1、工程塑料及其应用 青青 岛岛 科科 技技 大大 学学 塑料工程教研室塑料工程教研室 第一章第一章 工程塑料性能工程塑料性能一第二章第二章 工程塑料成型加工工程塑料成型加工二第三章第三章 工程塑料改性工程塑料改性三第四章第四章 工程塑料在机械工程中的应用工程塑料在机械工程中的应用四目 录 机械传动中许多齿轮、机械传动中许多齿轮、轴承、涡轮和轴承保持架轴承、涡轮和轴承保持架是由工程塑料制造的。是由工程塑料制造的。4 工程塑料在机械工程中的应用工程塑料在机械工程中的应用 4.1.1 4.1.1工程塑料齿轮的特点与选材工程塑料齿轮的特点与选材 塑料齿轮具有质轻、自润滑、吸振、低噪、耐腐蚀、易加工塑料齿
2、轮具有质轻、自润滑、吸振、低噪、耐腐蚀、易加工等优点；等优点；与金属齿轮相比，工程塑料的强度低、导热性差、热变形与金属齿轮相比，工程塑料的强度低、导热性差、热变形大、承载能力低，并且材料性能容易受温度、湿度、加载方式大、承载能力低，并且材料性能容易受温度、湿度、加载方式等外界条件的影响。等外界条件的影响。塑料齿轮属于小模数齿轮，在精密机械和精密仪器中应用塑料齿轮属于小模数齿轮，在精密机械和精密仪器中应用较为广泛，现已在纺织、印染、造纸、食品等轻工机械中应用。较为广泛，现已在纺织、印染、造纸、食品等轻工机械中应用。注：注：“模数模数”是指相邻两轮齿同侧齿廓间的齿距是指相邻两轮齿同侧齿廓间的齿距p
3、 p与圆周率与圆周率的比值的比值(m=p/)(m=p/)，以毫米为单位。模数越大，轮齿越高也越厚，如果齿轮的齿数一，以毫米为单位。模数越大，轮齿越高也越厚，如果齿轮的齿数一定，则轮的径向尺寸也越大。定，则轮的径向尺寸也越大。4.1工程塑料齿轮 塑料齿轮采用模具注塑，同轴度较难保证塑料齿轮采用模具注塑，同轴度较难保证，虽虽然齿的精度高于金属齿轮，但是会有收缩，然齿的精度高于金属齿轮，但是会有收缩，应应考虑考虑加以补偿加以补偿。塑料齿轮的直径公差大于金属。塑料齿轮的直径公差大于金属齿轮，强度小于金属齿轮。齿轮，强度小于金属齿轮。塑料齿轮的失效形式为折损，强度计算应塑料齿轮的失效形式为折损，强度计算
4、应按弯曲强度来进行。按弯曲强度来进行。4.1.14.1.1工程塑料齿轮的特点与选材工程塑料齿轮的特点与选材 4.1.14.1.1工程塑料齿轮的特点与选材工程塑料齿轮的特点与选材聚甲醛聚甲醛提供设计所要求的强度，提供设计所要求的强度，硬度，尺寸稳定性，润滑性硬度，尺寸稳定性，润滑性。4.1.14.1.1工程塑料齿轮的特点与选材工程塑料齿轮的特点与选材精密齿轮为高质量打印提供平精密齿轮为高质量打印提供平稳、如一的运转稳、如一的运转，打印机中使打印机中使用的齿轮组包含用的齿轮组包含11个由个由聚甲醛聚甲醛树脂树脂注塑成型的齿轮注塑成型的齿轮。用塑料制作齿轮时应注意以下几个问题：用塑料制作齿轮时应注意
5、以下几个问题：(1)(1)啮合齿轮的选材啮合齿轮的选材 一种是塑料与塑料，另一种是金属材料和塑一种是塑料与塑料，另一种是金属材料和塑料。前一种啮合齿轮应用不多。这是因为塑料导热性差，容易料。前一种啮合齿轮应用不多。这是因为塑料导热性差，容易因发热而因发热而“咬死咬死”。后一种啮合齿轮应用较多。这是因为其导。后一种啮合齿轮应用较多。这是因为其导热性好热性好(主要靠金属齿轮传热主要靠金属齿轮传热)、摩擦小和磨损小，并能弥补塑、摩擦小和磨损小，并能弥补塑料齿轮精度低等缺点。这种啮合形式能充分发挥塑料齿轮的特料齿轮精度低等缺点。这种啮合形式能充分发挥塑料齿轮的特点。点。在蜗轮和蜗杆啮合传动中一般蜗轮为
6、塑料，蜗杆为金在蜗轮和蜗杆啮合传动中一般蜗轮为塑料，蜗杆为金属材料。属材料。4.1.14.1.1工程塑料齿轮的特点与选材工程塑料齿轮的特点与选材 (2)(2)直齿轮和斜齿轮的选择直齿轮和斜齿轮的选择：载荷较小时用直齿轮，载载荷较小时用直齿轮，载荷较大时，尽可能采用斜齿轮。这样可以提高齿轮的荷较大时，尽可能采用斜齿轮。这样可以提高齿轮的强度和受力的均匀性，但相应地增大了轴向力。强度和受力的均匀性，但相应地增大了轴向力。(3)(3)塑料齿轮所能达到的塑料齿轮所能达到的精度精度：齿形直接成型的精度为齿形直接成型的精度为8 81010级。齿形机械加工的精度为级。齿形机械加工的精度为7 78 8级。由于
