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1、航空关节轴承及外圈材料,1,燕山大学机械工程学院 College of Mechanical Engineering, Yanshan University,专业:XXX 姓名:XXX 学号:XXX,航空关节轴承的外圈材料,关节轴承制造与实验装备,Page 2,本讲内容,航空关节轴承简介,航空关节轴承的应用,关节轴承常用外圈材料,Page 3,航空关节轴承 航空关节轴承是一种球面滑动轴承,其滑动接触表面是一个内球面和一个外球面,运动时可以围绕其内孔的轴心线转动,也能围绕两个不动的轴作非对中运动。,1、航空关节轴承简介,Page 4,1、航空关节轴承简介,由于关节球面轴承具有大的摆动角和调心性能
2、,可以在一定程度上完成旋转、摆动和调心,在承受大的径向静载的同时,还能承受一定的轴向载荷,具有载荷能力大,抗冲击,抗腐蚀、耐磨损、自调心、润滑好等特点,有助于提高飞机构件的灵活性,广泛地应用在航空航天机械中。,Page 5,2、航空关节轴承的应用,Page 6,(1)轴承钢 又称高碳铬钢,含碳量c为1%左右,含铬量cr为0.5%-1.65%。轴承钢又分为高碳铬轴承钢、无铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢、中高温轴承钢及防磁轴承钢六大类。轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性,以及高的弹性极限和接触疲劳强度,尺寸与形状稳定性高,有一定耐侵蚀的能力,同时还拥有非常良好的工艺性能(包括锻造等热加工性能和车削、磨削等冷加工性能等
3、),便于实现高质量、 高效率的轴承制造。例如GEDE1型 向心关节轴承、GACS型角接触关节 轴承、GXS型推力关节轴承、 GECS-2Z型自润滑向心关节轴承等 外圈都采用轴承钢。,3、关节轴承常用外圈材料,轴承钢外圈自润滑向心关节轴承,Page 7,3、关节轴承常用外圈材料,(2)玻璃钢 也称玻璃纤维增强塑料(FRP),是一种品种繁多,性能各别,用途广泛的复合材料。它是由用玻璃纤维或其织物以增强合成树脂,用涂布、注塑、挤塑、层压等方法加工成形的新型材料。玻璃钢材料具备重量轻,强度高,耐腐蚀,电绝缘性能好,传热慢,热绝缘性好,耐瞬时超高温性能好等特性,还能够准确的通过不同的使用环境及特殊的性能要求,
4、自行设计复合制作而成,使 用适应性广泛。由于玻璃钢重量轻,强 度高,十分适用于航空零部件,在航空 关节轴承中也有应用,例如GEF2型 自润滑向心关节轴承的外圈就是使用该 材料。,Page 8,3、关节轴承常用外圈材料,(3)铝合金 在铝中添加一定元素形成的合金称为铝合金,铝合金密度低,但强度比较高,接近或超过优质钢,塑性好,可加工成各种型材,具有优良的导电性、导热性和抗蚀性,一些铝合金能够使用热处理获得良好的机械性能,物理性能和抗腐蚀和抗老化性能,成为理想的结构材料。随着飞机轻量化的发展,采用高比强度的铝合金替代不锈钢内外圈成为航空轴承的发展的新趋势。,Page 9,3、关节轴承常用外圈材料,材料处理要求
5、:铝合金关节轴承承载较大,对基体材料的成分、组织状态、力学性能等要求高。铝合金本身刚度低,易受夹装力和切削力影响而产生残余应力,不宜使用磨、研等工序,且为了更好的提高铝合金的表面强度、耐磨性和常规使用的寿命,常常采取表面处理工艺。,铝合金外圈杆端关节轴承,Page 10,3、关节轴承常用外圈材料,(4)不锈钢 不锈钢是在普通碳钢的基础上,加入一组铬的质量分数( wCr )大于 12% 合金元素的钢材,它在空气作用下能保持金属光泽,也就是具有不生锈的特性。这是由于在这类钢中含有一定量的铬合金元素,能使钢材表明产生一层不溶解于某些介质的坚固的氧化薄膜(钝化膜),使金属与外界质隔离而不发生化学作用。在这类钢中,
6、有些除含较多的铬( Cr )外,还匹配加入较多的其他合金元素,如镍( Ni ),使之在空气中、水中、蒸汽中、都具有非常好的化学稳定性,甚至在高温或低温度的环境中,仍能保持其耐腐蚀的优点。,Page 11,3、关节轴承常用外圈材料,不锈钢表面美观,耐腐蚀和抗老化性能好,比普通钢长久耐用,且强度高,耐高温氧化,维护简便,广泛应于关节轴承。如GEES向心关节轴承的外圈便是不锈钢材料。,GE 90 ES 耐腐蚀滚动不锈钢向心关节轴承,Page 12,3、关节轴承常用外圈材料,(4)钛合金 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要金属,密度小,比强度高和抵抗腐蚀能力好。因此钛及钛合金一直是航空航天工业的“脊柱”之一。 钛合
7、金是以金属钛为基体,加入适量其他元素组成的合金。室温下,钛合金有三种基体组织,钛合金也就分为以下三类:合金,(+)合金和合金。钛合金是相固溶体组成的单相合金,不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下,均是相,组织稳定,耐磨性高于纯钛,抗氧化能力强。钛合金是相固溶体组成的单相合金, 未热处理即具有较高的强度,淬火、时效后合金得到进一步强化,室温强度可达13721666 MPa;但热稳定性较差,不宜在高温下使用。+钛合金是双相合金,拥有非常良好的综合性能,组织稳定性高,有良好的韧性、塑性和高温变形性能,能较好地进行热压力加工,能进行淬火、时效使合金强化。,Page 13,3、关节轴承常用外圈材料,
8、钛合金具有强度高而密度又小,机械性能好,韧性和抗蚀性能很好。钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料,比重、强度和使用温度介于铝和钢之间,但比铝、钢强度高并具备优秀能力的抗海水腐蚀和抗老化性能和超低温性能。阻碍钛合金普遍应用最根本原因还是成 本过高,无论是金属最初的冶炼 还是后续的加工,钛合金的价格 都远高于其他金属。钛合金的 硬度与不锈钢、轴承钢相比较低, 作关节轴承内外圈时摩擦面易磨 损划伤,通常要在其摩擦工作面 作表面处理。,钛合金GE30C自润滑关节轴承,Page 14,3、关节轴承常用外圈材料,(5)铍青铜 以铍为主要添加元素的青铜。铍青铜的铍含量为022,再加入少量的(0220)钴或镍第三组元。该合金可热处理强化。是理想的高导、高强弹性材料。铍青铜无磁、抗火花、耐磨损、耐腐蚀、抗疲劳和抗应力松弛。并且易于铸造和压力加工成形。铍青铜拥有非常良好的综合性能,其力学性能,即强度、硬度、耐磨性和耐疲劳性居铜合金之首。常用的加工铍青铜有:Cu-2Be-0.3Ni, Cu-1.9Be-0.3Ni-0.2Ti等。,铍青铜材料,航空关节轴承及外圈材料,15,汇报完毕,谢谢!,
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