EP工程塑料自潤滑軸承
- EP工程塑料自潤滑軸承 EP系列工程塑料軸承采用高性能的工程塑料為基料，通過高分子材料改性技術(shù)在其內(nèi)部植入高強度纖維和特種固體潤滑脂改善了綜合耐磨性能； 高強度纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)加強了材料的強度，特種固體潤滑脂的復(fù)合使得EP系列工程塑料軸承具有極好的自潤滑性能和耐磨性能。 無論是耐久性要求很高的汽車工業(yè)、高速應(yīng)用、水下應(yīng)用、高溫和抗腐蝕應(yīng)用或是要求符合FDA標準的食品工業(yè)，SAVI為全球工業(yè)提供不同的解決方案。
軸承技術(shù)材料屬性表EPT系列EPG系列EPH系列EPX系列EPJ系列EPS系列
EP系列材料之所以具有優(yōu)秀的自潤滑性和耐磨性主要是工程師們充分利用了自潤滑材料改性技術(shù)，在高性能工程塑料中采用高強度纖維提高了材料的承載和特種潤滑脂降低了材料的摩擦系數(shù)（圖表1），從而提高了材料的綜合耐磨性能延長了軸承的使用壽命。 高性能工程塑料作為基料主要作為耐磨載體； 增強纖維提高了軸承在承載和抗沖擊性能； 特種潤滑脂降低了軸承的摩擦系數(shù)起自潤滑作用。
圖表1 EP系列材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
基料Boby material
增強纖維 Fibre
潤滑劑 Lubricant
由于EP系列軸承潤滑脂包含在整體材料中，所以無 論軸承工作時間多長潤滑脂都會不斷的從摩擦面滲出起到 長期潤滑作用，而傳統(tǒng)粉末冶金含油軸承在使用過程中利 用微孔隙中的潤滑油起自潤滑作用，當這些潤滑油耗盡或 揮發(fā)完后軸承磨損將急速加劇，此時就宣告軸承的有效使 用壽命結(jié)束（圖表2）。
圖表2 塑料軸承與傳統(tǒng)復(fù)合軸承的磨損
EP塑料軸承整體潤滑材料使用壽命長
傳統(tǒng)含油軸承內(nèi)部潤滑油極易耗盡而失效
EP系列塑料軸承的自潤滑性能通過改性技術(shù)在基料中添加固體潤滑脂和功能纖維實現(xiàn)，摩擦系數(shù)通過固體潤滑脂降低，同時摩擦系數(shù)還受到工作載荷、運行速度以及軸表面粗糙度的影響。摩擦系數(shù)一般都會隨著工作載荷的逐步增加而降低，隨著運行速度的加快而升高（見圖表3）。摩擦系數(shù)與軸表面粗糙度的關(guān)系見圖表3。
任何自潤滑軸承只要一在載荷下工作，軸承就會產(chǎn)生細微磨損。EP系列軸承同樣如此，在啟動階段，當細微磨損發(fā)生時潤滑脂就會滲出逐漸填滿摩擦面和轉(zhuǎn)移到對磨軸表面(圖表4)，當對磨軸工作區(qū)域被潤滑脂布滿后形成一層很薄的潤滑隔離膜，此時軸承的起始磨損幾乎結(jié)束，在后期長時間的工作中軸承的磨損速率大大降低且較穩(wěn)定（圖表5）。
圖表4：運行后，潤滑膜形成
圖表5：軸承磨損隨工作時間變化曲線圖
◇ 直套、翻邊產(chǎn)品
P= F / d×L (N/mm2)
F=軸承承載值 (N)
d=軸徑 (mm2)
L=軸徑長度(mm2)
◇ 止推墊片
P= 4F / π(D2-d2) (N/mm2)
F=墊片承載值d (N)
D=墊片外徑 OD(mm2)
d=墊片內(nèi)徑 ID(mm2)
由于受配合間隙、材料強度、內(nèi)部油槽等原因的影響，軸承的真正承載面壓(Pact)會大于理論計算值(Pmean)。
軸承實際工作動載荷往往略小于數(shù)據(jù)表中推薦最大表面靜載荷，由于軸與軸承配合總是存在間隙，所以軸承實際工作承載面積并不是軸承的投影面積，此面積的大小由配合軸公差尺寸所決定。此值適合于軸靜止不動或運行速度低于0.01m/s，更高的載荷在運行時間很短也是可能的（短時間指3分鐘以內(nèi)）。