7、塑料的弹级。由于塑料的弹性变形性变形，塑料齿轮可以满足高一级精度的金属齿轮的塑料齿轮可以满足高一级精度的金属齿轮的使用要求。使用要求。4.1.14.1.1工程塑料齿轮的特点与选材工程塑料齿轮的特点与选材 MCMC尼龙具有优良的耐磨性、自润滑性，加工方尼龙具有优良的耐磨性、自润滑性，加工方便。最大的便。最大的MCMC尼龙齿轮，直径达尼龙齿轮，直径达4.27m4.27m，由长，由长约约45cm45cm的的2828个个MCMC尼龙扇面体组成用于水力尼龙扇面体组成用于水力发电站，每小时可过滤发电站，每小时可过滤10000m10000m3 3水。水。3M47303M4730钢球研磨机的主传动齿轮是模数为
8、钢球研磨机的主传动齿轮是模数为8 8，齿数为齿数为4747，螺旋角为，螺旋角为35350 0的弧齿锥齿轮。采用的弧齿锥齿轮。采用MCMC尼龙后，经尼龙后，经7000kg7000kg以上钢球以上钢球4000h4000h以上的运以上的运转，使用情况良好。转，使用情况良好。4.1.2 工程塑料齿轮应用 汽车起重吊索绞盘传动蜗轮的直径为汽车起重吊索绞盘传动蜗轮的直径为240mm240mm，模数为，模数为8 8，齿数为，齿数为2828，螺旋角为，螺旋角为35350 042384238，齿宽为，齿宽为56mm56mm，最大起重质量为（最大起重质量为（60607070）t t。该齿轮原用磷青铜，寿。该齿轮原
9、用磷青铜，寿命命2 2年，改用年，改用MCMC尼龙后，质量减轻尼龙后，质量减轻8383，使用，使用2 2年后磨年后磨损很小。损很小。4.1.2 工程塑料齿轮应用 造纸厂干燥机齿轮，外径近造纸厂干燥机齿轮，外径近2m2m，以前用金属材料或，以前用金属材料或酚醛布基板制成。为了实现高速化、无油润滑和降低噪酚醛布基板制成。为了实现高速化、无油润滑和降低噪声，改用了尼龙齿轮。与金属齿轮相比，质量只是原来声，改用了尼龙齿轮。与金属齿轮相比，质量只是原来的的1/61/61/71/7，并且可以吸收启动和停车时的冲击，防止，并且可以吸收启动和停车时的冲击，防止了缺齿，降低了驱动功率。速度由原来的了缺齿，降低了
10、驱动功率。速度由原来的3.3m/s3.3m/s提高到提高到9m/s9m/s，寿命比金属齿轮高，寿命比金属齿轮高5 5倍，比酚醛布基齿轮高倍，比酚醛布基齿轮高4 4倍倍，噪声小。噪声小。4.1.2 工程塑料齿轮应用 塑塑料取代金属作为轴承材料的优点料取代金属作为轴承材料的优点：1 1）摩擦摩擦系数系数小小；2 2）耐磨性好，具有自润滑性能和良好的耐腐耐磨性好，具有自润滑性能和良好的耐腐蚀性能，可以在润滑条件恶劣的情况下工作蚀性能，可以在润滑条件恶劣的情况下工作；3 3）噪声噪声小；小；4 4）生产效率高。生产效率高。其缺点是：其缺点是：1 1）受热、受冷以及吸水、吸油后尺寸变化受热、受冷以及吸水
11、、吸油后尺寸变化大大（蠕变蠕变大）大）；2 2）耐热性差，散热慢，变形后易引起耐热性差，散热慢，变形后易引起“抱抱轴咬死轴咬死”现象现象。4.2 4.2 工程塑料轴承工程塑料轴承4.2.14.2.1工程塑料轴承选材工程塑料轴承选材 塑料轴承使用时载荷越小，轴速度越低，它的优越性塑料轴承使用时载荷越小，轴速度越低，它的优越性也就越明显。用作轴承材料的耐磨塑料主要有聚四氟也就越明显。用作轴承材料的耐磨塑料主要有聚四氟乙烯乙烯(PTFE)(PTFE)、聚酰胺聚酰胺(PA)(PA)、聚甲醛、聚甲醛(POM)(POM)、聚砜、聚砜(P(PS SU)U)、聚苯醚聚苯醚(PPO)(PPO)、聚酰亚胺、聚酰亚
12、胺(PI)(PI)及酚醛树脂及酚醛树脂(PF)(PF)等。等。塑料轴承所用的材料，塑料轴承所用的材料，主要应根据各种塑料的摩擦磨损特性和主要应根据各种塑料的摩擦磨损特性和PVPV极限值极限值（密封（密封达到失效时的极限值。用以表示密封的水平达到失效时的极限值。用以表示密封的水平，单位为，单位为MPa.m/sMPa.m/s）等进行选择。塑料轴承的等进行选择。塑料轴承的PVPV值为速度与载值为速度与载荷的乘积，是衡量塑料荷的乘积，是衡量塑料轴轴承性能的重要指标。承性能的重要指标。4.2.14.2.1工程塑料轴承选材工程塑料轴承选材 速度与载荷实际上通过摩擦功转变成热能，导致材速度与载荷实际上通过摩
