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1、17chap滑动轴承第十七章 滑动轴承轴承是用来支承轴及轴上零件、保持轴的旋转精度和减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。轴承一般分为两大类：滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承有着一系列优点，在一般机器中获得了广泛应用。但是在高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合下，滑动轴承就体现出它的优异性能。因而在汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机中多采用滑动轴承。此外，在低速而带有冲击的机器中，如水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等也采用滑动轴承。17-1 滑动轴承的类型一、 摩擦状态润滑的目的是在摩擦表面之间形成低剪切强度的润滑膜，用它来减少摩擦阻力和降低材料磨损，润滑膜可以是由液体或气体组成的流体膜或者固体膜

2、，根据润滑膜的形成原理和特征，润滑状态可以分为：（1）流体动压润滑；（2）流体静压润滑；（3）弹性流体动压润滑；（4）边界润滑；（5）干摩擦状态等五种基本类型。表17-1列出了各种润滑状态的基本特征。表17-1 各种润滑状态的基本特征润滑状态典型膜厚润滑膜形成方式应用流体动压润滑1100m由摩擦表面的相对运动所产生的动压效应形成流体润滑膜中高速下的面接触摩擦副，如滑动轴承液体静压润滑1100m通过外部压力将流体送到摩擦表面之间，强制形成润滑膜低速或无速度下的面接触摩擦副，如滑动轴承、导轨等弹性流体动压润滑0.11m与流体动压润滑相同中高速下点线接触摩擦副，如齿轮、滚动轴承等薄膜润滑10100n

3、m与流体动压润滑相同低速下的点线接触高精度摩擦副，如精密仪器上的滚动轴承等边界润滑150nm润滑油中的成分与金属表面产生物理或化学作用而形成润滑膜低速重载条件下的摩擦低副干摩擦110nm表面氧化膜、气体吸附膜等无润滑或自润滑的摩擦副各种润滑状态所形成的润滑膜厚度不同，但是单纯由润滑膜的厚度还不能准确地判断润滑状态，尚须与表面粗糙度进行对比。图17-1列出润滑膜厚度与粗糙度的数量级。只有当润滑膜厚度足以超过两表面的粗糙峰高度时，才有可能完全避免峰点接触而实现全膜流体润滑。对于实际机械中的摩擦副，通常总是几种润滑状态同时存在，统称为混合润滑状态。图17-1 润滑膜厚度与粗糙度高度 根据润滑膜厚度鉴

4、别润滑状态的办法虽然是可靠的，但由于测量上的困难，往往不便采用。另外，也可以用摩擦系数值作为判断各种润滑状态的依据。表17-2为摩擦系数的典型数值。表17-2 不同摩擦润滑状态下的摩擦系数摩擦润滑状态摩擦系数摩擦润滑状态摩擦系数滚动轴承的滚动摩擦0.010.001圆柱在平面上纯滚动摩擦0.0010.00001液体动压润滑0.010.001液体静压润滑0010.0000001(与设计参数有关)矿物油湿润金属表面的边界润滑0.150.3有添加剂的油润滑，配对材料为钢钢或尼龙钢0.050.10有添加剂的油润滑，配对材料为尼龙尼龙0.100.20石墨、二硫化钼润滑0.060.20铅膜润滑0.080.2

5、0黄铜-黄铜或青铜-青铜干摩擦0.81.5铜铅合金钢或巴氏合金钢干摩擦0.150.3橡胶-其他材料干摩擦0.60.9聚四氟乙烯其他材料干摩擦0.040.1217-2 滑动轴承的结构型式 滑动轴承按照承受载荷的方向主要分为：径向滑动轴承，又称向心滑动轴承，主要承受径向载荷；止推滑动轴承，只能承受轴向载荷。一、 径向滑动轴承图17-2所示是整体式径向滑动轴承。图17-2整体式径向滑动轴承图17-3所示是一种普通的剖分式轴承，由轴承盖、轴承座、剖分轴瓦和联接螺栓等组成。轴承中直接支承轴颈的零件是轴瓦。为了安装时容易对中，在轴承盖与轴承座的剖分面上做出阶梯形的榫口。轴承盖应当适度压紧轴瓦，使轴瓦不能在