軸承的載荷會隨著軸承工作溫度的升高而逐步降低，當運 行溫度超過最大使用溫度后軸承的承載能力會急劇下降 （圖表7）。 軸承的載荷會隨著軸承運行速度的加快而逐步降低，當運 行速度加快后會導(dǎo)致軸承的摩擦溫度逐步上升，而載荷會 隨著軸承溫度的不斷上升而逐漸降低。
圖表7：載荷隨溫度變化曲線圖
對于滑動軸承來說，運行速度是個關(guān)鍵性參數(shù)，由于滑動 軸承工作時與軸之間發(fā)生的是相對滑動摩擦而不是滾動摩 擦，所以最大運行速度滑動軸承要遠低于滾動軸承。這里 所說的速度是指軸與軸承之間運行的相對線速度而不是轉(zhuǎn) 速。
EP系列軸承所允許的最大速度見圖表8。這些數(shù)值 是在軸承載荷極小時取得的極限速度，實際運用中這些速 度是很難達到的，因為軸承在工作中不可避免的要承受工 作載荷，當軸承載荷加大時所允許的運行速度就會減小。 由于軸承的速度與軸承的運行溫度成反比關(guān)系，所以軸承 不同的運行方式所允許的最大速度也不同。
圖表8：軸承最大運行速度| 材料 | 旋轉(zhuǎn) | 擺動 | 直線 |
| EPT | 0.1 | 0.7 | 3.0 |
| EPG | 1.0 | 0.7 | 4.0 |
| EPH | 1.0 | 0.7 | 3.0 |
| EPX | 1.5 | 1.1 | 5.0 |
| EPJ | 1.5 | 1.1 | 8.0 |
| EPS | 2.0 | 1.4 | 5.0 |
EP系列軸承都限定了最低和最高使用溫度。最低使 用溫度是指軸承材料會變脆的臨界溫度(圖表10)，最高使用 溫度是指軸承耐磨性能不會改變的臨界溫度，短期運行最 高溫度是指軸承材料會變軟的臨界溫度（圖表9）。如軸承經(jīng) 常在高溫和低溫下交替使用，軸承有可能發(fā)生脫落現(xiàn)象， 所以此時必須借助于輔助裝置確保軸承正常運行。
圖表9：軸承最高運行溫度
圖表10：軸承最低運行溫度
| 材料 | 最低溫度 |
| EPT | -40 |
| EPG | -40 |
| EPH | -40 |
| EPX | -100 |
| EPJ | -50 |
| EPS | -200 |
| 材料 | 起始溫度 |
| EPT | -40 |
| EPG | -40 |
| EPH | -40 |
| EPX | -100 |
| EPJ | -50 |
| EPS | -200 |
PV值是指軸承在一定的載荷和線速度條件下的乘積值，軸承
的PV值是評價滑動軸承綜合性能的一個重要指標。實際PV值
與軸承的使用壽命成反比關(guān)系(圖表12)，因此建議設(shè)計時盡可
能使用比較低的PV值，以確保軸承會有更長的使用壽命。
PVPerm.=(K1×π×λk×△T / μ×s) + (K2×π×λs×△T / μ×b1×2) ×y1×y2×10-3
這里：
K1，K2 = 散熱系數(shù)（K1=0.5, K2=0.042）
s = 軸承的壁厚（單位：毫米）
b1 = 軸承的長度（單位：毫米）
μ = 摩擦系數(shù)
λs = 軸的熱傳導(dǎo)性
λk = 軸承的熱傳導(dǎo)性
△T = （Ta - Tu）
Tu = 環(huán)境溫度
Ta = 最高運行溫度
Y1 = 間歇操作的校正因子
Y2 = 潤滑操作校正因子
在很多場合軸承運行并不是連續(xù)工作，由于軸承短期工作（運行時間10分鐘以內(nèi)）而永遠達不到最高允許溫度，那么軸承 允許的PV值就會增加，因為在停止運行時間內(nèi)軸承因摩擦產(chǎn)生的摩擦熱得到了充分的散發(fā)。圖表13說明了軸承停止時間與 運行時間不同比例下的軸承PV值修正系數(shù)y1;
雖然EP系列塑料軸承是專為干摩擦應(yīng)用所設(shè)計，但是其對通用油脂等大部分潤滑介質(zhì)均具有良好的兼容性；在軸承 啟動階段加入潤滑介質(zhì)可以提高軸承的啟動性能，從而縮短軸承的磨合期。而且軸承在有潤滑介質(zhì)存在時其承載能力會大 幅度提高，因為有外界潤滑干預(yù)的情況下軸承摩擦生熱值大幅度降低，軸承溫度降低后承載能力也就隨之提高。圖表14說 明在各種潤滑介質(zhì)下PV值修正系數(shù)y2;
