| 标准编号 | GB/T 35083.2-2018 (GB/T35083.2-2018) | | 中文名称 | 滑动轴承 轴承材料摩擦学特性试验 第2部分: 聚合物轴承材料试验 | | 英文名称 | Plain bearings -- Testing of the tribological behaviour of bearing materials -- Part 2: Testing of polymer-based bearing materials | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J12 | | 国际标准分类 | 21.100.10 | | 字数估计 | 26,258 | | 发布日期 | 2018-05-14 | | 实施日期 | 2018-12-01 | | 标准依据 | 国家标准公告2018年第6号 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 35083.2-2018
Plain bearings--Testing of the tribological behaviour of bearing materials--Part 2: Testing of polymer-based bearing materials
ICS 21.100.10
J12
中华人民共和国国家标准
滑动轴承 轴承材料摩擦学特性试验
第2部分:聚合物轴承材料试验
(ISO 7148-2:2012,IDT)
2018-05-14发布
2018-12-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
目次
前言 Ⅰ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 符号、单位和缩略语 1
4 聚合物轴承材料摩擦学特性试验的特点 2
5 试验方法 5
6 试验试样 8
7 试验方法和试验设备 14
8 润滑 16
9 标记 16
10 试验环境 17
11 试验过程 19
12 试验分析 19
附录A(资料性附录) 试验报告 21
参考文献 23
前言
GB/T 35083《滑动轴承 轴承材料摩擦学特性试验》由以下两部分组成:
---第1部分:金属轴承材料试验;
---第2部分:聚合物轴承材料试验。
本部分是GB/T 35083的第2部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分使用翻译法等同采用ISO 7148-2:2012《滑动轴承 轴承材料摩擦学特性试验 第2部分:
聚合物轴承材料试验》。
与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:
---GB/T 1040.2-2006 塑料 拉伸性能的测定 第2部分:模塑和挤塑塑料的试验条件
(ISO 527-2:1993,IDT)
---GB/T 1040.3-2006 塑料 拉伸性能的测定 第3部分:薄膜和薄片的试验条件(ISO 527-
3:1993,IDT)
---GB/T 16748-1997 滑动轴承 金属轴承材料的压缩试验(ISO 4385:1981,IDT)
---GB/T 23893:2009 滑动轴承用热塑性聚合物 分类和标记(ISO 6691:2000,IDT)
本部分由中国机械工业联合会提出。
本部分由全国滑动轴承标准化技术委员会(SAC/TC236)归口。
本部分负责起草单位:中机生产力促进中心、合肥波林新材料股份有限公司、湖南崇德工业科技有
限公司。
本部分参加起草单位:浙江长盛滑动轴承股份有限公司、浙江双飞无油轴承股份有限公司、浙江中
达精密部件股份有限公司、临安东方滑动轴承有限公司、嘉善峰成三复轴承有限公司。
本部分由全国滑动轴承标准化技术委员会负责解释。
滑动轴承 轴承材料摩擦学特性试验
第2部分:聚合物轴承材料试验
1 范围
GB/T 35083的本部分规定了特定工况下滑动轴承聚合物轴承材料的摩擦学试验,例如承载能力、
滑动速度和温度、有或无润滑等的试验方法。通过试验结果,可获得金属-聚合物或聚合物-聚合物摩擦
副的摩擦学性能数据。