6、轴承孔中转动。轴承盖上制有螺纹孔，以便安装油杯或油管。图17-3剖分式径向滑动轴承 当载荷垂直向下或略有偏斜时，轴承剖分面常为水平方向。若载荷方向有较大偏斜时，则轴承的剖分面也斜着布置（通常倾斜45），使剖分平面垂直于或接近垂直于载荷方向（图17-4）。图17-4斜开径向轴承径向滑动轴承的类型很多，例如尚有轴承间隙可调节的滑动轴承（图17-5）、轴瓦外表面为球面的自位轴承（图17-6）等。图17-5间隙可调滑动轴承图17-6 自位轴承 轴瓦是滑动轴承中的重要零件。径向滑动轴承的轴瓦内孔为圆柱形。若载荷方向向下，则下轴瓦为承载区，上轴瓦为非承载区。润滑油应由非承载区引入，所以在顶部开进油孔。在轴

7、瓦内表面，以进油口为中心沿纵向、斜向或横向开有油沟，以利于润滑油均布在整个轴颈上。油沟的形式很多，如图17-7所示。一般油沟离端面保持一定距离，防止润滑油从端部大量流失。图17-7轴瓦上的油沟 图17-8所示为润滑油从两侧导入的结构，常用于大型的液体润滑滑动轴承中。一侧油进入后被旋转着的轴颈带入楔形间隙中形成动压油膜，另一侧油进入后覆盖在轴颈上半部，起着冷却作用，最后油从轴承的两端泄出。图17-9所示的轴瓦两侧面镗有油室，这种结构可以使润滑油顺利地进入轴瓦轴颈的间隙。图17-8轴瓦上的润滑油导入结构图17-9 轴瓦上的油槽 轴瓦宽度与轴颈直径之比B/d称为宽径比，它是径向滑动轴承中的重要参数之

8、一。对于液体摩擦的滑动轴承，常取B/d=0.51，对于非液体摩擦的滑动轴承，常取B/d=0.81.5，有时可以更大些。二、 止推滑动轴承轴上的轴向力应采用止推轴承来承受。止推面可以利用轴的端面，或在轴的中段做出凸肩或装上止推圆盘，如图17-10。图17-10 固定瓦止推轴承也可以沿轴承止推面按一块块扇形面积开出楔形，如图17-11所示的固定瓦动压止推轴承，其楔形的倾斜角固定不变，在楔形顶部留出平台，用来承受停车后的轴向载荷。图中，a只能承受单向载荷；b可承受双向载荷。(a) (b)图17-11 固定瓦动压止推轴承图17-12为可倾式止推轴承，其扇形瓦块的倾斜角能随载荷的改变而自行调整，因此性能

9、较为优越。图a由铰支调节瓦块倾角，图b则靠瓦块的弹性变形来调节。可倾瓦的块数一般为612，图17-13为扇形块的放大图。(a) (b)图17-12可倾瓦止推轴承图17-13扇形瓦块结构17-3 滑动轴承材料及润滑 根据轴承的工作情况，要求轴瓦材料具备以下性能：摩擦系数小；导热性好，热膨胀系数小；耐磨、耐蚀、抗胶合能力强；要有足够的机械强度和可塑性。 能同时满足上述要求的材料是难找的，但应根据具体情况满足主要实用要求。较常见的是做成双层金属的轴瓦，以便性能上取长补短。在工艺上可以用浇铸或压合方法，将薄层材料粘附在轴瓦基体上。粘附上去的薄层材料通常称为轴承衬。 常用的轴瓦和轴承衬材料有下列几种。一

10、、 轴承合金（又称白合金、巴氏合金）轴承合金有锡锑轴承合金和铅锑轴承合金两大类。锡锑轴承合金的摩擦系数小，抗胶合性能良好，对油的吸附性强，耐蚀性好，易跑合，是优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴承。但价格贵且机械强度较差，因此只能作为轴承衬材料而浇铸在钢、铸铁（图17-14a、b）或青铜轴瓦上(图c)。用青铜作为轴瓦基体是取其导热性良好。这种轴承合金在110C开始软化，为了安全，在设计运行时常将温度控制得比110C低3040C。(a) (b) (c)图17-14轴承合金的浇铸方法 铅锑轴承合金的各方面性能与锡锑轴承合金相近，但这种材料较脆，不宜承受较大的冲击载荷。一般用于中速、中载的轴承。二、

