Bearing含油轴承.docx

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Bearing含油轴承

目录Contents

第五章磁铁（Magnet）.................1

§5.1永磁材料（PermanentMagnetMaterial）......1

5.1.1永磁材料的特性........................1

1剩磁Br、矫顽力Hcb....................1

2内禀矫顽力Hcj........................1

3回复磁导率r........................1

4最大磁能积（BH）max..................2

5磁感应温度系数b、居里点Tc..........2

6各向同性輿各向异性..................2

5.1.2永磁鐵氧體（FerriteMagnet）.............3

1鐵氧體的特點（FeaturesofFerrite）.........3

2濕（Wet）壓成型與干（Dry）壓成型..........3

3鋇（Ba）鐵氧體和鍶（Sr）鐵氧體...........4

4粘接鐵氧體―橡膠磁鐵（RubberMagnet）...4

5溫度特性、低溫不可逆去磁.............5

5.1.3釹鐵硼（NdFeB）.......................5

5.1.4鋁鎳鈷（AlNiCo）及稀土鈷（RareEarthCo）..6

5.1.5国內外電機用永磁材料磁性能..........6

§5.2永磁電機對磁鐵的性能要求............9

§5.3磁鐵結構設計（StructureDesign）........11

5.3.1基本要求............................11

5.3.2直流馬達磁铁结构設計................12

5.3.2.1基本结构形式......................12

5.3.2.2主要尺寸的确定....................12

5.3.3永磁同步电机磁铁结构設計...........15

5.3.3.1磁路结构形式......................15

5.3.3.2主要尺寸的确定...................16

5.3.4JEI常用磁铁.........................18

§5.4磁鐵裝配（MagnetFixing）.............19

5.4.1彈弓固定...........................19

5.4.2膠粘劑固定.........................20

5.4.3橡膠磁鐵的裝配.....................20

5.4.4同步電機磁鐵裝配...................20

§5.5充磁（Magnetization）...................20

5.5.1充磁的基本要求......................21

5.5.2充磁方式...........................22

5.5.3充磁夾具（Tooling）....................24

第六章軸承（Bearing）...................37

§6.1杯士（Bushing）........................37

6.1.1概述（Introduction）.....................37

6.1.2杯士的工作特性（OperatingCharacteristics）..38

6.1.2.1滑動特性（SlidingProperties）............38

6.1.2.2摩擦系數（FrictionCoefficient）...........38

6.1.2.3工作溫度（WorkingTemp）...............39

6.1.2.4負載特性（LoadProperties）..............39

6.1.2.5杯士壽命（Bushinglife）.................406.1.3杯士潤滑（LubricationforBushing）........40

6.1.3.1流体潤滑（liquidLubrication）...........40

6.1.3.2邊界潤滑（BoundaryLubrication）.........42

6.1.3.3混合潤滑（MixingLubrication）...........43

6.1.3.4摩擦特性曲線（stribeckcurve）............43

6.1.4杯士油（BushingOils）....................44

6.1.5盃士入油（OilImpregnation）..............47

6.1.6盃士設計（BushingDesign）...............49

6.1.6.1盃士的基本結構（Configuration）.........49

6.1.6.2主要尺寸參數（DimensionalParameters）...50

6.1.7盃士的磨損（Wear）......................54

6.1.8盃士裝配（Assembly）....................57

§6.2波盃令（BallBearing）...................60

6.2.1波盃令型號识别（GradeIdentification）......60

6.2.2波盃令外形結構及主要尺寸.............61

6.2.3波盃令精度（Precision）..................64

6.2.4波盃令游隙（Play）......................64

6.2.5波盃令工作特性（OperatingCharacteristics）..65

6.2.5.1負載能力（LoadCapacity）..............65

6.2.5.2速度特性（SpeedCharacteristic）...........65

6.2.5.3摩擦特性（FrictionCharacteristic）........65

6.2.5.4調心性（Self-AlignCapacity）............66

6.2.5.5振動（Vibration）和噪聲（Noise）..........67

6.2.5.6壽命（Life）...........................67

6.2.6波盃令潤滑（Lubrication）.................67

6.2.7波盃令失效形式（FailureMode）...........69

6.2.8波盃令裝配（Assembly）.................69

§6.3盃士與波盃令對比（Comparison）.........70

第六章軸承（Bearing）

軸承是一種通用性機械零件，廣泛應用于各類旋轉機械。

在马达中，軸承被用來支承電樞/轉子，保持電樞/轉子的準確位置，並承受由轉軸（Shaft）傳來的力。

軸承的種類很多，按其摩擦的性質，主要分為滾動軸承（RollingBearing）和滑動軸承（SlidingBearing）兩大類。

若按受力方向夕可分為：

承受徑向力的向心軸承（也稱徑向軸承JournalBearing）;承受軸向力的推力軸承（也稱止推軸承ThrustBearing）；同時承受這兩種力的軸承稱為向心推力軸承（亦稱徑向止推軸承RadialThrustBearing）。