13、擦功转变成热能，导致材料软化熔融、炭化。塑料轴承的料软化熔融、炭化。塑料轴承的PV值随滑动速度的变化值随滑动速度的变化而异，当滑动速度逐渐增大时，而异，当滑动速度逐渐增大时，PV值下降。但值下降。但PPTFE的情况比较特殊，由于摩擦因数极低，而承载能力也很的情况比较特殊，由于摩擦因数极低，而承载能力也很小，对滑动速度的变化不敏感，因此，一定范围内随滑小，对滑动速度的变化不敏感，因此，一定范围内随滑动速度的增快，动速度的增快，PV值反而增大。值反而增大。工程塑料轴承设计时，轴承的长径比与壁厚、润滑工程塑料轴承设计时，轴承的长径比与壁厚、润滑与密封、间隙量与配合是几个主要参数。与密封、间隙量与配合
14、是几个主要参数。注：工程塑料轴承的长度与轴径比注：工程塑料轴承的长度与轴径比(LD)一般不得超过一般不得超过1.5；1，以，以1：1为好，此时为好，此时摩擦因数最小，利于热量的散发。如果长度过长，可以分成几段。摩擦因数最小，利于热量的散发。如果长度过长，可以分成几段。塑料轴承壁厚不宜过大，壁厚过大不易散热，而且易于蠕变。在保证强度和成型工塑料轴承壁厚不宜过大，壁厚过大不易散热，而且易于蠕变。在保证强度和成型工艺许可的情况下，壁越薄越好，但壁厚过小，压配时易引起变形，同时在轴承座中的张艺许可的情况下，壁越薄越好，但壁厚过小，压配时易引起变形，同时在轴承座中的张紧力也不够。紧力也不够。4.2.14
15、.2.1工程塑料轴承选材工程塑料轴承选材 由于工程塑料的线膨胀系数比金属大，由于工程塑料的线膨胀系数比金属大，由摩擦热引起的内径收缩也较大，由摩擦热引起的内径收缩也较大，所以所以工工程塑料轴承与轴的配合间隙，一般比金属程塑料轴承与轴的配合间隙，一般比金属轴承与轴的配合间隙大。轴承与轴的配合间隙大。4.2.14.2.1工程塑料轴承选材工程塑料轴承选材 a aPTFEPTFE轴承轴承 PTFEPTFE是一种摩擦因数极低、耐腐蚀性优异、使用温度范围很宽的自润滑材是一种摩擦因数极低、耐腐蚀性优异、使用温度范围很宽的自润滑材料，是制作料，是制作自润滑轴承自润滑轴承的理想材料。的理想材料。氟塑料摩擦因数小
16、，是现有材料中摩擦因数最小的，它对钢的氟塑料摩擦因数小，是现有材料中摩擦因数最小的，它对钢的干干静摩擦因静摩擦因数仅为数仅为0.040.04，干动摩擦因数为，干动摩擦因数为0.12-0.200.12-0.20。4.2.24.2.2几种常用的工程塑料轴承几种常用的工程塑料轴承 氟塑料和钢之间在大载荷、低速下干滑动不会产氟塑料和钢之间在大载荷、低速下干滑动不会产生颤动、爬行、振动现象，这是目前己知材料中绝无仅生颤动、爬行、振动现象，这是目前己知材料中绝无仅有的。其原因就是氟塑料本身的分子结构是特殊的大聚有的。其原因就是氟塑料本身的分子结构是特殊的大聚合螺旋性直链结构，分子链之间容易产生螺旋滑动合螺
17、旋性直链结构，分子链之间容易产生螺旋滑动，因因而具有自润滑性、它的表面总是像有一层油蜡似的滑溜而具有自润滑性、它的表面总是像有一层油蜡似的滑溜特性。这种特性使之成为无油轴承的理想材料，已经被特性。这种特性使之成为无油轴承的理想材料，已经被广泛地应用于机床、汽车、吊车、纺织机中的无油轴套、广泛地应用于机床、汽车、吊车、纺织机中的无油轴套、铰链、关节套、转向套、导轨、齿轮轴套、滑轮吊钩套铰链、关节套、转向套、导轨、齿轮轴套、滑轮吊钩套等低速于摩擦的轴承之中。等低速于摩擦的轴承之中。4.2.24.2.2几种常用的工程塑料轴承几种常用的工程塑料轴承-PTFE-PTFE 氟塑料在有氟塑料在有油脂油脂存在
18、的情况下，使滑动轴承的摩擦因存在的情况下，使滑动轴承的摩擦因数大大降低。根据润滑的状态，摩擦因数约为数大大降低。根据润滑的状态，摩擦因数约为0.00012-0.00870.00012-0.0087。这一特性大大降低了设备的。这一特性大大降低了设备的起动功起动功率和拖动电动机的起动电流率和拖动电动机的起动电流。因而也减少了传动机械。因而也减少了传动机械的冲击磨损的冲击磨损和和功率损耗，尤其对大型设备更为突出。功率损耗，尤其对大型设备更为突出。例如，大型水轮发电机的转子载荷常在几百吨到几千吨。例如，大型水轮发电机的转子载荷常在几百吨到几千吨。用了弹塑瓦之后不用顶起就直接起动、停止。现在用了弹塑瓦用