本部分的目的是获得无润滑(干摩擦表面)和有润滑(边界润滑)情况下,用于滑动轴承的聚合物轴
承材料与其对偶件材料的组合在规定并明确定义的试验条件下可重复测得的摩擦磨损值。
只有在有影响的所有参数相同时,试验结果才能对实际应用具有实用性。试验条件偏离实际应用
情况越多,试验结果适用的不确定性越高。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
ISO 527-2 塑料 拉伸性能的测定 第2部分:模塑和挤塑塑料的试验条件(Plastics-Determi-
ISO 527-3 塑料 拉伸性能的测定 第3部分:薄膜和薄片的试验条件(Plastics-Determination
ISO 2818 塑料 试样的机加工制备
bearingmaterials)
3 符号、单位和缩略语
见表1。
表1 符号和单位
符号 定义 单位
A,B,C,D,E 试验方法 -
a 滑动距离 km
dr 干摩擦 -
f 摩擦因数;即摩擦力与正压力之比。f=Ff/Fn -
Ff 摩擦力 N
表1(续)
符号 定义 单位
Fn 正压力 N
gr 润滑脂 -
Kw
磨损系数,与正压力有关的体积磨损率:
Kw=Vw/(Fn×a)=wv/Fn
mm3/(N·km)
lw 线磨损量 mm
Mf 摩擦力矩 Nm
oi 润滑油 -
p 比载荷(力/实际接触面积) MPa
Rd,B 压缩强度 MPa
Rd0.2 规定非比例压缩强度 MPa
so 固体润滑剂 -
T 在稳定状态条件下试验时试样靠近滑动表面的温度 ℃
Tamb 环境温度 ℃
Tg 玻璃化转变温度 ℃
Tlim 轴承最大许用温度 ℃
tch 试验时间 h
U 滑动速度 m/s
VW 通过测量体积变化所得的材料磨损量 mm3
w1 线磨损率,w1=lw/a mm/km
wv 体积磨损率,wv=Vw/a mm3/km
η 润滑剂黏度 mPa·s
4 聚合物轴承材料摩擦学特性试验的特点
聚合物具有低热传导率和低熔点,因此接触摩擦产生的热量可能导致聚合物部分熔融而造成磨损
假象。由于聚合物热膨胀高(最高比钢高10倍),得到的结果具有误导性,因为试样在摩擦热量下发生
了膨胀。因此评估试验结果时,需考虑热膨胀(间隙变化)和热导率(熔融)的影响。在可能的情况下,试
验摩擦副中两个试样的温度都应受到控制。
聚合物具有玻璃化转变温度Tg,该温度取决于聚合物的化学结构。在该温度下,聚合物的物理性
能和摩擦学特性可能会改变。
注塑聚合物表面与车削加工表面相比具有不同的性能。试样应在与实际应用中相同表面状态下进
行试验。
强化物和填充物,例如纤维组织,可导致聚合物材料产生很强的各向异性,纤维方向将影响其耐磨
特性。在实际应用中,试样应具有与实际应用相同的纤维方向。
为避免粘性滑动,试验设备应非常稳固并且不易受振动影响。
聚合物的摩擦学特性主要取决于其材料成分的组合,即哪部分材料流动,哪部分材料保持固定。试
验系统应与实际应用情况相似。
聚合物磨损和金属磨损过程不同。不仅有粉状磨损碎屑的摩擦磨损过程,还有伴随光滑或粗糙的
转移层而产生的粘附磨损过程。同时,也可能有犁沟磨损和熔融或塑性变形。因此,在任何情况下,磨
损不能通过测量质量来确定,磨损情况应在试验后判定(无论表面是细小/粗大的颗粒,划痕,剥落,熔融
或塑性变形)。
某些聚合物的试验结果重复性较差,因此需要多次试验(例如6次或更多)。
试样的准备工作和预处理(例如整理、储存、清洁)对试验结果影响很大。
在一些热塑性塑料,例如聚酰胺中,吸收湿气会引起线性尺寸逐渐变化并改变其力学性能。因此,
在试验过程中,应控制环境参数。由于聚合物具有吸湿性,因此不能通过测定质量来确定磨损。
试验条件与实际应用偏离越大,试验结果适用的不确定性越大(见图1和图2)。
a) 滑动轴承-轴
b) 直线导向系统
图1 模拟真实摩擦接触
a) 销-盘
图2 模拟近似实际试验条件和模型系统
b) 环-块
c) 球面-V型槽
d) 止推载荷端面旋转摩擦试验:轴套端面-轴套端面
e) 止推载荷端面旋转摩擦试验:轴套端面-平面
图2(续)
5 试验方法
5.1 概述
本部分规定了不同的试验方法,可以使用如下几种几何形状的试样。试验方法应尽可能与实际应用接近。
5.2 试验方法A:销-盘试验
见图3。
图3 试验方法A:销-盘试验
优点:
---简单试样的基础试验;