11、 青铜青铜的强度高，承载能力大，耐磨性与导热性都优于轴承合金。它可以在较高的温度（250C）下工作。但它可塑性差，不易跑合，与之相配的轴颈必须淬硬。青铜可以单独做成轴瓦。为了节省有色金属，也可将青铜浇铸在钢或铸铁轴瓦内壁上。用作轴瓦材料的青铜，主要有锡磷青铜、锡锌铅青铜和铝铁青铜。在一般情况下，它们分别用于中速重载、中速中载和低速重载的轴承上。三、 具有特殊性能的轴承材料用粉末冶金法(经制粉、成型、烧结等工艺)做成的轴承，具有多孔性组织，孔隙内可以储存润滑油，常称为含油轴承。运转时，轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大，因而自动进入滑动表面以润滑轴承。含油轴承加一次油可以使用较长时间，常用于

12、加油不方便的场合。 在不重要的或低速轻载的轴承中，也常采用灰铸铁或耐磨铸铁作为轴瓦材料。橡胶轴承具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳，可以用水润滑，常用于潜水泵、砂石清洗机、钻机等有泥沙的场合。 塑料轴承具有摩擦系数低，可塑性、跑合性良好，耐磨、耐蚀，可以用水、油及化学溶液润滑等优点。但它的导热性差，膨胀系数较大，容易变形。为改善此缺陷，可将薄层塑料作为轴承衬材料粘附在金属轴瓦上使用。 表17-2中给出常用轴瓦及轴承衬材料的p、pv等数据。表17-3常用轴瓦及轴承衬材料的性能材料及其代号p/MPapv/(MPa.m/s)HBS最 高 工 作 温 度C轴颈硬度金属型 砂型铸锡锑轴承合金ZSnSb

13、11Cu6平稳252027150150 HBS冲击2015铸铅锑轴承合金ZPbSb16Sn16Cu2151030150150 HBS铸锡磷青铜ZCuSn10P1 1515908028045 HRC铸锡锌铅青铜ZCuSn5Pb5Zn5810656028045 HRC铸铝青铜ZCuAl10Fe3 1512110 10028045 HRC注 pv值为非液体摩擦下的许用值四、 润滑剂轴承润滑的目的在于降低摩擦功耗，减少磨损，同时还起到冷却、吸振、防锈等作用，轴承能否正常工作，和选用润滑剂正确与否有很大关系。润滑剂分为：液体润滑剂润滑油；半固体润滑剂-润滑脂；固体润滑剂等。在润滑性能上润滑油一般比润滑脂

14、好，应用最广。但润滑脂具有不易流失等优点，也广泛使用。固体润滑剂只在特殊场合下使用，目前正在逐步扩大使用范围。v图17-15 牛顿流体流动示意图1 润滑油润滑油是滑动轴承中应用最广的润滑剂，目前使用的润滑油大部分为矿物油。润滑油最重要的物理性能是粘度，用以描述润滑油流动时的内摩擦性能，它是选择润滑油的主要依据。如图17-15所示，在AB两块平板间充满着润滑油，板B静止不动，而板A以速度V沿x轴运动，由于润滑油与金属表面的吸附作用（润滑油的油性），板A表层的润滑油随板A以同样的速度V运动,而板B表层的润滑油速度为零。即两板间的液体逐层发生了错动，润滑油内存在着层与层间的摩擦切应力，根据实验结果，

15、得到下面的关系式： (17-1)此式称为牛顿粘性定律。式中，u为油层中任一点的速度；是该点的速度梯度；比例常数定义为流体的动力粘度（常简称为粘度）。粘度是单位面积上的剪应力与单位速度梯度之比，在国际单位制（SI）中，它的单位为Ns/m2或写作Pas。但在工程应用中目前仍有部分采用CGS制，动力粘度的单位用Poise，简称泊（P），或泊的百分之一，即厘泊（cP）。1 P=1 dyns/cm2=0.1 Ns/m2=0.1 Pas各种不同流体的动力粘度数值范围很宽。空气的动力粘度为0.02mPas，而水的粘度为1 mPas。润滑油的粘度范围为2 400 mPas，熔化的沥青可达700 mPas。 在

