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    微電機杯士失效分析


      永磁直流微電機的失效類型多種多樣,其總的特征表現為組成零部件的損壞。為了提高微電機的運行可靠性、延長使用壽命,從微電機的零部件性能改善、結構優化著手是必然選擇。

     


      微電機杯士失效分析改善

     

      微電機杯士:是利用粉末冶金方法,生產的一種燒結金屬多孔質材料滑動軸承,又稱為多孔質金屬軸承,杯士常要浸透添加潤滑油,材料的孔隙率越高,油越多,但強度低,。當軸頸在杯士中旋轉時,因摩擦生熱,杯士材料受熱膨脹把油擠出孔隙,同時因軸旋轉產生抽真空現象把油吸出,此外還有孔隙對潤滑油的毛細作用,能使轉軸與杯士接觸面之間形成一層運動狀態的油膜,起連續作用。

     


      微電機杯士可分為銅基杯士與鐵基杯士


      燒結金屬的多孔質構造雖與材料種類有關,但主要取決于金屬粉末的晶粒粗細及紋理;用來制造杯士的青銅和鐵都可以達到同樣的多孔質構造。銅杯士與鐵杯士適應于相同的應用,因而從經濟上考慮虛首選鐵杯士,尤其是體積較大消耗材料較多的杯士。但鐵杯士承載能力稍低,且鐵容易生銹,相比之下銅杯士具白更好的可靠性。

     


      微電機杯士性能對比

     

    項目

    單位

    銅基

    加銅鐵基

    鐵基

    抗壓強度

    MPa

    150-200

    300-400

    200-300

    最高軸頸速度

    m/s

    7.5

    /

    4.0

    最大PV值

    MPa●m/s

    1.75-2.00

    1.75-2.00

    1.4-1.75

    熱導率

    W/(m●k)

    41.8

    /

    41.8

    膨脹系數

    l/k

    15*10-6

    /

    15*10-6

    靜止最大負荷

    Mpa

    52-70

    100-138

    55-70

     

      銅基或鐵基粉末加入少量石墨(最多2%),可以增強微電機杯士的耐磨性,并吸收微電機杯士噪聲:在缺油的情況下,石墨的自潤滑性對壽命很長的馬達更具有現實意義。但石墨的加入會使杯土強度有所降低,并且,如果石墨含量過多(超過2%),在50℃以上溫度,且杯士與軸頸間隙較大時,杯士油與石墨有可能會粘合硬化成漿糊狀,溫度越高,這種粘合糊狀就變的越硬,影響杯士的滑動特性。從而會影響電機壽命。 

     


      微電機杯士的工作特性


      (1)滑動特性


      含油杯士具有良好的滑動特性。在緊急情況下短時無油運轉性能良好,這是由特定的結構所決定。杯士通過油孔為其提供足夠的潤滑油,這樣能滿足長時間的連續運行或間隙運行。同時含油杯士可有較高的滑動速度,能夠確保高速旋轉機械可靠工作。而燒結金屬的孔隙構造給予杯士以優良的吸聲性能,因此含油杯士也適應于要求滑動運轉的靜音設備及其它器械。


      (2) 工作溫度


      杯士的允許溫度范圍決定于所浸入的杯士油的品質。如果油的粘度與杯士溫度不相匹配,溫度升高后油變得更稀將沿軸項蠕動,甚至從杯士端面溢出,而油被流失導致溫度更加升高,最后會因材料的疲勞使杯士過早地失效。但是,如果在工作溫度條件下油太綢太粘將引起附加摩棕,對使用徽電機作機電能量轉換的靈敏及精密設備系統,會導致意想不到的問題出現。 

     

      (3) 負載特性

      杯士的工作期限取決于單位面積載荷與軸頸線速度的乘積

    微電機負載特性

    PV值載荷與速度曲線 


     

    通用機械

    1000

    精密音響

    200

    軸向負荷

    200

    視聽產品

    250

    家用電器

    500

    辦公設備

    200

    PV推薦值

     

