20.5 自润滑轴承

自润滑轴承用自润滑材料制成，或预先向基体材料中或其摩擦表面提供减摩材料制成。它在工作时可以不加或长期不必加入润滑剂，以干摩擦状态运转，也称干摩擦轴承。

20.5.1 轴承材料与性能

自润滑轴承的材料主要有各种工程塑料（聚合物）、碳石墨和特种陶瓷等。自润滑轴承材料的性能见表20-52～表20-56。

（1）工程塑料 即作为机械工程材料使用的聚合物。聚合物具有质轻、绝缘、减摩、耐磨、自润滑、耐腐蚀、成型工艺简单、生产效率高等特点。但导热性能差、线胀系数大、摩擦因数随湿度增加而增大，且机械强度低、弹性模量小。

自润滑轴承常使用加入填充料的聚合物，又称增强聚合物。

（2）石墨材料 碳-石墨材料一般导电性好、耐热、耐磨、有自润滑性，高温稳定性好、耐化学腐蚀能力强、热导率比聚合物高、线胀系数小。在大气和室温条件下，与镀铬表面的摩擦因数和磨损率都很低。但在湿度很低时会丧失润滑性。涂覆耐磨涂层能提高碳-石墨的耐磨性。石墨材料大多用于高温轴承、忌油污染场所的轴承。

（3）陶瓷 这是一种较新的自润滑轴承材料，特别是SiC和Si3N4，其强度、耐热性和耐蚀性都很好，摩擦学特性也很好。

20.5.2 设计参数

（1）宽径比B/d与大小径比D2/D1 径向轴承宽径比在0.35～1.5，推力轴承通常取外径与内径比D2/D1≤2。取大值，轴承承载能力大，但径向轴承中轴的变形和两轴承孔的同轴度的敏感性亦高。取小值，便于排出磨屑，利于散热。因此，若有可能宜选较小值。

（2）轴承间隙 它对轴承工作性能影响很大。间隙过大，磨损加剧，运转精度低；间隙过小，轴承过热，温升过高。工程塑料轴承的尺寸稳定性较差，会吸收液体而膨胀，浸入水中尺寸变化可达0.3%～2.0%，而且聚四氟乙烯在20～25℃时，因相变体积将增大1%。同时塑料线胀系数比金属的大（聚四氟乙烯除外），还要顾及排出磨屑。因此，工程塑料轴承要留有足够大的配合间隙。碳-石墨轴承线胀系数较小。浸渍金属的石墨线胀系数与金属接近，故轴承间隙可比塑料轴瓦取得小。为了排屑方便，自润滑轴承的直径间隙最好不小于0.075mm。通常轴承间隙由经验确定，表20-57～表20-59供参考。

（3）轴瓦壁厚 工程塑料热导率比金属低很多，而且尺寸变化对运转性能的影响，随轴瓦体积的增加而明显。故在保证强度和注塑许可下，计及轴套张紧力与压配合后内孔的变形，壁厚应尽可能小。工程塑料整体轴套壁厚推荐值见表20-60。又鉴于工程塑料强度也比金属低，常用金属作轴瓦衬背，然后压入较薄的塑料衬套。若在金属衬背上涂附一层塑料减摩层，则该层厚度可很薄，但要大于0.2～0.3mm，否则对轴的刚度和轴承孔的同轴度要求将很高。

碳-石墨轴瓦壁厚由于强度原因比金属大些，其推荐值见表20-59。尼龙轴套见表20-61和表20-62。

（4）表面粗糙度 为了使自润滑轴承在运转中磨损主要发生在轴瓦上，通常轴颈表面硬度都高于轴瓦（陶瓷轴瓦除外）。兼顾轴承寿命和经济性，建议取轴颈表面粗糙度Ra=0.2～0.4μm。

20.5.3 承载能力

自润滑轴承的使用寿命取决于轴瓦的磨损率。为了减小磨损率，轴颈材料用不锈钢或镀硬铬碳钢。轴颈表面硬度应大于轴瓦表面硬度，表面粗糙度越低越好。

在稳定的非磨粒磨损状态下，采用表20-10给出若干材料的自润滑轴承pv等值，确定承载能力过于简化。目前磨损率尚不能准确预测，但可以通过实验，求得一定条件下在给定磨损率不超过给定值的极限pv曲线。图20-16～图20-19所示为若干材料的无润滑轴承pv曲线。它是在室温、表面粗糙度Ra0.2～0.4μm，承受单向载荷时，给定磨损率为0.25μm/h，承受旋转载荷时给定磨损率为0.125μm/h时得出的。设计时轴承pv值应在曲线左下方。对于推力轴承，要将纵坐标值增大一倍。若允许的磨损率比给定的高，则允许更高的载荷或/和速度，反之亦然。当轴承工况正处于pv曲线中部直线部分，则可近似认为磨损率与pv值成正比，由此可推算其他磨损率下允许的pv值。在较高的环境温度下工作，应适当降低允许的载荷和速度。pv曲线与纵坐标交点，反映轴承静承载能力，它是受材料塑性流动或蠕变限制。pv曲线与横坐标交点，表明轴承温度可能超出允许值。