16、工程中，常常将流体的动力粘度与其密度的比值作为流体的粘度，这一粘度称为运动粘度，常用表示。运动粘度的表达式为： （17-2）运动粘度的单位在国际单位制中用m2/s。在工程中目前仍有部分用CGS单位制，运动粘度的单位为Stoke，简称St（斯），1 St=102 mm2/s=10-4 m2/s。实际上常用St的 百分之一cSt作为单位，称为厘斯，因而1 cSt= 1 mm2/s。通常润滑油的密度=0.71.2g/cm3，而矿物油密度的典型值为0.85 g/cm3，因此工程运动粘度与动力粘度的近似转换式可采用 1 (cP)=0.85(cSt) （17-3）选用润滑油时，要考虑速度、载荷和工作情况。

17、对于载荷大、温度高的轴承宜选粘度大的油，载荷小、速度高的轴承宜选粘度较小的油。2润滑脂润滑脂是由润滑油和各种稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成。润滑脂密封简单，不须经常加添，不易流失，所以在垂直的摩擦表面上可以使用。润滑脂对载荷和速度的变化有较大的适应范围，受温度的影响不大，但摩擦损耗较大，机械效率低，故不宜用于高速。且润滑脂易变质，不如油稳定。总的来说，一般参数的机器，特别是低速而带有冲击的机器，都可以使用润滑脂润滑。 目前使用最多的是钙基润滑脂，它有耐水性，常用于60C以下的各种机械设备中的轴承润滑。钠基润滑脂可用于115145C以下，但不耐水。锂基润滑脂性优良，耐水，在-20

18、150C范围内广泛适用，可以代替钙基、钠基润滑脂。3固体润滑剂固体润滑剂有石墨、二硫化钼(MoS2)、聚氟乙烯树脂等多种品种。一般在超出润滑油使用范围之外才考虑使用，例如在高温介质中，或在低速重载条件下。目前其应用已逐渐广泛，例如可将固体润滑剂调合在润滑油中使用，也可以涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜，或者用固结成型的固体润滑剂嵌装在轴承中使用，或者混入金属或塑料粉末中然后一并烧结成型。 石墨性能稳定，在350C以上才开始氧化，并可在水中工作。聚氟乙烯树脂摩擦系数低，只有石墨的一半。二硫化钼与金属表面吸附性强，摩擦系数低，使用温度范围也广（-60300C），但遇水则性能下降。五、 润滑装置为了获

19、得良好的润滑效果，需要正确选择润滑方法和相应的润滑装置。利用油泵供应压力油进行强制润滑是重要机械的主要润滑方式。此外，还有不少装置实现简易润滑。图17-16用手工向轴承加油的油孔(a)和注油杯(b) ，是小型、低速或间歇润滑机器部件的一种常见的润滑方式。注油杯中的弹簧和钢球可防止灰尘等进入轴承。 (a) (b)图17-16为油孔及注油杯 图17-17润滑脂杯图17-17是润滑脂用的油杯，定期旋转杯盖，使空腔体积减小而将润滑脂注入轴承内，它只能间歇润滑。图17-18是针阀式油杯。油杯接头与轴承进油孔相连。手柄平放时，阻塞针杆因弹簧的推压而堵住底部油孔。直立手柄时（右上图），针杆被提起，油孔敞开，

20、于是润滑油自动滴到轴颈上。在针阀油杯的上端面开有小孔，供补充润滑油用，平时由片弹簧遮盖。观察孔可以查看供油状况。调节螺母用来调节针杆下端油口大小以控制供油量。图17-18 针阀式油杯图17-19为油芯式油杯。它依靠毛线或棉纱的毛细管作用，将油杯中的润滑油滴入轴承。供油是自动且连续的，但不能调节给油量，油杯中油面高时给油多，油面低时供油少，停车时仍在继续给油，直到流完为止。 图17-19油芯式油杯 图17-20飞浅润滑图17-20对轴承采用了飞溅润滑方式。它是利用齿轮、曲轴等转动零件，将润滑油由油池拨溅到轴承中进行润滑。采用飞溅润滑时，转动零件的圆周速度应在513m/s范围内。它常用于减速器和内