19、了弹塑瓦之后不用顶起就直接起动、停止。现在用了弹塑瓦的电站均取消了油顶系统，既简化了操作程序又避免了事故的的电站均取消了油顶系统，既简化了操作程序又避免了事故的发生。某电站原巴氏轴瓦转子盘车时，需发生。某电站原巴氏轴瓦转子盘车时，需1515人坚持人坚持10min10min后才后才能将能将670t670t重的转于转动，而换上了弹塑瓦之后，仅用重的转于转动，而换上了弹塑瓦之后，仅用2 2人就能人就能推动转子，完成盘车任务。推动转子，完成盘车任务。4.2.24.2.2几种常用的工程塑料轴承几种常用的工程塑料轴承-PTFE-PTFE PTFEPTFE轴承可用于热电厂、陶瓷厂大型球磨设备的轴承可用于热电
20、厂、陶瓷厂大型球磨设备的导轴导轴承和托轮轴承承和托轮轴承。这种轴承往往由于粉尘污染而导致巴。这种轴承往往由于粉尘污染而导致巴氏合金瓦或铜瓦产生氏合金瓦或铜瓦产生烧烧瓦事故。弹塑瓦由于质地软，瓦事故。弹塑瓦由于质地软，具有具有镶藏镶藏性性，当粉尘进入，当粉尘进入后后，塑料瓦面能镶藏硬质点，塑料瓦面能镶藏硬质点，从而减轻对轴的磨损，也延缓了事故的发生。从而减轻对轴的磨损，也延缓了事故的发生。水泥厂的托轮轴承由于环境温度高、粉尘大和润水泥厂的托轮轴承由于环境温度高、粉尘大和润滑不良，往往导致烧瓦而造成很大损失；弹塑瓦具有滑不良，往往导致烧瓦而造成很大损失；弹塑瓦具有自润滑性和包容粉尘的能力，能延长运
21、行周期，创造自润滑性和包容粉尘的能力，能延长运行周期，创造良好的经济效益。良好的经济效益。4.2.24.2.2几种常用的工程塑料轴承几种常用的工程塑料轴承-PTFE-PTFE 水轮机导叶轴套是水轮机控制传动系统的摩擦部件。国内外水水轮机导叶轴套是水轮机控制传动系统的摩擦部件。国内外水轮机导叶轴套一般采用优质锡青铜作为结构材料，没有润滑装轮机导叶轴套一般采用优质锡青铜作为结构材料，没有润滑装置，要定期注置，要定期注入入润滑油。随着水轮机容量日益增大，维护水平润滑油。随着水轮机容量日益增大，维护水平不断提高，锡青铜轴套机械制造加工困难，还常因润滑油泄不断提高，锡青铜轴套机械制造加工困难，还常因润滑
22、油泄入入河中造成污染。虽然已有将导叶轴套改用桦木结构，制造工艺河中造成污染。虽然已有将导叶轴套改用桦木结构，制造工艺不仅复杂，而且易吸水膨胀，挤磨性能差。选用尼龙不仅复杂，而且易吸水膨胀，挤磨性能差。选用尼龙10101010作轴作轴套，发现尼龙套，发现尼龙10101010和铜套有脱壳现象，尺寸稳定性也差。和铜套有脱壳现象，尺寸稳定性也差。填充填充1515碳纤维的碳纤维的PTFEPTFE材料具有自润滑性、摩擦因数小、材料具有自润滑性、摩擦因数小、不吸水、尺寸稳定、耐磨的特点，能较好地满足用作水轮机导不吸水、尺寸稳定、耐磨的特点，能较好地满足用作水轮机导叫轴的要求。根据试验测试结果计算表明，轴套在
23、工作压力不叫轴的要求。根据试验测试结果计算表明，轴套在工作压力不大于大于19.6MPa19.6MPa时可以在时可以在6-76-7年内不必拆卸维修。年内不必拆卸维修。该材料已在该材料已在5.155.1510104 4kwkw混流式水轮机上用作导叶轴套。混流式水轮机上用作导叶轴套。4.2.24.2.2几种常用的工程塑料轴承几种常用的工程塑料轴承-PTFE-PTFE b.PA b.PA轴承轴承 PAPA轴承广泛应用于汽车、玩具及非电机领轴承广泛应用于汽车、玩具及非电机领域等方面，其耐磨性好，摩擦因数小，易于模塑和域等方面，其耐磨性好，摩擦因数小，易于模塑和车削。以玻璃纤维、芳纶纤维、车削。以玻璃纤维
24、、芳纶纤维、PTFEPTFE和和MoSMoS2 2等为等为填填料的复合尼龙轴承的工作温度为料的复合尼龙轴承的工作温度为300300。芳纶纤维。芳纶纤维对提高对提高PA66PA66的耐磨性起到重要的作用，是目前耐的耐磨性起到重要的作用，是目前耐磨磨材料领域性能最佳的材料之一。材料领域性能最佳的材料之一。4.2.24.2.2几种常用的工程塑料轴承几种常用的工程塑料轴承-PA-PA c.POMc.POM轴承轴承 在在POMPOM中填充中填充PTFEPTFE制备的制备的POMPOM轴承，在速度为轴承，在速度为12m12mminmin时，可使时，可使PVPV极限值从极限值从7.2MPam7.2MPamm
25、inmin提高到提高到13MPam/min13MPam/min。当速度为。当速度为120m/min120m/min时，时，PVPV极限值会从极限值会从4.6MPam4.6MPamminmin提高到提高到8MPam8MPamminmin。4.2.24.2.2几种常用的工程塑料轴承几种常用的工程塑料轴承-POM-POM d PId PI轴承轴承 PIPI具有突出的耐磨性、耐高温性、尺寸稳定性和高强度。它具有突出的耐磨性、耐高温性、尺寸稳定性和高强度。它在所有工程塑料中拉伸强度最高，这一点对于在真空中和高温在所有工程塑料中拉伸强度最高，这一点对于在真空中和高温或低温下工作的轴承是十分必要的。值得提出