      (2) 微電機杯士壽命


      含油杯士的壽命取決于杯士油的消耗率,通常是將消耗油量的
    40%所需的時間視為杯士壽命。這是因為含油量消耗了40%后,杯士的磨損加劇性能降低:考慮到溫度的影響,通常認為杯士油的上作溫度不超過80。 

    微電機曲線

      微電機杯士潤滑

      杯士潤滑主要有三種澗滑狀態,流體潤滑,混合潤滑和邊界潤滑。

      (1)流體潤滑

      流體潤滑有動壓與靜壓潤滑之分。流體動壓潤滑是指在一定條件下,靠摩擦面的相互運動,用粘性流體將兩摩擦面完全隔開,由流體的動壓力(即流體膜的內壓力)支承載荷,將摩擦面之間的固體摩擦轉變成流體內摩擦。流體靜壓潤滑是靠泵或其它外界壓力將加壓后的流體送入兩摩擦表面之間,利用流體靜壓力來支承載荷。這種潤滑狀態因結構原因在微電機中不便采用。


      (2) 邊界潤滑

      流體動壓潤滑是杯上潤滑的理想狀況,但它受到油的粘度、轉速、負載等多方面因素的影響,當油膜壓力不足以支承載荷,或因負載變化等因素影響致使油膜破裂時,摩擦面直接接觸,即處于邊界潤滑狀況。 

     

      (3) 混合潤滑

      當油膜厚度較薄時,局部表面的輪廓頂部可能穿透潤滑膜而直接接觸,形成邊界潤滑,而在其它區域仍處于流體潤滑狀態。邊界潤滑和流體潤滑同時存在的狀態稱為混合潤滑,又稱不完全潤滑或薄油脫?;旌蠞櫥奶匦允橇黧w潤滑與邊界潤滑兩種特性綜合反映微電機的杯士潤滑,由于杯士間隙很小,加之轉軸擾度(彎枝)以及兩端杯士的對中偏差,難以形成足夠的油膜厚度達到流體動壓潤滑狀態,因而杯上通常的潤滑狀態就是混合潤滑。 

     


      微電機杯士的磨損 

     

      磨損是指相互作用的固體表面在相對運動中,接觸表面層的材料發牛損耗或轉移的過程。磨損可分為磨粒磨損、疲勞磨損、粘著磨損“及化學腐蝕磨損、流體沖蝕磨損等幾種基本的類型,杯士磨損主要是前三種。 

     

      磨粒磨損:在摩擦過程中,由于外界硬顆?;蚰Σ帘砻嫔蠄杂驳奈⑼贵w引起表面材料脫落的現象稱為磨粒磨損,杯士的干磨擦及邊界摩擦的磨損大多屬于這種情況。磨粒磨損包括兩種情況,一是杯士材料中游離的峰硬粒子引起袁面材料脫落:二是粗糙堅硬的軸頸表面在杯士面上運動引起表層材料脫落。


      要減小磨粒磨損,軸頸須有很高的光潔度、適當的硬度,用于制造杯士的材料粉末要精細,杯士油中無游離顆粒雜質等。


      疲勞磨損:摩擦時表面有周期性的載荷作用.使接觸區產生很大的變形和壓力,并形成裂紋而損壞表面材料的現象稱為疲勞磨損,通常是周期性的超載或沖擊載荷情況下可能了,出現疲勞磨損現象。疲勞磨損也包括兩種情況,非打展性的磨損(點蝕)和擴展性的磨損(剝層)。


      粘著磨損:通常,摩擦表面的實際接觸面積只宵名義面積的百分之一到萬分之一,因而接觸峰點的壓力很大,并可產生1000℃以上的瞬時溫度,使峰頂的接觸表面發生固相焊臺,形成摩擦結點,這種現象稱為粘著。粘著結點具有很強的粘著力,當外力小于結點處的粘著力時,便發生咬死現象;外力大于粘著力時結點被剪切斷裂,結點剪切斷裂的部位不同,粘著磨損的程度不一樣,據此可將粘著摩損區分為:涂抹、擦傷、刮傷、膠合及咬死。 


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