21、燃机曲轴箱中的轴承润滑。图17-21的轴承采用的是油环润滑。在轴颈上套一油环，油环下部浸入油池中，当轴颈旋转时，摩擦力带动油环旋转，把油引入轴承。当油环浸在油池内的深度约为直径的四分之一时，供油量已足以维持液体润滑状态的需要。此法常用于大型电机的滑动轴承中。图17-21油环润滑最完善的供油方法是利用油泵循环给油，给油量充足，供油压力只须5104N/m2，在油的循环系统中常配置过滤器、冷却器。还可以设置油压控制开关，当管路内油压下降时可以报警，或启动辅助油泵，或指令主机停车。所以这种供油方法安全可靠，但设备费用较高，常用于高速且精密的重要机器中。17-4非液体摩擦滑动轴承的计算 非液体摩擦滑动轴

22、承可用润滑油，也可用润滑脂润滑。在润滑油、润滑脂中加入少量鳞片状石墨或二硫化钼粉末，有助于形成更坚韧的边界油膜，且可填平粗糙表面而减少磨损。但这类轴承不能完全排除磨损。维持边界油膜不遭破裂，是非液体摩擦滑动轴承的设计依据。由于边界油膜的强度和破裂温度受多种因素影响而十分复杂，尚未完全被人们掌握。因此目前采用的计算方法是间接的、条件性的。实践证明，若能限制压强pp，压强与轴颈线速度的乘积pvpv，那么轴承是能够很好地工作的。一、 径向轴承1轴承的压强p限制轴承压强p，以保证润滑油不被过大的压力所挤出，因而轴瓦不致产生过度的磨损。即 （MPa） （17-4）式中，F为轴承径向载荷，N；B为轴瓦宽度

23、，mm；d为轴颈直径，mm；p为轴瓦材料的许用压强，MPa（表17-3）。2轴承的pv值pv值简略地表征轴承的发热因素，它与摩擦功率损耗成正比。pv值越高，轴承温升越高，容易引起边界油膜的破裂。pv值的验算式为 （MPam/s） （17-5）式中，n为轴的转速，r/min；pv为轴瓦材料的许用值，MPam/s(表17-3)。二、止推轴承 （MPa） （17-6） (MPam/s) （17-7）式中，止推环的平均速度，平均直径。 止推轴承的许用压强为：未淬火钢对铸铁p=2.02.5MPa；对青铜p=46MPa；对巴氏合金p=56MPa。淬火钢对青铜p=7.58MPa；对巴氏合金p=89MPa；对

24、淬火钢p=1215MPa。pv=12.5 MPam/s。例17-1试按非液体摩擦状态设计图17-22所示的滑动轴承。W=20 kN，轴承内轴颈转速为n=20 r/min，轴颈直径d=60 mm。dnW图17-22 解：（1）选取轴承材料 选用铸锡锌铅青铜（ZcuSn5Pb5Zn5），查表17-3得：p=8MPapv=10 MPam/s（2）取宽径比B/d=1，则 mm（3）计算压强p MPa（4）计算速度vm/s（5）计算pv值 MPam/s（6）验算并选取润滑剂因为pppvpv因此，该轴承满足强度和功率损耗条件。由于速度很低，采用脂润滑，用油杯加脂，见图17-22。17-5 液体摩擦滑动轴承

25、简介液体摩擦是滑动轴承中的理想摩擦状态,根据摩擦面油膜的形成原理,可把液体摩擦滑动轴承分为动压轴承和静压轴承。一、 液体动压轴承两个作相对运动物体的摩擦表面，可借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由液体膜产生的压力来平衡外载荷称为液体动力润滑。动压油膜的形成过程可以通过图17-23描述。图17-23a表示轴处于静止状态，轴颈位于轴承孔最下方的位置，两表面形成楔形间隙；图17-23b是当轴开始转动时，由于油的粘性而被带进楔形间隙。随着转速的增大、轴颈表面的圆周速度增大、带入楔形间隙内的油量也逐渐加多，由于油具有一定的粘度和不可压缩性，从而在楔形间隙内产生一定的压力，形成一个压力