26、的是，或低温下工作的轴承是十分必要的。值得提出的是，PIPI在惰性在惰性介质中，在高载荷和高转速下的磨损率非常小。聚酰亚胺常用介质中，在高载荷和高转速下的磨损率非常小。聚酰亚胺常用的填料为石墨、的填料为石墨、PTFEPTFE和铜丝等。在速度为和铜丝等。在速度为15m/min15m/min时，其典型时，其典型PVPV极限值为极限值为10MPam10MPamminmin；在速度为；在速度为60m/min60m/min时，其时，其PVPV极限值极限值为为20 MPam20 MPamminnminn。从。从PIPI在真空中挥发物少和在真空中挥发物少和摩摩擦因数低来擦因数低来看，看，已经已经作为在空间使
27、用设备的耐磨材料。作为在空间使用设备的耐磨材料。4.2.24.2.2几种常用的工程塑料轴承几种常用的工程塑料轴承-PI-PI 4.3.1 4.3.1 滚动轴承保持架特点：滚动轴承保持架特点：滚动轴承一般出内圈、滚动轴承一般出内圈、外圈外圈、滚动体和保持架、滚动体和保持架组成。内圈通常装配在轴上，并与轴一起旋转；外组成。内圈通常装配在轴上，并与轴一起旋转；外圈圈通常装配在轴承座内或机械部件壳体中起支承作通常装配在轴承座内或机械部件壳体中起支承作用。滚动体用。滚动体(钢球或滚子钢球或滚子)在内圈和外在内圈和外圈圈之间滚动之间滚动，它们的大小和数量直接影响轴承的载荷能力。保持它们的大小和数量直接影响
28、轴承的载荷能力。保持架将轴承中的一组滚动体均匀架将轴承中的一组滚动体均匀地相互隔开，地相互隔开，改善改善轴承内部载荷轴承内部载荷分配，引导滚动体运动，促进轴分配，引导滚动体运动，促进轴承平稳运转。承平稳运转。4.3 工程塑料轴承（滚动）保持架工程塑料轴承（滚动）保持架 保持架保持架是轴承中承受各种复杂应力的动态摩擦是轴承中承受各种复杂应力的动态摩擦磨损零件。磨损零件。工程塑料保持架能够工程塑料保持架能够提高轴承承载提高轴承承载能力，降低噪声振动，能力，降低噪声振动，运行运行可靠性可靠性提高提高，使用，使用寿命寿命长长，生产成本低，生产成本低。4.3.1 4.3.1 滚动轴承保持架特点：滚动轴承
29、保持架特点：4.3.1 4.3.1 滚动轴承保持架特点：滚动轴承保持架特点：与金属保持架相比，主要优点如下：与金属保持架相比，主要优点如下：(1)(1)产品设计的灵活性大产品设计的灵活性大。塑料保持架可以直接注射成塑料保持架可以直接注射成型外形复杂的结构形式，便于轴承的优化设计。塑料保型外形复杂的结构形式，便于轴承的优化设计。塑料保持架在窗孔处可带有油槽，便于贮油，从而大大改善了持架在窗孔处可带有油槽，便于贮油，从而大大改善了轴承的润滑条件。轴承的润滑条件。2 2）保持架离心力小。保持架离心力小。工程塑料的密度低，质量小。在工程塑料的密度低，质量小。在 高速旋转的轴承中，高速旋转的轴承中，保持
30、架离心力小，保持架离心力小，起动力矩小，轴承起动力矩小，轴承 旋转灵活。旋转灵活。3 3）耐摩擦磨损，轴承温升低。）耐摩擦磨损，轴承温升低。由于钢和尼龙之间的摩擦因数为由于钢和尼龙之间的摩擦因数为0.050.05，远远小于钢，远远小于钢-钢钢之间的之间的0.200.20和钢和钢-铜之间的铜之间的0.150.15，因此，塑料保持架轴承起动，因此，塑料保持架轴承起动力矩要比金属保持架轴承起动力矩小，有利于减少摩擦热的产力矩要比金属保持架轴承起动力矩小，有利于减少摩擦热的产生。特别在边界润滑条件下，在轴承贫油或断油时，塑料保持生。特别在边界润滑条件下，在轴承贫油或断油时，塑料保持架轴承有较好的自润滑
31、性能，轴承不易突然卡死。架轴承有较好的自润滑性能，轴承不易突然卡死。4 4）自润滑性能优异，可简化主机的润滑系统。）自润滑性能优异，可简化主机的润滑系统。多孔含油聚酰亚胺保持架、多孔酚醛层压布管保持架，都多孔含油聚酰亚胺保持架、多孔酚醛层压布管保持架，都是利用塑料自身中的微孔能贮存一定数量的润滑油，使保持架是利用塑料自身中的微孔能贮存一定数量的润滑油，使保持架起到了贮存和供应轴承油源的作用，保证了轴承自润滑、长寿起到了贮存和供应轴承油源的作用，保证了轴承自润滑、长寿命的使用要求，从而大大简化了主机的供油系统。命的使用要求，从而大大简化了主机的供油系统。4.3.1 4.3.1 滚动轴承保持架特点
