嘉善长盛塑料轴承技术有限公司 自润滑滑动轴承的工作原理与技术现状 轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类；滚动轴承工作时发生的是滚动摩擦，滑动轴承 工作时发生的是面与面之间的滑动摩擦；这是两种不同的运动方式；目前国内外滚动轴承材 料与制造技术都已经很成熟，而滑动轴承材料与制造技术随着设计与使用上的要求的逐步的提升也 在逐步革新发展。 滑动轴承的作用是起支撑轴运转将其与轴承座间隔开来起到保护轴和轴承座的作用，其 一个重要的功能就是减小摩擦系数和磨损；滑动轴承根据材料以及性能可大致分为自润滑滑动 轴承和一般滑动轴承，自润滑滑动轴承在工作过程中能轻松实现不加油或少加油，而一般滑动 轴承本身不具备良好的润滑功能所以运转过程中必须加油； 由于轴与滑动轴承内表面在工作过程中发生的是面对面的滑动摩擦副，应用过程中要求 摩擦系数和磨损量尽可能小，这就对两个摩擦面的材料提出了较高的要求；由于轴在运转过 程中要传递一定的扭矩和运动，所以对轴材料侧重点还是硬度和强度等；这就把减小摩擦的 要求集中在了滑动轴承工作面材料上，滑动轴承工作面材料通常分为金属和非金属两大类， 金属类有轴承合金、陶瓷质金属、铝合金--双金属、铸铁、青铜、巴氏合金等；非金属主要 分为工程塑料、橡胶等；随着滑动轴承材料技术和制造技术的不断革新和进步自润滑滑动轴 承成为其主流产品。本文主要阐述的是自润滑滑动轴承的工作原理与技术现状。 滑动轴承润滑机理与极限 PV 值 滑动轴承工作时在滑动轴承表面能形成润滑膜将运动副表面分开，滑动摩擦力可大大降 低，由于运动副表面不非间接接触，因此也避免了磨损。滑动轴承的承载能力大，回转精度高， 润滑膜具有抗冲击作用，因此，在工程上获得广泛的应用。 润滑膜的形成是滑动轴承能正常工作的门槛，影响润滑膜形成的因素有润滑方式、 运动副相对运动速度、润滑剂的物理性质和运动副表面的粗糙度等。滑动轴承的设计应根据 轴承的工作条件，确定轴承的结构类型、选择润滑剂和润滑方法及确定轴承的几何参数。 润滑膜根据润滑方式的不同可分为：流体润滑膜与固体润滑膜；流体润滑膜是滑动轴承 在流体介质润滑的情况下形成的具有一定抗压和缓冲性能的润滑膜；图 1 为流体润滑膜的形 成过程；固体润滑膜为滑动轴承工作面材料本身就具有较好的自润滑性能，在工作初始阶段逐 步通过磨合磨损自润滑材料慢慢地转移到对磨件工作表面的凹坑中而形成的坚硬润滑膜；这对 对磨件工作面的粗糙度有一定的要求，一般要求在Ra0.4～1.6之间；太光洁或太粗糙度表面 都不利于润滑剂转移到工作面阻碍了润滑膜的建成；对固体润滑轴承来说一般要求是磨削面 PONY MA 12/26/2012 11:00:41 AM 嘉善长盛塑料轴承技术有限公司 4到磨光面5(参考插图2)；当固体润滑膜完全形成之后，轴与轴承之间的运动实际已经转变 成润滑膜与轴承之间的摩擦运动，轴实际已不直接与轴承表面接触。图 3 为固体润滑膜的形 成示意图；由于很多场合不适合加油或难以加油，所以固体润滑滑动轴承被大部分设计所采 用。 图 1：流体介质润滑膜的形成 图 2：加工表面微观切面示意图 图 3：固体润滑膜的形成 滑动轴承性能一个重要的衡量指标就是轴承所能达到的最大极限 PV 值（图 4 ），这里的P 是指轴承的载荷，而 V 则是代表轴承运行的线速度；滑动轴承极限 PV 值越大则轴承的使用 性能就越好寿命就越长；影响滑动轴承极限 PV 值大小重要的因素就是轴承材料本身的自润滑 性能和承载以及耐温性能等；影响滑动轴承实际 PV 值的外部因素主要是轴承所承受的载荷、 工作速度、环境和温度以及配合精度等。