在微马达中，主要使用滑動軸承類多孔質金屬含油軸承（即杯士Bushing）以及滾動軸承類的兩面帶密封圈或防尘蓋的深溝球軸承（即波杯令BallBearing）。

§6.1杯士（Bushing）

6.1.1概述（Introduction）

利用粉末冶金方法生產的燒結金屬是一種多孔質材料，用它制成的滑動軸承稱為多孔質金屬軸承（PorosusMetalBearing），即我們通常所說的杯士（Bushing）。

浸透潤滑油（Lubricant）的多孔質軸承稱為含油軸承（Oil-impregnatedBearing）。

材料的孔隙率（Porosity）越高，油越多，但強度低。

當軸頸（Journal）在杯士中旋轉時，因摩擦而生熱，油和杯士材料受熱膨脹，把油擠出孔隙，同时因轉軸旋轉产生抽真空现象把油吸出，此外还有孔隙对潤滑油的毛细作用，能使轉軸与杯士接触面之间形成一层运动状态的油膜，起连续潤滑作用。

6.1.1.1杯士的種類（Type）

按材料成份，杯士可分為銅基杯士（SinteredBronzeBearing）和鐵基杯士（SinteredIronBearing）；按外形分類，又分為千秋（SelfAlign）杯士、直身（Sleeve）杯士、凸緣（Flange）杯士和豬嘴杯士（HubBushing）；按來源分，有采購杯士和內部制造杯士；采購杯士中，按杯士油分類，又有BD、BR、BS、BT、BZ、FD、FR、FS、FT、FZ杯士等等，详见6.1.6.3.1。

6.1.1.2銅杯士與鐵杯士（SinteredBronzeorSinteredIron）

燒結金屬的多孔質構造雖與材料種類有關，但主要取決于金屬粉末的晶粒粗細及紋理；用來制造杯士的青銅和鐵都可以達到同樣的多孔質構造。

實驗顯示，銅杯士與鐵杯士适應于相同的應用，因而從經濟上考慮應首選鐵杯士，尤其是体積較大消耗材料較多的杯士，例如AC馬達杯士及#600以上的DC馬達杯士。

但鐵杯士承載能力稍低，且鐵容易生銹，相比之下銅杯士具有更好的可靠性。

典型的銅杯士與鐵杯士性能對比見表6-1。

表6-1銅杯士與鐵杯士

項目Item

單位Unit

銅基CopperBase

加銅鐵基

鐵基IronBase

抗壓強度b

MPa

150~200

300~400

200~300

最高軸頸速度V

m/s

7.5

/

4.0

最大PV值

MPam/s

1.75~2.00

1.75~2.00

1.4~1.75

熱導率

W/（mk）

41.8

/

41.8

線膨脹系數

1/k

1510-6

/

1010-6

靜止最大載荷F

Mpa

52~70

100~138

55~70

6.1.1.3石墨添加劑（GraphiteAdditive）

銅基或鐵基粉末加入少量石墨Graphite（最多2%），可以增強杯士的耐磨性，並吸收杯士噪聲；在缺油情況下，石墨的自潤滑性對壽命很長的馬達更具有現實意義。

但石墨的加入使杯士強度有所降低，並且，如果石墨含量過多（超過2%），在50C以上溫度，且杯士與軸頸間隙較大時，杯士油與石墨有可能會粘合硬化成漿糊狀（有點象水泥特性那樣），溫度越高，這種粘合糊狀就越硬，影響杯士的滑動特性。