圖表14：PV值在不同潤滑方式時的修正系數(shù)y2| 潤滑 | 修正系數(shù) |
| 干運行 | 1 |
| 脂潤滑 | 2 |
| 水潤滑 | 4 |
| 油潤滑 | 5 |
由于軸承的耐磨性能受到很多因素的影響，所以很難準確 描述軸承的磨損或壽命。通過無數(shù)次的試驗表明影響軸承 耐磨性或壽命的因素有：載荷、速度、運動方式、軸材料 與粗糙度、環(huán)境溫度與灰塵、外界潤滑介質(zhì)類別等等。 軸承的耐磨性一般隨著載荷、速度、溫度的增加而逐漸降 低，當有外界潤滑介質(zhì)存在時軸承的耐磨性會成倍提高。 SAVI推薦使用軸的粗糙度為Ra0.2 - Ra0.8，軸過于粗糙或 太光滑都會導(dǎo)致磨損加劇，軸過于粗糙就像刮刀一樣刮傷 軸承的摩擦面，軸太光滑會在摩擦面與軸承表面發(fā)生膠合 導(dǎo)致磨損增大。 對于軸的材料EP系列軸承沒有特別限定，但由于各 種軸材料對軸承的磨損影響程度不同，故SAVI推薦使用較 為通用的表面鍍硬鉻軸材料，對軸的硬度同樣沒有限定， 但SAVI推薦使用HRC35以上的軸材料，以避免軸承起始工 作階段軸的磨損。
圖表15：軸或基座材料的導(dǎo)熱性| 材料 | 熱導(dǎo)性[W/m x k] |
| 碳鋼 | 46 |
| 硬化鋼 | 46 |
| 硬鉻軸 | 46 |
| 不銹鋼 | 16 |
| 鋁合金 | 204 |
| 塑料 | 0.24 |
滑動軸承用于戶外設(shè)備時就會經(jīng)常暴露在各種惡劣的環(huán)境中?？筓V性能是各種軸承材料抵抗UV射線破壞能力的一個重要 指標。EP系列塑料軸承抗UV性能對照表見圖表16。
EP系列塑料軸承常常被用于有化學介質(zhì)接觸的場合，此時軸承的抗化學腐蝕性能就顯得尤為重要。由于化學介質(zhì)可 能會導(dǎo)致軸承材料在結(jié)構(gòu)成份上發(fā)生變化，這種變化主要取決于化學介質(zhì)的種類、溫度、暴露時間以及軸承的載荷與運動 方式，有時化學介質(zhì)充當了有效的潤滑劑從而會延長軸承的使用壽命。詳細見圖表16。
圖表16：軸承抗UV性能和化學抗性
■ 座孔：EP系列塑料軸承配合座孔的材料無 特別限定，但座孔一端必須倒角25。以避免軸承 壓入時刮傷外徑，壓裝時應(yīng)該采用階梯芯軸緩慢 壓入，禁止直接擊打端面，以免變形影響軸承尺 寸，EP系列產(chǎn)品內(nèi)徑公差均是壓入H7標準 孔后所得到。
■ 軸：EP系列塑料軸承配合軸的材料無特
別限定，但SAVI推薦使用鍍鉻硬軸。為了使軸
在裝配過程中更簡單且不損傷軸承內(nèi)摩擦面，軸
的端面必須有倒角圓滑過渡。另外軸表面粗糙度
對軸承的摩擦系數(shù)有較大影響，軸太光滑摩擦面
會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象或產(chǎn)生尖叫聲，軸表面太粗糙會
加快軸承磨損。SAVI推薦使用軸表面粗糙度為
Ra0.2-0.8．軸承摩擦系數(shù)與表面粗糙度關(guān)系見圖
表19。
圖表17:壓裝圖
圖表19:摩擦系數(shù)u與軸表面粗糙度Ra的關(guān)系
EP系列軸承配合公差按照IS0 3547-1標準設(shè)計制造見圖表18。雖然EP系列產(chǎn)品設(shè)計為自潤滑產(chǎn)品，但在裝 配時在摩擦面上涂上適量的外部潤滑劑（比如油脂）會縮短軸承的磨合期從而延長軸承的使用壽命。
圖表18：EP系列軸承配合公差| 直徑mm2 | 壓裝后公差E10 | 安裝孔徑H7 | 配合軸徑h9 |
| ＞0~3 | +0.014~+0.054 | 0~+0.010 | 0~-0.025 |