26、区（图17-23c）。随着压力的继续增高，楔形间隙中压力逐渐加大，当压力能够克服外载荷F时，就会将轴浮起，这时轴承处于流体动力润滑状态，油膜产生的压力与外载荷F平衡（图17-23d）。a) b) c) d)图17-23 动压油膜的形成过程液体动压轴承内的摩擦阻力仅为液体的内部摩擦阻力，所以其摩擦系数达到最小值。综上所述，形成液体动压油膜需要具备以下条件：（1） 轴颈和轴瓦工作表面间必须有一个收敛的楔形间隙 。（2） 轴颈和轴瓦工作表面间必须有一定的相对速度，且它们的运动方向必须使润滑剂从大口流入，从小口流出。（3） 要有一定粘度的润滑剂，且供应要充分。二、 液体静压轴承 静压轴承是依靠一套给油

27、装置，将高压油压入轴承的间隙中，强制形成油膜，保证轴承在液体摩擦状态下工作。油膜的形成与相对滑动速度无关，承载能力主要取决于油泵的给油压力，因此静压轴承在高速、低速、轻载、重载下都能胜任工作。在起动、停止和正常运转时期内，轴与轴承之间均无直接接触，理论上轴瓦没有磨损，寿命长，可以长时期保持精度。而且正由于任何时期内轴承间隙中均有一层压力油膜，故对轴和轴瓦的制造精度可适当放低，对轴瓦的材料要求也较低。如果设计良好，可以达到很高的旋转精度。但静压轴承需要附加一套繁杂的给油装置。所以应用不如动压轴承普遍。一般用于低速、重载或要求高精度的机械装备中，如精密机床、重型机器等。静压轴承在轴瓦内表面上开有几

28、个（通常是四个）对称的油腔，各油腔的尺寸一般是相同的。每个油腔四周都有适当宽度的封油面，称为油台，而油腔之间用回油槽隔开如图17-24所示。应当注意在外油路中必需配有节流器。工作时，若无外载荷（不计轴的自重）作用，轴颈浮在轴承的中心位置，各油腔内压力相等，亦即油泵压力ps通过节流器降压变为p，且p= p1 = p3。当轴颈受载荷W后，轴颈向下产生位移，此时下油腔3四周油台与轴颈之间的间隙减小，流出的油量亦随之减少，根据管道内各截面上流量相等的连续性原理，流经节流器的流量亦减少，在节流器中产生的压降亦减小，供油压力ps是不变的，因而p3必然增大。在上油腔1处则反之，间隙增大，回油畅通而p1降低，

29、上下油腔产生的压力差与外载荷平衡。图17-24 静压轴承本章要点(1)润滑状态的特点和不同润滑剂的性能。(2)非液体润滑轴承的设计计算，重点掌握非液体摩擦滑动轴承的验算。(3)液体动压润滑原理，形成流体动压润滑的条件。(4)了解典型滑动轴承的结构特点、功用、主要失效形式。习题17-1滑动轴承的摩擦状况有哪几种？它们有何本质差别？17-2径向滑动轴承的主要结构形式有哪几种？各有何特点？17-3非液体摩擦滑动轴承的主要失效形式是什么，试从下面选择正确答案？(a)点蚀 (b)胶合 (c)磨损 (d)塑性变形17-4常用轴瓦材料有哪些，适用于何处？为什么有的轴瓦上浇铸一层减磨金属作轴承衬使用？17-5形成滑动轴承动压油膜润滑要具备什么条件？17-6选择下列正确答案。液体滑动轴承的动压油膜是在一个收敛间楔、充分供油和一定 条件下形成的。 (a)相对速度 (b)外载 (c)外界油压 (d)温度17-7液体滑动轴承的摩擦副的不同状态如图17-25所示。试判断这些状态中，哪些状态符合形成动压润滑条件，哪些状态不符合。并分别说明你所得出的结论的根据。 U U U U (a) (b) (c) (d)图17-2517-8校核铸件清理滚筒上的一对滑动轴承，已知装载量加自重为 18000 N，转速为 40 r/min，两端轴颈的直径为 120 mm，轴瓦材料为10-1锡青铜ZCuSn10Pl，用