---摩擦学特性试验;
---不会因为磨损而增加滑动面积;
---材料摩擦学特性对比分析;
---模拟直线导向系统[见图1b)]。
缺点:
---销的边缘可能会擦除润滑剂;
---不能用于纤维增强材料注塑成型的销;
---因为有收缩问题,不能用于注塑成型的圆盘。
5.3 试验方法B:环-块(销)试验
见图4。
图4 试验方法B:环-块(销)试验
优点:
---简单试样的基础试验;
---摩擦学特性试验;
---不会因为磨损而增加滑动面积;
---材料摩擦学特性对比分析;
---有无润滑都适用。
缺点:
---不能用于纤维增强材料注塑成型的块;
---块的边缘可能会擦除润滑剂;
---因为有收缩问题,不能用于注塑成型的圆盘。
5.4 试验方法C:滑动轴承-轴试验
见图5。
图5 试验方法C:滑动轴承-轴试验
优点:
---系统模拟性最好;
---可对实际产品或成比例缩放的轴承进行试验;
---可预测实际的摩擦学特性;
---有无润滑都适用。
缺点:
---试验时间长(加速试验可能会导致过量的摩擦热);
---试验条件难以调整;
---在边界润滑情况下,会因为磨损而增加滑动摩擦面积。
5.5 试验方法D:球面-V型槽试验
见图6。
图6 试验方法D:球面-V型槽试验
优点:
---可以对聚合物-聚合物或聚合物-金属的材料组合进行试验;
---有无润滑都适用(试样具有润滑剂存储槽);
---试验中可同时对聚合物和润滑剂之间的作用进行试验;
---可用于注塑成型试样;
---滑动摩擦副可以自动调整对中。
缺点:
---塑性变形可能会影响试验结果;
---在边界润滑或干摩擦条件下,会因为磨损而增加滑动摩擦面积。
5.6 试验方法E:止推载荷端面旋转摩擦试验
见图7。
a) E1:轴套端面-轴套端面
图7 试验方法E:止推载荷端面旋转摩擦试验
b) E2:轴套端面-平面
图7(续)
优点:
---简单试样的基础试验;
---可用于注塑成型试样;
---摩擦学特性试验;
---材料摩擦学特性对比分析;
---不会因为磨损而增加滑动面积;
---两个试样间可以持续滑动;
---有无润滑都适用。
缺点:
---塑性变形可能会影响试验结果;
---注塑成型试样上滑动表面的收缩会影响试验结果。
6 试验试样
6.1 数据要求
对同一种材料的系列试验,试样应来自于同一批次,具有相同的后处理状态和精加工摩擦面。机加
工和注塑成型的试样可能会产生不同的试验结果,因为结晶性质可能随着离表面深度而变化。它们宜
分别进行试验。
当考虑试验结果的重复性时,对偶件材料的组织结构是最本质的因素,以下信息也是必需的:
a) 材料的规格和成分,包括填充物或增强纤维的详细情况(见ISO 6691或 GB/T 23893中的
规定);
b) 制造方法;
c) 组织结构,例如密度、晶粒度;
d) 材料力学性能,例如肖氏硬度,规定非比例压缩强度Rd0.2(见ISO 4385中规定),压缩强度
Rd,B;
e) 处理状态,例如水分含量;
f) 表面状态和表面粗糙度Ra,例如注塑成型、机加工(见ISO 2818中规定),车加工,研磨,磨光,
抛光,铣削。
6.2 聚合物基滑动轴承材料(pl)
这些材料可通过模具成型、注塑成型或通过切割一定长度的圆棒或圆管或通过机加工整个半成品
材料或通过剪切注塑成型或轧制(复合的)板材制成。
如果试验纤维增强聚合物材料,试验中纤维应保持与在最终产品中的方向一致,例如平行或垂直于
滑动表面。
6.3 对偶件材料
所有金属或者聚合物基的材料都可做为对偶件材料。材料的选择应与实际应用一样。在技术应用
中,所有系统都是有可能的,例如具有注塑成型齿轮和聚甲醛(POM)轴的铝制齿轮箱。对偶件材料应
具有相同滑动摩擦副,例如转动的聚甲醛圆盘或圆球放在固定的铝制销或铝制V型槽上。在这种情况
下,相反组合即聚甲醛销放在铝制圆盘上,会导致试验结果评价错误。
6.4 试样尺寸
6.4.1 概述
试样推荐使用以下尺寸,否则,由于转移膜和热量散失的影响,试验结果可能不具备可比性。
6.4.2 圆盘
圆盘应优先选用以下尺寸:
---外径:110mm;
---内径:60mm;
---滑动轨迹的半径:(51.5±0.2)mm;
---高度:10mm。
圆盘的基本形式与在轴侧上止推深沟球轴承的圆环相同。
6.4.3 圆环
圆环应优先选用外径40mm并且宽度不小于试块宽度。