32、：滚动轴承保持架特点：5 5）保持架易装配拆卸，）保持架易装配拆卸，塑料保持架有较好的弹性，可承受滚塑料保持架有较好的弹性，可承受滚动体作用于保持架的加速冲击载荷。动体作用于保持架的加速冲击载荷。保持架兜孔或窗孔都设计有锁具，利用塑料的弹性，可保持架兜孔或窗孔都设计有锁具，利用塑料的弹性，可锁住滚动体，也便于拆卸塑料保持架。尤其是深沟球轴承采用锁住滚动体，也便于拆卸塑料保持架。尤其是深沟球轴承采用一件塑料冠形保持架，可取代原来的两片由铆钉铆合的钢板冲一件塑料冠形保持架，可取代原来的两片由铆钉铆合的钢板冲压浪形保持架，简化了保持架结构，更便于轴承装配的自动化。压浪形保持架，简化了保持架结构，更便
33、于轴承装配的自动化。6 6）保持架的韧性好，耐冲击，抗断裂性好。）保持架的韧性好，耐冲击，抗断裂性好。金属保持架受到严重撞击时，会产生永久变形或断裂；而金属保持架受到严重撞击时，会产生永久变形或断裂；而塑料保持架受外力暂时变形后，则可靠其弹性恢复原状。因此，塑料保持架受外力暂时变形后，则可靠其弹性恢复原状。因此，塑料保持架更不容易损坏。塑料保持架更不容易损坏。4.3.1 4.3.1 滚动轴承保持架特点：滚动轴承保持架特点：7 7）保持架的缓振性好，轴承噪声低。）保持架的缓振性好，轴承噪声低。塑料保持架与滚动体接触时，运转平稳、灵活、没有金属塑料保持架与滚动体接触时，运转平稳、灵活、没有金属保持
34、架与滚动体接触时产生的响声，可明显地降低噪声保持架与滚动体接触时产生的响声，可明显地降低噪声3 37dB7dB。8 8）耐酸、耐腐蚀。）耐酸、耐腐蚀。工程塑料耐酸、耐腐蚀的性能明显优于金属，适合在化工工程塑料耐酸、耐腐蚀的性能明显优于金属，适合在化工机械上应用。机械上应用。9 9）成本低、经济性好。）成本低、经济性好。塑料保持架只需一副模具，直接注射成型即可生产出合格的塑料保持架只需一副模具，直接注射成型即可生产出合格的产品，比冲压钢板保持架和机加工黄铜保持架可减少产品，比冲压钢板保持架和机加工黄铜保持架可减少7 71212道道工序。与钢板冲压保持架相比，可节约工序。与钢板冲压保持架相比，可节
35、约5 5副模具，材料利用率副模具，材料利用率可提高可提高5050左右。左右。4.3.1 4.3.1 滚动轴承保持架特点：滚动轴承保持架特点：轴承保持架用工程塑料有聚酰胺轴承保持架用工程塑料有聚酰胺(PAl010(PAl010、PA66PA66、玻璃纤维增强、玻璃纤维增强PA66)PA66)，聚酰亚胶，聚酰亚胶，聚四氟乙烯等。聚四氟乙烯等。其中其中2525玻璃纤维增强聚玻璃纤维增强聚酰胺酰胺6666具有密度低、耐摩擦、耐腐蚀、弹具有密度低、耐摩擦、耐腐蚀、弹性好、滑动性能好、抗振、能嵌埋固体异性好、滑动性能好、抗振、能嵌埋固体异物的特点物的特点，且，且易于直接注射成型复杂的结易于直接注射成型复杂
36、的结构形式和较精密的产品，构形式和较精密的产品，在轴承保持架中在轴承保持架中应用较多。应用较多。4.3.2 4.3.2 轴承保持架材料轴承保持架材料 4.3.2 4.3.2 轴承保持架材料之聚酰胺轴承保持架材料之聚酰胺 PA66PA66是由美国杜邦公司是由美国杜邦公司于于19391939年实现工业化生产，年实现工业化生产，其其在在较宽的温度范围内仍有较高的强度、韧性、刚性较宽的温度范围内仍有较高的强度、韧性、刚性、耐蠕变耐蠕变、耐疲劳耐疲劳、耐磨耐磨、自润滑性能优良，耐油性突出。但自润滑性能优良，耐油性突出。但吸水性吸水性较高，制品尺寸稳定性较差较高，制品尺寸稳定性较差。PA66 PA66用玻
37、璃纤维增强后，用玻璃纤维增强后，力学强度和刚性提高力学强度和刚性提高2 2倍左右，耐磨性更好，热变形温度倍左右，耐磨性更好，热变形温度提高到观宅以上，长期使用温度可达到提高到观宅以上，长期使用温度可达到120120，吸湿性和，吸湿性和模塑收缩率大为降低模塑收缩率大为降低。4.3.2 4.3.2 轴承保持架材料之聚酰胺轴承保持架材料之聚酰胺 大量实践证明，用大量实践证明，用2525玻璃纤维增强的玻璃纤维增强的PA66PA66是制作工程塑料保持架的最佳材料，适是制作工程塑料保持架的最佳材料，适于制作各类轴承塑料保持架。其材料用量占于制作各类轴承塑料保持架。其材料用量占塑料保持架材料用塑料保持架材料