6.1.2杯士的工作特性（OperatingCharacteristics）

6.1.2.1滑動特性（SlidingProperties）

含油杯士具有良好的滑動特性以及在緊急情況下的短時無油運轉能力，由其特定的材料構造所決定。

通過油孔為其提供足夠的潤滑油，這樣的杯士已證明能滿足長時間的連續運行或間隙運行。

同時含油杯士可有較高的滑動速度，能夠確保象攪拌器、打漿機、吸塵器以及類似的高速旋轉機械可靠工作。

而燒結金屬的孔隙構造，給予杯士以优良的吸聲性能，因此含油杯士也适應于要求滑動運轉的靜音設備及其它器械。

為了達到最有效的滑動特性，必須謹慎選擇潤滑油品牌以适應每一不同的工作，這與簨擇杯士的牌號及轉軸的材料一樣重要。

6.1.2.2摩擦系數（FrictionCoefficient）

根據RingsolorffWerke公司提供的資料，杯士的摩擦系數輿載荷大小以及軸頸的滑動速度有關，見圖6-1。

通常，載荷大或滑動速度高時摩擦系數較小。

圖6-1摩擦系數

6.1.2.3工作溫度（WorkingTemp）

杯士的允許溫度范圍決定于所浸入的杯士油的牌號及品質。

例如，如果油的粘度與杯士溫度不相配，溫度升高後油變得更稀沿軸項蠕動，甚至從杯士端面溢出，而油被流失溫度更加升高，最后會因材料的疲勞使杯士過早地失效。

但是，如果在工作溫度條件下油太綢太粘（Stiff）將引起附加摩擦，對靈敏及精密設備會導致意想不到的問題出現。

6.1.2.4負載特性（LoadProperties）

杯士的工作期限取決于單位面積載荷與軸頸線速度的乘積PV（theproductofbearingloadandslidingvelocity）。

表6-2是推荐的PV允許值，圖6-2顯示了不同PV值下單位面積的載荷與軸頸線速度的關系，而圖6-3顯示了不同內徑的杯士單位面積載荷與轉軸轉速的關系。

圖6-2載荷P與速度V的關系

表6-2PV推荐值kf/cm2m/min

通用機械

GeneralPurposeMachinery

1000

家用電器

Homeelectricappliances

500

辦公設備

Officeelectricmachines

500

視听產品Acousticand

abrasionrequirementspecified

250

精密音響Strictacoustic

requirementspecified

200

軸向載荷

Axialloadapplied

200

圖6-3載荷P與轉軸直径d及轉速n的關系

6.1.2.5杯士壽命（Life）

含油杯士的壽命取決于杯士油的消耗率，通常是將消耗含油量的40%所需的時間視為杯士壽命。

這是因為含油量消耗了40%以后，杯士的磨損加劇性能降低；考慮到溫度的影響，通常認為杯士油的工作溫度不超過80C。

圖64是表示溫度對杯士壽命的影響的一個例子。

圖6-4杯士壽命（示例）

6.1.3杯士潤滑（Lubrication）

杯士潤滑主要有三種潤滑狀態，即流体潤滑（liquidLubrication）、混合潤滑（MixingLubrication）和邊界潤滑（BoundaryLubrication）。

6.1.3.1流体潤滑（liquidLubrication）

流体潤滑有動壓潤滑與靜壓之分。

流体動壓潤滑（LiquidHydrodynamicLubrication）是在一定條件下，靠摩擦面的相互運動，用粘性流体將兩摩擦面完全隔開，由流体的動壓力（即流体膜的內壓力）支承載荷（Load），將摩擦面之間的固体摩擦變成流体內摩擦。

流体靜壓潤滑（LiquidHydrostaticLubrication）是靠泵或其它外界壓力將加壓后的流体送入兩摩擦表面之間，利用流体靜壓力來支承載荷。

這種潤滑狀態因結構原因在微馬達中不便采用。

動壓潤滑與靜壓潤滑油膜壓力產生的原理不同但功能相同，統稱之為流体潤滑，也稱完全潤滑（PerfectLubrication）或厚油膜（Thick-film）。

6.1.3.1.1流体動壓潤滑原理

轉軸靜止時，軸頸與杯士孔在最下方直接接觸，如圖65（a）所示。

轉軸剛開始旋轉時，杯士孔內還沒有形成壓力油膜，轉軸有逆轉向向上爬行趨勢，如圖65（b）所示。

正常運轉中，由于表面摩擦溫度升高，杯士油從油孔流出，由摩擦表面的相對運動所產生的擠壓效應與楔效應，使油膜內產生足夠的壓力，由油膜壓力支承轉動的軸，使轉軸與杯士完全分開。

此時，轉軸具有順轉向向上爬行的趨勢，見圖6-5（c）。

流体動壓潤滑兩摩擦面不直接接觸，表面相互滑動時只在流体分子間發生摩擦，其潤滑性能完全取決于流体的粘性，而與摩擦表面的材料無關；其主要特點是摩擦系數小，磨損小，可以緩和振動與沖擊。