一般对滑动轴承制造设计来说极限 PV 值越大越好， 而对滑动轴承使用设计来说要求轴承的 PV 值越小越好，这有助于延长滑动轴承的常规使用的寿命。 滑动轴承的设计一般根据轴承的工作条件，确定轴承的结构类型、选择正真适合的轴承材料及确 定轴承的几何参数。 PONY MA 12/26/2012 11:00:41 AM 嘉善长盛塑料轴承技术有限公司 图5：滑动轴承的极限PV 值 滑动轴承类型与技术现状：金属类滑动轴承、非金属类滑动轴承 滑动轴承按照材料可分为金属类滑动轴承和非金属类滑动轴承；金属类滑动轴承通常可 分为复合滑动轴承、金属基滑动轴承等；非金属类滑动轴承通常可分为工程塑料滑动轴承、 纤维缠绕轴承等；目前国内生产的滑动轴承其性能无论是金属类还是非金属类均已达到世界 水平，甚至有些产品性能和产能已处于世界领先位置，但国内目前滑动轴承的制造和品质保 证还有待提升，目前国内滑动轴承制造业还处于从劳动密集型企业向技术密集型企业转变的 初级阶段，由此决定国内大部分滑动轴承制造厂家的产品的质量得不到长期稳定的发展和提高。 目前国内仅两三家滑动轴承制造企业正积极的向技术密集型企业未来的发展，这也是国内滑动轴承 产业高质量发展和走向的支柱和领跑者。 复合滑动轴承 复合滑动轴承一般可分为金属与非金属复合滑动轴承、金属与金属复合滑动轴承；金属 与非金属复合滑动轴承由三层结构组成：基板层+铜粉层+减摩层；其中基板层起着承载作用， 铜粉层是作为增强基板和表面减摩材料之间的结合力而存在，而减摩层一般都会采用烧结与轧制 技术在轴承内表面即工作面烧结一层特种润滑剂（CSB-50 或 DU 轴承，图 6 ）或自润滑改性 工程塑料作为减摩材料（CSB-20 或 DX 轴承，图 7 ）；工作时部分润滑材料会慢慢转移到对 磨轴的表面，此时就实现了轴承摩擦层与对磨轴表面润滑膜之间摩擦副的建立，摩擦系数在 降低的同时轴承的磨损速率也随之减小。 PONY MA 12/26/2012 11:00:41 AM 嘉善长盛塑料轴承技术有限公司 1. PTFE 和纤维的混合物 0.01~0.03mm ，可形成一层很好的转移膜保护对磨轴， 提供了轴承的自润滑性能。 2. 铜粉层 0.20~0.35mm，具有非常好的承载能力和耐磨性，良好的导热性能可及 时转移轴承运作过程中产生的热量。复合材料可渗入到铜粉球的间隙中，提高 了结合强度。 3. 低炭钢，提供了很好的承载性能和热传递作用。 图6：CSB-10 系列复合轴承结构示意图 4. 铜/锡电镀层 0.002mm，使其有更好的耐腐蚀和抗老化性能。 1. 改性工程塑料 0.30-0.50mm ，具有非常好的耐磨性能，甚至在瞬间缺油的情况 下也具有较低的磨擦系数。轴承表面有排布规律的带有螺旋角度的储油坑，装 配时，必须涂满润滑油脂。 2. 铜粉层 0.20~0.35mm，具有非常好的承载能力和耐磨性，良好的导热性能可及 时转移轴承运作过程中产生的热量。复合材料可渗入到铜粉球的间隙中，提高 了结合强度。 图7 ：CSB-20 系列复合轴承结构示意图 3. 低炭钢，提供轴承的承载能力和热转移作用。 4. 