6.4.4 销
对于注塑成型材料,销应优先选用3mm直径。对于纤维增强材料,应优先选用更大的直径。
如果用到直径大于7mm的销,应减小滑动轨迹的半径或增大圆盘直径。应采取一定的措施阻止
销转动。
销的自由长度不应超过2mm。由于它的尺寸,可用符合ISO 527-3或ISO 527-2规定的标准拉伸
试棒来制做直径3mm的聚合物销。这样可使磨损试验和拉伸强度试验结果相关。
6.4.5 试块
试块的基本尺寸应优先选用10mm×10mm×20mm。如果没有合适的该尺寸的大部件,试块可
以破例使用10mm的高度。试块的表面粗糙度是根据机加工条件定的,如铣削或车削。试块的摩擦面
半径最小应是圆环半径的1.001倍。如果最大半径超过了圆环半径的1.003倍(线接触),磨合时间将过
长(见11.1)。
6.4.6 球面
球面直径应优先选用12.7mm,热塑材料可使用注塑成型(见图8)。金属材质的球面可从市场购
买(球轴承球或阀球)。
单位为毫米
说明:
1---具有圆柱孔的六边形台阶;
2---注塑口位置。
图8 注塑成型球面示例
6.4.7 V型槽
V型槽应优先选用如下特定形状。如果是注塑成型,V型槽试样应具有统一的壁厚(2mm),并要
求金属支承底座不变形(见图9)。或者,将切割下来的平面可装入特殊的固定装置(见图10)。
单位为毫米
说明:
1---金属骨架;
2---开口位置。
图9 注塑成型V型槽示例
说明:
1---金属底座;
2---机加工平面。
图10 插入金属底座的机加工平面示例
6.4.8 滑动轴承
滑动轴承可以是机加工或注塑成型。根据使用的试验设备,可使用不同内径的滑动轴承,内径尺寸
应优先选用20mm、5mm或1mm,后者用于特殊场合,宽度/直径的比是0.75或1。
直径、轴承间隙、壁厚和使用的轴承类型(轴套或轴瓦)应在试验报告中指出。较小的滑动轴承应具
有法兰,以便将其安装在底座上(见图11)。滑动面区域应位于滑动轴承的圆柱部分。
说明:
1---法兰;
2---滑动面。
图11 具有内孔台阶和倒角的注塑滑动轴承示例
6.4.9 轴
用于试验的轴径向跳动公差应不超过1μm,圆度公差不超过5μm。在任何试验设备上,应保证试
样(试验轴套和轴)安装后,在没有加载的情况下,角度偏差不大于0.05°。轴直径(如轴承间隙)的选取
应充分考虑轴套的热膨胀性(热膨胀性有导致内孔闭合咬死的风险),轴套的热膨胀性取决于壁厚、运行
温度和材料特性。为避免轴套咬死,(冷却状态下)直径间隙可以是轴直径的0.3%~1%。
6.4.10 轴套
轴套可以是机加工或注塑成型。优先选用的轴套基本尺寸见图12。
单位为毫米
图12 轴套尺寸
6.4.11 平板
平板可以是机加工或注塑成型。优先选用的平板基本尺寸见图13。
单位为毫米
t=2mm~5mm。
图13 平板尺寸
6.5 试样准备
试样准备适用于轴承材料和对偶件材料。
试验前,应清洗切削液和其他可能用于准备试样物质的残留物以避免影响滑动特性。
清理完成后,不应再用手或其他任何工具触碰试样将要相互接触的滑动面。
清理过程应按以下方式进行:
---从试样上刷去松散的颗粒。然后把试样分别浸入三种与试验材料类型相适应的高纯度溶剂
(杂质最大体积含量为0.0005%)溶液中。适合的溶剂有:二丙醇、乙醇、丙酮、碳氟化合物、某
些水溶液或环己胺等。在任何情况下,应保证塑料材质和溶剂的相容性。清理过程的数据和
所选溶剂应记录到试验报告中。
---试样应在干燥箱里烘干,最高温度为60℃。
---易受湿度影响的聚合物材料(如聚酰胺)的试样应在试验前于标准环境(23℃和50%的湿度)
中进行预处理24h。
---某些情况下不能进行清理,例如对与溶剂不相容的热塑非晶体材料,或是包含润滑剂或多孔纤
维的聚合物材料。它们应在干燥条件下机加工(没有切削液)或无脱模剂的注塑成型加工。手
不应触摸滑动面。
7 试验方法和试验设备
7.1 概述
为了向滑动轴承用聚合物材料制造商或用户提供各种实际应用情况的模拟,对不同的试验方法进
行了标准化。
本部分根据以下分类规定了试验方法:
---简单试样的基础试验。
---简单试样的模拟试验。
---实物产品或按比例缩小产品的试验。
本部分的目的是只进行基本或有选择性的特定模拟试验。实物产品的试验,允许用实物产品作为
试样,例如按实际尺寸用热塑性材料制成的滑动轴承。
