选择合适的轴承材料及确定轴承的几何参数。 


滑动轴承技术以及研究发展方向

滑动轴承按照材料可分为金属类滑动轴承和非金属类滑动轴承。金属类滑动轴承通常可分为复合型滑动轴承、金属基滑动轴承等,非金属类滑动轴承通常可分为工程塑料滑动轴承、纤维缠绕轴承等。 


复合型滑动轴承一般由三层结构组成:基板层+铜粉层+减摩层;工作时部分润滑材料会慢慢转移到对磨轴的表面,此时就实现了轴承摩擦层与对磨轴表面润滑膜之间摩擦副的建立,摩擦系数在降低的同时轴承的磨损速率也随之减小。金属基滑动轴承一般可分为固体润滑剂镶嵌式滑动轴承(CSB650系列)、双金属滑动轴承(CSB800系列)和整体式滑动轴承。 


非金属滑动轴承为目前滑动轴承技术研究的发展方向,主要有高分子聚合物工程塑料轴承(CSB-EPB系列)和纤维缠绕轴承(CSB-CR系列)等。高分子聚合物工程塑料轴承技术的发展,几乎囊括了所有聚合物改性技术。从制造工艺上来分可以分为模压烧结塑料滑动轴承与注塑成型塑料滑动轴承。模压烧结成型滑动轴承一般受到效率低以及制造精度不高的制约,故其发展空间比较小,不适合大批量生产。 


高分子聚合物工程塑料改性技术和注塑成型塑料滑动轴承技术目前全球已经得到了快速的发展,中国CSB公司自润滑改性技术已经有20多年的研究历史。CSB公司采用先进的聚合物改性技术,在高性能聚合物中填充特种润滑剂以及高功能纤维、高性能聚合物作为基料起耐磨作用,特种润滑剂起润滑作用降低摩擦系数,纤维以及填充物起增强作用。高聚物滑动轴承由于整体材料均是采用改性的自润滑改性材料,故其无论是从摩擦性能上,还是从轴承的使用寿命上,均要优越于金属类复合轴承(复合轴承摩擦材料仅仅表层0.03mm左右)。目前中国CSB可提供长期使用温度达250℃的高性能聚合物塑料轴承CSB-EPB5,且该轴承几乎能抵抗所有的化学介质。而CSB-EPB4轴承极低的吸水性和抗腐蚀性可以长期用于水下运行,CSB-LIN直线轴承滑动膜具有极低的摩擦系数且容许最高运行速度10m/s。目前在汽车行业应用最为广泛的就是CSB-EPB通用型以及CSB-EPB3增强型高聚物塑料滑动轴承。 


新型高载非金属滑动轴承CSB-CR系列纤维缠绕轴承以高强度玻璃纤维增强高温环氧树脂作为承载层,以特种纤维和PTFE纤维作为滑动层,使得轴承在高载低速工况条件下具有优良的耐磨性和很低的摩擦系数。 


滑动轴承在汽车行业的应用技术

由于滑动轴承优越的自润性能,在汽车行业已经得到了充分的体现。目前中国CSB滑动轴承几乎应用到全球每一家汽车制造商,特别是高聚物塑料滑动轴承在汽车上的应用已日益广泛,它可运用于汽车的各个部分。从最为简单的汽车门铰链系统到机械结构复杂、要求苛刻的部件,比如,汽车转向系统中的转向器到传动系统中的变速排挡等。除了具有优异的机械性能和免润滑、干运行的优点,工程塑料滑动轴承的价格也极低。相对于PTFE涂层金属滑动轴承,CSB-EPB高聚物塑料滑动轴承最多可以便宜50%。 


汽车门铰链系统中由于采用了CSB-EPB3增强型系列塑料滑动轴承,克服了金属滑动轴承因生锈而引起拉起力增加或噪音现象,且在开启和关闭是汽车门或行李箱盖是没有任何瞬间卡死现象。 


汽车减震系统中使用的滑动轴承无论是从耐磨性能、抵抗冲击能力以及配合精度上要求都非常严格。如果滑动轴承的耐磨性能较差,那么就会导致外面密封圈磨损加剧,密封圈失效后导致液压油泄漏,减震功能失效,CSB-40复合轴承(DP4材料)完全接收了这种苛刻条件的挑战,成功运用在各种汽车减震器中。 


汽车转向系统中由于采用了CSB-RPM4支撑套,使得汽车在整个转向过程中方向盘运转比较平稳,即使在路面状况很糟糕的情况下,也能确保转向系统的正常运转。CSB-RPM4出色的耐磨和减震作用在汽车转向系统中得到了验证。 


高性能聚合物CSB-EPB4塑料轴承,在汽车制动系统中的应用使得驾车人员在制动过程中比较平稳,即使在紧急情况下也能实现快而稳的制动。无论汽车是在平稳转向或者是在紧急转向的情况下,也能确保有效的制动。EPB4材料较高的硬度和耐磨性能可以获得超长的使用寿命,这最要是由于高性能润滑剂以及功能型纤维加入在此材料中。 


由于用于汽车座椅系统中的板金材料或者冲压的孔,以及冷扎的钢板一般都有很大的尺寸公差,然而,在座椅系统中需要最小的间隙以尽可能减少噪音。为了解决这一矛盾,CSB公司生产和提供的CSB-EPB系列工程塑料滑动轴承现在越来越多的被使用。 


随着自润滑材料改性技术的不断进步,滑动轴承应用技术也在迅猛地发展!目前,滑动轴承已经成功应用在民用机械、军工机械和航空航天等领域,随着应用领域的不断拓展以及工作要求的不断提升,滑动轴承材料技术、制造和应用技术还有待于我们在实践中不断去探索、研究与进步。