铜/锡电镀层 0.002mm，使轴承有很好的耐腐蚀功能。 通常用于 DU 系列复合轴承工作表面减磨材料有特富龙 PTFE 、二硫化钼 MoS2 、铅粉 Pb 、 石墨 Graphite 等等高性能特种润滑材料（厚度约 0.03mm ）；用于承受载荷的基板材料一般有 低碳钢、不锈钢、铜板等等；复合类轴承材料结构决定了此类轴承通常用于中等载荷中等速 度的工作场合。随着 20 世纪末各行业对环保要求的逐步的提升，能导致人体严重中毒的铅粉被 逐步从复合滑动轴承制造中淘汰；铅粉具有极好的自润滑性能又比其他润滑剂具有较高的承 载能力，铅粉的淘汰对复合型自润滑轴承技术提出了较高的挑战；国内 CSB 长盛轴承公司经 过多年的研发和试验论证率先推出了绿色环保的三层复合轴承 CSB-50 ；经过较长时间的验证 CSB-50 不含铅复合轴承性能完全达到甚至在某些运用场合中超越了含铅复合轴承 CSB-10 ； 此类滑动轴承可以长期无油或少油工作。DU 系列复合轴承被大范围的应用于各类机械和汽机车 行业。 通常用于 DX 系列复合轴承工作表面减磨材料改性的聚甲醛 POM 、PVDF 、PPS 、PEEK 等，表面层厚度约 0.3～0.5mm ；DX 系列复合轴承充分的利用了工程塑料易自润滑改性的特点 和钢基体高承载能力与高热传导性能。目前全球使用最为广泛的应该是自润滑改性的POM 材 料，POM 通过填充 PTFE 润滑和玻纤增强后使得本来就具有一定自润滑性能的 POM 材料具 PONY MA 12/26/2012 11:00:41 AM 嘉善长盛塑料轴承技术有限公司 有很好的耐磨性能和抗压性能； PVDF 、PPS 、PEEK 具有比 POM 更高的耐温性能和较高的 承载能力；改性 PVDF 制成的滑动轴承经常使用温度为 130℃，改性PPS 制成的滑动轴承长 期使用温度为 200 ℃，而改性PEEK 制成的滑动轴承（CSB-80 ）经常使用温度为250 ℃；由 于 PEEK 具有极好的抗压性能和耐温性能越来越多的被用于载荷和温度都较高的恶劣场合。 此类滑动轴承工作面一般被设计成油穴型，轴承在使用前可以现在油穴内储存油脂以致后期 可以长期无油或定期加油工作。DX 系列复合轴承被广泛应用于工程机械和物流机械。 金属与金属复合轴承通常被称为双金属轴承或双合金轴承；双金属复合轴承是以碳钢基 板烧结一层厚度约 0.3～0.5mm 的青铜粉作为润滑摩擦层；特出的是此类轴承可以通过摩擦焊 接技术制作厚度较厚的法兰；目前此类轴承全球产量最大的为中国 CSB 长盛轴承公司，年产 双金属轴承约 600 万只；双金属复合轴承的特点是适合高承载低转速的场合，一般需要定期 供油或长期供油工作；双金属复合轴承被广泛应用于工程机械和汽机车行业。 金属基滑动轴承 金属基滑动轴承一般可分为固体润滑剂镶嵌式滑动轴承（CSB650 系列）、整体式滑动轴 承；固体润滑剂镶嵌式滑动轴承一般采用特种铜质材料为基体，在轴承基体壁厚上按照横纵 向投影均无盲区加工通孔然后在孔中镶嵌固体润滑剂；在工作中，基体铜既作为承载材料又 作为摩擦材料，而镶嵌在孔中的固体润滑剂会慢慢分布在轴承的内孔摩擦面以及会随着工作 的运行慢慢地部分转移到对磨轴的表面形成润滑膜；整体式滑动轴承一般也是用含有固体润 滑剂的铜合金粉末烧结而成，然后再经过真空吸油处理，使得轴承材料微小孔隙中含有润滑 油，这些润滑剂或者润滑油在工作时就会在对磨轴表面形成一层薄薄的润滑膜；因在在长时 间的工作后吸附在空隙中的润滑油易挥发而导致轴承失效，故整体烧结式粉末冶金轴承应用 受到一定的限制；金属基类滑动轴承由于其材料本身的特性决定了适用于工作载荷比较大而 转速较低的场合。 