（a）靜止時Rest（b）剛開始旋轉時Start（nooil）（c）正常運轉中Run

圖6-5流体動壓潤滑

6.1.3.1.2油膜壓力的產生

現代潤滑理論是從雷諾（OsborneReynolds）的收斂油楔（ConvergingFilm）論述開始的。

雷諾認為：

油進入圖65（c）所示的收斂的狹窄通道，其流速增加，由于油具有粘性（Viscosity）,油膜內產生的壓力可以舉起轉動的軸，使轉軸與軸承完全分開。

那么，油膜是如何產生壓力來支承載荷（Load）的呢？

1擠壓效應（SqueezingEffect）

如圖66所示，兩平行平面之間夾有一層油膜，當上表面以速度V向下運動時，油膜受擠壓，油膜兩端破裂，被擠壓的流体從兩表面之間的縫隙中流出，這時，由于壁面摩擦阻力的存在，流体中就產生壓力，直至油膜內壓力與外載荷平衡時，上表面才停止向下運動。

這種被擠壓的油膜叫做擠壓膜，靠擠壓作用產生承載能力的現象稱為擠壓效應。

在擠壓膜與上下表面的接觸處油層的流速為零，油膜厚度方向中心處流速最大，在X方向壓力按拋物線分布。

擠壓效應是形成油膜壓力的主要因素之一，在往复運動的潤滑表面及受沖擊載荷的軸承中，擠壓效應具有重要意義。

圖66擠壓效應

圖67楔效應

2楔效應（VedgyEffect）

如圖67所示，成一定夾角的兩相對運動平面之間形成收斂油楔，下表面沿力方向以

速度V運動，在進口大、出口小的條件下，油膜沿物体運動方向逐漸變薄，由于流体的內摩擦，各流層的流速按線性分布。

由于流体是不可壓縮和連續的，則在油膜內必定產生一定的壓力，沿X方向形成壓力楔度dp/dx以減少入口潤滑油的流入，增大潤滑油的出口流量，從而保持流過各截面的流量相等。

在油膜壓力為Pmax處dp/dx=0。

油膜內形成的總壓力

∫P（x）dx支承處載荷。

這種靠油膜的形狀產生壓力的效應稱為動壓效應或叫著楔效應。

顯然，杯士中油膜的內壓力主要是由楔效應和擠壓效應共同引起的。

事實上，潤滑油流入楔形通道產生楔效應外，也必然受到擠壓作用產生齊壓效應。

6.1.3.1.3流体動壓潤滑的條件

杯士在工作中要實現流体動壓潤滑，必須滿足兩個條件

a）有充分的油量供應，使其相對滑動表面之間能形成連續的收斂油楔；

b）油膜最小厚度應保證工作表面上的微凸体不發生直接接觸；

圖68流体潤滑的安全區域

為了防止杯士在工作中由于溫度過高、材料表面硬化及變形而導致流体潤滑膜的破坏，宜給出PV的极限值，工作中PV值不應超過此极限值。

圖68給出了流体動壓潤滑的安全區域圖。

當然，並不是安全區外的杯

士就不可使用，在杯士壽命相對碳精壽命而

言不存在問題的條件下，潤滑並不一定要達

到流体動壓狀態。

6.1.3.2邊界潤滑（BoundaryLubrication）

流体動壓潤滑是杯士潤滑的理想狀

況，但它受到油的粘度、轉速、負載等

多方面的影響與限制，當油膜壓力不足

以支承載荷，或因負載變化等因素影響

使油膜破裂時，摩擦面直接接觸，即處

于邊界潤滑狀況。

6.1.3.2.1邊界潤滑原理

靠潤滑劑的有机极性化合物吸附在金屬表面或與金屬表面反應生成固体潤滑膜而達到潤滑效果，這種潤滑狀態稱為邊界潤滑。

相應地，因极性分子吸附在金屬表面形成的潤滑膜叫吸附膜，因化學反應生成的潤滑膜叫反慹膜，吸附膜與反應膜統稱為邊界膜。

潤滑劑的邊界潤滑性能稱為潤滑性或油性（Oiliness）

邊界潤滑狀態下，杯士的潤滑性能主要取決于邊界膜的性質，同時與金屬材料有關，但與潤滑油的粘度無關。

邊界潤滑遵循以下規則：

a）潤滑表示的摩擦系數低于無潤滑表面的磨擦系數；

b）潤滑劑分子的极性越強、分子越長，則摩擦系數越低。

因此有些波杯令（BallBearing）

采用脂潤滑比用礦物油潤滑更能降低摩擦系數；

c）對同一對摩擦表面來說，無油時摩擦系數大的金屬表面，加油潤滑后其摩擦系數也大。

6.1.3.2.2影響邊界膜潤滑性能的因素

1溫度

各種吸附膜的吸附強度隨溫度升高而下降，達到一定溫度后，將失向、散亂以至脫離金屬面，喪失潤滑性能。

引起吸附膜脫吸的溫度稱為臨界溫度。

與吸附膜相反，反應膜須在一定溫度下方能形成，該溫度稱為反應溫度。

2邊界膜厚度

极性分子越長，吸