38、用量量的的9090以上。以上。PAl010PAl010主要原料是蓖麻油，是我国独有的产主要原料是蓖麻油，是我国独有的产品，品，19581958年开始生产。年开始生产。PA1010PA1010是半透明、轻而是半透明、轻而硬、表面光亮的结晶形白色或微黄色颗粒，相硬、表面光亮的结晶形白色或微黄色颗粒，相对粘度和吸水性比对粘度和吸水性比PA66PA66低。带式输送机托辊轴低。带式输送机托辊轴承尼龙保持架和部分纺织轴承尼龙保持架，其承尼龙保持架和部分纺织轴承尼龙保持架，其材料选用材料选用PA1010PA1010。4.3.2 4.3.2 轴承保持架材料之聚酰胺轴承保持架材料之聚酰胺 PIPI具有优异的综合
39、性能。单醚酐型聚酰亚胺可具有优异的综合性能。单醚酐型聚酰亚胺可在在-180-180230230下长期使用，在高温下具有突下长期使用，在高温下具有突出的力学性能和耐磨性能，制品尺寸稳定性好。出的力学性能和耐磨性能，制品尺寸稳定性好。高速、高精度、长寿命的精密微型仪器轴承塑高速、高精度、长寿命的精密微型仪器轴承塑料保持架采用单醚酐型聚酰亚胺材料制造，获料保持架采用单醚酐型聚酰亚胺材料制造，获得了满意的使用效果。得了满意的使用效果。4.3.2 4.3.2 轴承保持架材料之轴承保持架材料之PIPI 以聚酰亚胺为基料，填充以聚酰亚胺为基料，填充PTFEPTFE和和MOSMOS2 2的多孔含油聚酰亚胺制造
40、的保持架，的多孔含油聚酰亚胺制造的保持架，用于高精度长寿命用于高精度长寿命陀螺仪陀螺仪轴承上，使该种轴承上，使该种轴承达到了自润滑长期使用的要求。轴承达到了自润滑长期使用的要求。但是但是原料成本高，原料成本高，一般采用一般采用模压加工，模压加工，生产效率低，适于小批量生产。生产效率低，适于小批量生产。4.3.2 4.3.2 轴承保持架材料之轴承保持架材料之PIPI 工程塑料轴承保持架的成型工艺主要有工程塑料轴承保持架的成型工艺主要有浇注、浸渍浇注、浸渍烧结、注射成型三种。烧结、注射成型三种。浇注浇注主要针对主要针对MCMC尼龙浇，将原料聚合成环状或棒尼龙浇，将原料聚合成环状或棒形毛坯，然后机械
41、加工成型形毛坯，然后机械加工成型(以车削速度小于以车削速度小于1100r/min1100r/min钻孔速度为钻孔速度为200r/min200r/min左右为宜左右为宜)。采用这种方法制作的采用这种方法制作的保持架尺寸可不受设备限制，适保持架尺寸可不受设备限制，适用于小批量的大型或特大型轴承保持架用于小批量的大型或特大型轴承保持架(200mm(200mm以以上上)，以及大型机器的轴瓦毛坯成型。，以及大型机器的轴瓦毛坯成型。4.3.3 4.3.3 轴承保持架材料成型轴承保持架材料成型4.3.3 4.3.3 轴承保持架材料举例轴承保持架材料举例 浸渍烧结成型（适合于金属表面涂氟）浸渍烧结成型（适合于
42、金属表面涂氟）是是先用粉末冶金方法做出保持架基体，然后用真先用粉末冶金方法做出保持架基体，然后用真空法抽出孔隙中的空气，将氟塑料乳液吸入基空法抽出孔隙中的空气，将氟塑料乳液吸入基体内，最后烘干烧结。轴承运转时，氟塑料受体内，最后烘干烧结。轴承运转时，氟塑料受热，由内向外膨胀，使基体内的氟塑料在金属热，由内向外膨胀，使基体内的氟塑料在金属表面形成一层薄膜，借以自润滑。表面形成一层薄膜，借以自润滑。4.3.3 4.3.3 轴承保持架材料成型轴承保持架材料成型 注射成型（主要适合于注射成型（主要适合于PA66PA66）。工艺过程：工艺过程：原料干燥原料干燥、注射成型注射成型和和后处理后处理。后处理（
43、热处理和调湿处理）：后处理（热处理和调湿处理）：热处理（消除内应力、完善结晶、提高强度、尺寸稳定）：热处理（消除内应力、完善结晶、提高强度、尺寸稳定）：将将塑料保持架在塑料保持架在175175的矿物油中保温。壁厚小于的矿物油中保温。壁厚小于3mm3mm时，保温时，保温20min20min，壁厚大于，壁厚大于3mm3mm时，保温时，保温45min45min。处理后应缓慢地冷却至。处理后应缓慢地冷却至室温。室温。调湿调湿（增韧和消除内应力和稳定尺寸）：将塑料保持架放（增韧和消除内应力和稳定尺寸）：将塑料保持架放人沸水中煮人沸水中煮5h5h然后，缓慢冷却至室温再取出。然后，缓慢冷却至室温再取出。4.