7.2 试验方法A:销-盘试验
试验应使用符合6.4.4的销和符合6.4.2的圆盘进行。
支承圆盘的轴应安装于消除游隙的精密滚动轴承中。电驱动应能够无级调速。或者,应可以通过
振荡运行以获得弧形平移运动。试样固定架应具有适当的弯曲强度,并装上无间隙低摩擦的导向结构。
加载系统应能满足恒定载荷、连续加载或逐级加载的要求。
要测量的变量是摩擦因数、磨损率和试样的指定位置的温度。推荐在销上装上热电偶。测量温度
的位置应在试验报告中说明。摩擦因数通过测量摩擦力获得。磨损是通过测定销上材料磨损的线性体
积来确定(持续间隔测量)。试验最后,应通过圆盘和销的尺寸测量,以确认转移膜或圆盘磨损,从而确
定磨损量。
温度传感器在圆盘上的测量点,应与销的滑动轨迹半径相一致,应能够测量圆盘总体温度(平均温
度)。该测得的大致稳定的温度与摩擦产生的热量近似成比例,可以用来作为监控温度特性的方法。
对于要求滑动表面温度固定的试验,圆盘的温度应受到控制。
7.3 试验方法B:环-块试验
环-块试验应采用符合6.4.5的预成型(配形)试块和符合6.4.3的圆环。无级调速的驱动轴上应安
装径向圆跳动不超过25μm的绝热圆环。试块应放置在可连续或逐级加载的自调节底座上。试验系
统应配备可以连续测量摩擦因数、试块线磨损和圆环温度的测量仪器。
圆环温度测量点位于试块滑动方向的两面,圆环温度取两个热电偶测得温度的平均值。恒温对于
测量结果的重复性是必不可少的。因此,在没有温度调节装置控制的简单试验设备中,只能进行对比试
验。确定材料性能的试验(认证试验),应通过带加热或冷却液体流的校准过温度的圆环或试验轴进行。
7.4 试验方法C:滑动轴承-轴试验
7.4.1 概述
滑动轴承-轴试验是通过滑动轴承(或两个半轴瓦)与轴进行。
7.4.2 试验方法C1
试验采用滑动轴承固定钢制轴旋转的方式进行。试验力可通过弹簧的方式加载。磨损量可通过量
具或显微镜进行测量。对于高载荷、高速和大直径(如20mm)滑动轴承试验,可能需要同时调节控制
滑动轴承和旋转轴的温度。
7.4.3 试验方法C2
试验采用滑动轴承压入摇摆装置的方式进行,并由悬臂轴支承。摇摆装置通过加载对试验轴承施
加试验力,并通过侧向偏转测量摩擦力。
7.4.4 试验方法C3
试验采用轴旋转轴承固定的方式进行。试验轴用弹簧夹头夹持到具有高旋转精度(径向圆跳动公
差为2μm)的试验机主轴上,方便替换;装在底座支承的试验轴承应放置到悬臂轴的自由端。
7.5 试验方法D:球面-V型槽试验
试验应通过可变速驱动装置连续或逐级调节球面速度,力臂装置通过配重或连续调节加载力的方
式加载。应通过控制单元保证两个试样的温度以及环境参数,如空气湿度或气体成分,在试验过程中受
到控制并保持不变。
本试验要求测量一定滑动速度、载荷及温度下的摩擦力,及球面与V型槽的总磨损深度。磨损量
是通过直读式量具测量或通过电子位移传感器连续测定磨损。体积磨损率和磨损系数可通过这些数据
计算而得。
7.6 试验方法E:止推载荷端面旋转摩擦试验
7.6.1 概述
止推载荷端面旋转摩擦试验是通过轴套和平板组合,包括轴套端面-轴套端面或轴套端面-平板来
进行。
7.6.2 试验方法E1
试验通过试验材料轴套和用对偶件材料制成的符合6.4.10的轴套进行。
固定试样的芯轴应有足够的硬度以承受加载力,并能够在没有不平衡和/或振动的情况下平滑转
动。芯轴跳动应不大于0.005mm。
试样转动轴中心和对偶件材料试样底座中心应同轴。具有适当强度的试样底座应安装上无间隙无
键的导向结构以避免试样和底座的相对滑动。加载系统应能够使试验力保持恒定、连续增加或分级
加载。
所测项目是摩擦因数、磨损率和静止试样指定位置的温度。测温位置应在报告中说明。摩擦因数
通过测量扭矩方式得到,磨损量是用测定试样磨损体积的方法测得。尺寸测量也可用于测定磨损量。
7.6.3 试验方法E2
试验应通过对偶件表面材料制成的符合6.4.10的轴套和用试验轴承材料制成的符合6.4.11的平
面进行。
固定试样的芯轴应有足够的硬度以承受加载力和在没有不平衡和/或振动的情况下平滑转动。心
轴跳动应不大于0.005mm。
试样(轴套)转动轴中心和平板底座......
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