图 8：CSB650 系列滑动轴承结构示意图 图9 ：整体烧结轴承结构示意图 PONY MA 12/26/2012 11:00:41 AM 嘉善长盛塑料轴承技术有限公司 非金属类滑动轴承技术 非金属滑动轴承主要有高分子聚合物工程塑料轴承（CSB-EPB 系列）和纤维缠绕轴承 （CSB-CR 系列）等；塑料滑动轴承由于材料以改性高分子聚合物为主，而国内高分子聚合 物改性技术发展相对比较晚，早期的研究也仅仅是停留在理论或是以实验室试验为主，将其 产业化的时间要滞后于欧美发达国家将近 20 年。 聚合物塑料滑动轴承 高分子聚合物工程塑料轴承技术的发展几乎囊括了所有聚合物改性技术；从制造工艺上 来分可以分为模压烧结塑料滑动轴承与注塑成型塑料滑动轴承；此类轴承材料结构见示意图 10； 图 10：聚合物滑动轴承结构示意图 模压烧结成型滑动轴承一般受到效率低以及制造精度不高的制约，故其发展空间比较小， 不适合大批量生产；目前采用模压烧结技术制成的高分子聚合物塑料滑动轴承应用相对比较 多的有两种：一种就是采用填充改性特富龙 PTFE 制成的滑动轴承，另一种就是采用填充改 性聚酰亚胺制成的滑动轴承；用改性 PTFE 模压烧结制造滑动轴承技术含量相对比较低，所 以国内较多厂家早期就开始应用生产和应用此类轴承，其优点是摩擦系数比较低约在0.11 左 右，耐腐蚀性比较强几乎能抵抗所有的工业化学液体，耐温较高最高可到 260 ℃，但由于耐 磨耗性较差又受到产量以及价格因素的制约所以应用并不广泛。采用填充改性聚酰亚胺制造 滑动轴承由于其材料改性技术要求比较高，目前专业化批量生产的只有杜邦在欧洲、美国和 日本的公司，VESPEL 材料无论是从强度还是从耐磨耐温方面均比较优秀；连续使用温度可 以高达288 ℃，短期可达到480 ℃，通过添加石墨 Graphite 或二硫化钼 MoS2 改性使其摩擦系 数降低到 0.08～0.12 之间，具有优异的耐磨性；但因其原材料价格非常昂贵，目前主要应用 于飞机、太空、军用产品的零件，随着汽车、OA 机械技术要求的不断提升也逐步在采用 VESPEL 产品。 PONY MA 12/26/2012 11:00:41 AM 嘉善长盛塑料轴承技术有限公司 高分子聚合物工程塑料改性技术和注塑成型塑料滑动轴承技术目前全球已经得到了快速 的发展；中国CSB 长盛轴承公司自润滑改性技术已经有 20 多年的发展历史，目前 CSB 根据 各种高分子材料本身固有的特性已经改性出适合不同使用条件的产品；工程塑料滑动轴承性 能的高低主要取决于改性轴承材料本身固定的性能，CSB 公司采用先进的聚合物改性技术在 高性能聚合物中填充特种润滑剂以及高功能纤维，高性能聚合物作为基料起耐磨作用，特种 润滑剂起润滑作用降低摩擦系数，纤维以及填充物起增强作用；采用注塑工艺成型加工可以 加工成各种形状的滑动轴承，在成型特性上高聚物塑料滑动轴承在所有滑动轴承制造中具有 绝对的优势；高聚物滑动轴承由于整体材料均是采用改性的自润滑改性材料，故其无论是从 摩擦性能上还是从轴承的使用寿命上在中低载荷和速度的场合使用均要优越于金属类复合轴 