| ＞3~6 | +0.020~+0.068 | 0~+0.012 | 0~-0.030 |
| ＞6~10 | +0.025~+0.083 | 0~+0.015 | 0~-0.036 |
| ＞10~18 | +0.032~+0.102 | 0~+0.018 | 0~-0.043 |
| ＞18~30 | +0.040~+0.124 | 0~+0.021 | 0~-0.052 |
| ＞30~50 | +0.050~+0.150 | 0~+0.025 | 0~-0.062 |
| ＞50~80 | +0.060~+0.180 | 0~+0.030 | 0~-0.074 |
| ＞80~120 | +0.072~+0.212 | 0~+0.035 | 0~-0.087 |
| ＞120~180 | +0.085~+0.245 | 0~+0.040 | 0~-0.100 |
■ 粘接劑：EP系列塑料軸承裝配時一般不需要使用粘接劑，但是如果需要使用粘接劑軸承在高溫下工作，要選用同等 耐高溫的膠粘劑，SAVI建議對這種情況進行必要的測試。
材料屬性表
| 一般性能 | 單位 | EPT | EPG | EPH | EPX | EPJ | EPS |
| 密度 | g/cm3 | 1.46 | 1.46 | 1.65 | 1.49 | 1.24 | |
| 顏色 | 黑灰色 | 深灰色 | 灰色 | 黑色 | 黃色 | 米黃色 | |
| 23℃/ 50%時 最大吸水率RH | [%重量] | 0.2 | 0.7 | 0.1 | 0.3 | 2.02 | |
| 最大吸水率 | [%重量] | ＜1.2 | ＜4 | ＜0.3 | ＜0.5 | ＜1.3 | ＜0.1 |
| 對鋼軸的滑動的摩擦系數(shù) | μ | 0.05-0.15 | 0.08-0.18 | 0.07-0.20 | 0.09-0.27 | 0.06-0.18 | 0.05-0.15 |
| 最大PV值（干運行） | MPa?m/s | 0.4 | 0.5 | 1.37 | 1.32 | 0.34 | 0.4 |
| 機械性能 | |||||||
| 彈性模量 | MPa | 2,300 | 7,800 | 12,500 | 8,100 | 2,400 | 830 |
| 20℃時的抗拉強度 | MPa | 80 | 200 | 175 | 170 | 73 | 18 |
| 抗壓強度 | MPa | 65 | 80 | 90 | 150 | 35 | 10 |
| 可允許的表面最大 靜壓強（20℃） | MPa | 35 | 80 | 150 | 90 | 20 | 10 |
| 邵氏D硬度 | 70 | 112 | 87 | 85 | 74 | 73 | |
| 物理和熱性能 | |||||||
| 連續(xù)運行時的 最高溫度 | ℃ | +80 | +130 | +200 | +250 | +90 | +260 |
| 短暫運動時的 最高溫度 | ℃ | +120 | +220 | +240 | +315 | +120 | +310 |
| 最低運行溫度 | ℃ | -40 | -40 | -40 | -100 | -50 | -200 |
| 導(dǎo)熱性 | W/m?K | 0.2 | 0.25 | 0.60 | 0.60 | 0.25 | 0.24 |
| 熱膨脹系數(shù)（23℃） | K-1?10-5 | 7 | 9 | 4 | 5 | 10 | 12 |
| 導(dǎo)電性能 | |||||||
| 體積電阻率 | Ωcm | ＞1012 | ＞1013 | ＜104 | ＜105 | ＞1013 | ＞1015 |
| 表面電阻 | Ω | ＞1015 | ＞1011 | ＜105 | ＜103 | ＞1012 | ＞1015 |
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