44、3.3 4.3.3 轴承保持架材料成型轴承保持架材料成型 MCMC尼龙分子量在尼龙分子量在(7(7l0)l0)万左右，结晶度可超过万左右，结晶度可超过5050，在强度、，在强度、刚度、耐磨损性能和耐化学性能方向，均优于普通尼龙刚度、耐磨损性能和耐化学性能方向，均优于普通尼龙6 6产品。产品。铸型尼龙成型制品的尺寸不受限制从理论上讲，只要模具允许，制品的铸型尼龙成型制品的尺寸不受限制从理论上讲，只要模具允许，制品的尺寸大小不受限制，而且无方向性（无内应力），大型的制品可达几百千克。尺寸大小不受限制，而且无方向性（无内应力），大型的制品可达几百千克。MCMC尼龙是一种在重载低速，中载中速温度在尼龙
45、是一种在重载低速，中载中速温度在-40-40110110环环境下工作的理想减磨材料。境下工作的理想减磨材料。铸型尼龙产品被广泛地用于各种机械零件，尤其在工程机械中作为耐磨减铸型尼龙产品被广泛地用于各种机械零件，尤其在工程机械中作为耐磨减摩材料而代替铜，其耐磨性也比铜好，使用寿命比铜提高摩材料而代替铜，其耐磨性也比铜好，使用寿命比铜提高1 14 4倍，与它相配合的倍，与它相配合的轴磨损情况也大为改善。已用其取代铜、巴氏合金和不锈钢材质制作套、瓦、衬轴磨损情况也大为改善。已用其取代铜、巴氏合金和不锈钢材质制作套、瓦、衬块等各类零部件。块等各类零部件。4.4 MC尼龙在机械工程中应用尼龙在机械工程中
46、应用 MCMC尼龙螺旋桨尼龙螺旋桨:推动船舶前进，船舶上使用推动船舶前进，船舶上使用的的传统传统螺旋桨都是采用铸铁或铜等金属铸造而螺旋桨都是采用铸铁或铜等金属铸造而成，成，质量大，空泡剥蚀严重，易腐蚀，制造周质量大，空泡剥蚀严重，易腐蚀，制造周期长，生产效率低期长，生产效率低。英国于。英国于19621962年用年用MCMC尼龙铸尼龙铸成直径成直径1800mm1800mm的螺旋桨。我国也先后研制了玻的螺旋桨。我国也先后研制了玻璃钢和璃钢和MCMC尼龙的螺旋桨。尼龙的螺旋桨。4.4 MC尼龙在机械工程中应用尼龙在机械工程中应用-螺旋桨螺旋桨 尼龙螺旋桨能获得比铸铁尼龙螺旋桨能获得比铸铁螺旋桨较高的
47、航速。螺旋桨较高的航速。在常用转速范围内在常用转速范围内(1350(13501500r/min)1500r/min)，尼龙螺旋桨的航速比，尼龙螺旋桨的航速比铸铁螺旋桨约快铸铁螺旋桨约快4 45 5。在消耗主机相同功率的情况下，安。在消耗主机相同功率的情况下，安装尼龙螺旋桨船舶的航速高于安装铸铁螺旋桨的航速。尼龙螺装尼龙螺旋桨船舶的航速高于安装铸铁螺旋桨的航速。尼龙螺旋桨的韧性比铸铁桨好，碰到障碍物时不易断裂旋桨的韧性比铸铁桨好，碰到障碍物时不易断裂(有时出现小有时出现小缺口，还可以继续使用缺口，还可以继续使用)，使用寿命长，拆装方便。尼龙螺旋，使用寿命长，拆装方便。尼龙螺旋桨质量小，对尾轴系统
48、的受力情况有所改善，特别是延长了尾桨质量小，对尾轴系统的受力情况有所改善，特别是延长了尾轴铜套的使用寿命。目前开发的尼龙螺旋桨直径一般较小，大轴铜套的使用寿命。目前开发的尼龙螺旋桨直径一般较小，大都应用在都应用在110kw110kw以下的渔船和内河运输船舶上。以下的渔船和内河运输船舶上。4.4 MC尼龙在机械工程中应用尼龙在机械工程中应用-螺旋桨螺旋桨 用用M MC C尼龙制作起重机尼龙制作起重机钢丝绳钢丝绳滑轮，可以使滑轮寿命滑轮，可以使滑轮寿命提高约提高约4 45 5倍，钢丝绳寿命提高约倍，钢丝绳寿命提高约1010倍，使起重机的倍，使起重机的起重特性和整机性能有较大的改善。以起重特性和整机
49、性能有较大的改善。以LTLTT40T40汽车起汽车起重重机为例，应用机为例，应用M MC C尼龙滑轮，在起重机使用寿命期内，尼龙滑轮，在起重机使用寿命期内，仅仅起起重钢丝绳和滑轮维修费就重钢丝绳和滑轮维修费就节约节约1010万元以万元以下下。高压及超高压输电线路导线放线滑轮，原由铝合高压及超高压输电线路导线放线滑轮，原由铝合金金制成对导线损伤大。改用铝合金骨架橡胶衬垫形制成对导线损伤大。改用铝合金骨架橡胶衬垫形式，橡胶的耐磨性能欠佳。式，橡胶的耐磨性能欠佳。改改用用M MC C尼龙放线滑轮，重尼龙放线滑轮，重量大大减轻量大大减轻，使用效果使用效果良好！良好！4.4 MC尼龙在机械工程中应用尼龙
50、在机械工程中应用-滑轮滑轮 UHMWPE UHMWPE的的PVPV极限值是极限值是0.73MPam/s0.73MPam/s。考虑到轴承可能会连续的长。考虑到轴承可能会连续的长时间工作，工作时间工作，工作PVPV值只能取极限值的值只能取极限值的1/21/21/31/3。因此，。因此，UHMWPEUHMWPE轴承的轴承的PVvPVv额定值为额定值为0.24-0.37MPam0.24-0.37MPams s。这样，轴承工作时。这样，轴承工作时生热速率和散热速率达到平衡时，轴承的温升才在材料允许的生热速率和散热速率达到平衡时，轴承的温升才在材料允许的工作范围。工作范围。自润滑材料轴承的轴承长度和轴颈直