承（复合轴承摩擦材料仅仅表层 0.03mm 左右）；高聚物塑料轴承相对金属复合轴承还存在以 下优势：抗腐蚀、成本低、质量轻且适合 OEM 大批量生产；目前 CSB 可提供经常使用温度 达 250 ℃的高性能聚合物塑料轴承 CSB-EPB5，且该轴承几乎能抵抗所有的化学介质；而 CSB-EPB4 轴承极低的吸水性和抗腐蚀性可以长期用于水下运行；高速运行专家 CSB-EPB13 制成的直线轴承滑动膜具有极低的摩擦系数且容许最高运行速度 10m/s；目前在汽车行业应 用最为广泛的就是 CSB-EPB 通用型以及 CSB-EPB3 增强型高聚物塑料滑动轴承。在高压隔离 开关行业 CSB-EPB3 可以确保各转动部位在长时间停止后仍具有非常好的启动润滑性能，出 色的抗老化和抵抗腐蚀能力能也是隔离开关行业选择的主要因素。 纤维缠绕高承载滑动轴承 纤维缠绕轴承全部是以纤维缠绕加工而成，无论是承载能力、摩擦磨损性能还是耐腐蚀 能力都非常出色，而禁止加油也就是在无外界润滑介质时能发挥出其最优性能。 前面说提到的滑动轴承如果在加油的状况下其摩擦磨损性能会比无油的情况下提高几倍 甚至几十倍；也就是说一般滑动轴承还需要在有外界润滑介质的情况下才能发挥出其最佳使 用性能；比如最常用的滑动轴承三层复合轴承，其润滑主要就是依靠烧结在表面上0.03mm厚 度的 PTFE 润滑层，在无外界润滑介质的情况下最高线m/s，而在油润滑时最高线 速度 V 可以达到 10m/s 以上，而其最大动载荷 P 也因外界润滑在存在而大幅度提高；由此可 以看出，一般滑动轴承在外界润滑时的 PV 值要远大于干摩擦时所能达到的极限 PV 值。而纤 维缠绕轴承在无油干摩擦的情况下就能发挥出最佳耐磨性能，且通过各类试验表明，纤维缠 绕轴承在干摩擦的情况下比同类金属基有润滑的情况下性能更好更稳定。 纤维缠绕轴承材料以高强度玻璃纤维增强高温环氧树脂作为承载层，以特种纤维和PTFE PONY MA 12/26/2012 11:00:41 AM 嘉善长盛塑料轴承技术有限公司 纤维作为滑动层（图 11）；使得轴承在高载低速工况条件下具有优良的耐磨性和很低的摩擦 系数，甚至可以在长时间不加油的情况下仍能发挥良好的自润滑特性和很高的轴承比压。 图11：纤维缠绕轴承结构示意图 CSB-CRB纤维缠绕轴承开发成功意义及其重大；在滑动轴承领域，CRB纤维缠绕轴承成为 国内第一个禁止加油的滑动轴承，也是将航空航天材料在滑动轴承行业使用的一个典型，填 补了国内非金属滑动轴承在高载荷工况下的空白，CRB 最高动载荷可以达到 140MPa；从用户 使用的角度来说，设备的关节运动部位真正实现了终生免维护，成功实现了向无供油系统设 备的转变；另外，CRB 纤维缠绕轴承在环境保护方面较其它滑动轴承的贡献尤为突出，由于 无需加油避免了润滑油释放对环境的污染。 结束语 随着自润滑材料改性技术的不断进步，自润滑滑动轴承应用技术也在迅猛地发展！目前， 自润滑滑动轴承已经成功应用在民用机械、军工机械和航空航天等领域；随着应用领域的不 断拓展以及工作要求的不断的提高，滑动轴承材料技术、制造和应用技术还有待于我们在实践 中不断去探索、研究与进步。 PONY MA 12/26/2012 11:00:41 AM

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