自润滑滑动轴承

自润滑滑动轴承

摘要：自润滑轴承具有独特的性能。概述了自润滑轴承的优点及其结构类型，自润滑轴承的润滑机理及其采用的材料，还介绍了自润滑轴承的应用领域。总结并提出了自润滑材料今后的发展方向。

关键词：自润滑轴承

添加少许润滑剂或者完全没有润滑剂，使滑动轴承自身具有润滑性的轴承叫做自润滑轴承。自润滑轴承技术完全突破了一般依靠油脂润滑的局限性而实现了无油润滑，省去了润滑装置及润滑油、脂的密封装置，因而使轴承的设计大大简化，成本大幅度降低。由于经济生态环境以及技术等方面的原因，自润滑材料轴承技术是目前润滑技术的发展趋，势机械强度高和摩擦性能好的自润滑复合材料的开发成为摩擦学领域的重要热点。

1 自润滑轴承的优点

滑动轴承优点是形式简单、接触面积大、工作平稳可靠、无噪声。在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不直接接触，可大大降低摩擦损失和表面磨损，另外油膜还具有一定的吸振能力。滑动轴承的缺点是无法保持足够的润滑油储备，且启动摩擦阻力较大，一旦润滑油不足，将产生严重磨损并导致失效。自润滑轴承的出现很好的弥补了滑动轴承的这些缺点。

自润滑轴承和滑动轴承相比：

1、无油润滑或少油润滑，适用于无法加油或很难加油的场所，使用时可不保养或少保养。

2、耐磨性能好，摩擦系数小，使用寿命长。

3、有适量的弹塑性，能将应力分布在较宽的接触面上，提高轴承的承载能力。

4、静动摩擦系数相近，有效降低启动摩擦阻力，消除低速爬行，从而保证机械的工作精度。

5、能使机械减少振动、降低噪音、防止污染，改善劳动条件。

7、对于磨轴的硬度要求低，未经调质处理的轴都可使用，从而降低了相关零件的加工难度。

8、薄壁结构、质量轻，可减小机械体积。

9、钢背面可电镀多种金属，可在腐蚀介质中使用。

2 自润滑轴承的分类及其润滑材料

自润滑轴承从结构型式上大致可以分为复合型、干膜型和镶嵌型三种形式。

复合型是将固体润滑剂粉末用树脂、沥青等作粘结剂经固化而成的轴承。

干膜型自润滑轴承就是在轴承的滑动摩擦面上，用粘涂敷结、烧结、电镀、溅射、化学生成等方法形成一层固体润滑膜的轴承，其关键是这层干膜润滑层的减摩性能和使用寿命。它可以根据不同的工况分别进行研制开发。

镶嵌式自润滑轴承采用的复合材料是一种新型的抗极压固体润滑材料，由金属底材与嵌入底材的孔或槽中的固体润滑剂膏体构成。在摩擦过程中金属底材承担了绝大部分负荷。经摩擦，孔或槽中的固体润滑剂向摩擦面转移或反转移，在摩擦面上形成润滑良好、牢固附着并均匀覆盖的固体转移膜，大幅度降低了摩擦磨损。随摩擦的进行，嵌入的固体润滑剂不断提供于摩擦面，保证了长期运行时对摩擦副的良好润滑。镶嵌式自润滑轴承是目前应用最为广泛的一种自润滑轴承。

当前具有自润滑功能的轴承材料主要有金属基、陶瓷基和聚合物基复合材料。金属基复合材料主要有粉末冶金整体烧结型、镶嵌型、梯度自润滑型等;陶瓷基复合材料主要有

Si3N4基、SiC基等;聚合物基复合材料采用的基体主要有聚四氟乙烯( PTFE) 、聚甲醛

( POM) 、聚酰胺( PA) 、聚酰亚胺( P I) 、聚酯、酚醛树脂等。

自润滑材料作为一种新型的工程材料，在通常的应用中，除了直接使用固体润滑剂外，更具发展前景的应当是固体润滑剂与高分子材料及其它有机、无机材料的共混材料。这些材料既具有固体润滑剂的长处又可以弥补固体润滑剂的某些缺点。如将PTFE填充到金属骨架中，可以克服其抗蠕变差的缺点，采用这种方法，PTFE已在桥梁、管道等支架的轴承衬垫上得到应用，它能容许构件热胀冷缩及滑移。在PTEE中加人适当的填充剂还能改变其耐磨性差的特性。其它如加入玻璃纤维和石棉纤维可提高抗拉强度和抗蠕变性；加人云母充填剂的复合物可降低热膨胀系数；加人青铜作充填剂可改善其热传导性等。所以，获得理想的自润滑材料的途径应当是根据不同的工况条件，有针对性地选择固体润滑剂及其共混材料。

3 固体自润滑轴承润滑机理

现代摩擦理论认为，摩擦表面处于弹塑性接触状态；滑动摩擦是粘着与滑动交替发生的跃动过程；摩擦力是粘着效应和犁沟效应产生阻力的总和。因对大多数切削加工表面通

常可以忽略犁沟效应，所以摩擦力

与实际接触面积及剪切强度成正比；

摩擦系数与剪切强度成正比，与受

压屈服极限成反比。然而如果在硬

的金属上覆盖一层薄的软材料表面

膜，只要这层膜不破裂，剪切强度

就是这层软表面膜的剪切强度；由

于这层膜很薄，实际接触面积由硬Array

基材料的受压屈服极限来决定，实

际接触面积不大，所以薄而软的表面膜可以降低摩擦系数。

当摩擦面间存在固体润滑剂时，在运动过程中它们将很快在金属表面形成一层薄的软材料表面膜(如图1所示)。由于其剪切强度低，当摩擦副滑动时，粘着点的剪切将发生在膜内，金属间的摩擦由此变成了固体润滑剂分子间的摩擦，从而起到降低摩擦的效果。

4 自润滑轴承的应用

自润滑轴承使用温度宽，固体润滑材料含量充足，释放均匀，具有良好的自润滑性能和咬合性，能有效地保护轴颈，达到持久的使用目的。适用于在高温、低速、重载、灰尘大、水冲淋和有冲击振动的环境下运行，可广泛应用于矿山机械、冶金、石油、化工、食品、纺织、造纸、印染等机械设备的滚动和滑动轴承部位。

工矿企业的某些关键设备在极为恶劣的工况下运行，设备重、环境温度高，粉尘大或空气中含酸性腐蚀气体CO，SO2等，对设备的润滑带来很多问题，摩擦磨损严重，截止目前为止，国内上述企业大部分仍沿用传统的油、脂润滑，而事实上这些工矿条件已超出了油、脂润滑的范围，极易发生轴承及其他摩擦副的咬伤或咬死，引起严重的零件磨损和损坏，经常性地导致设备停运。为了生产连续运行，除在原始设计上要求安装多台设备轮修外，还须投入大量维修人员。严重地限制着生产率的提高，备品备件和能源消耗极大，已成为发展生产的重要障碍。汽车制造、水泥生产、石油化工等企业都提出了提供复杂工况条件下特种润滑材料要求。为此，对镶嵌式自润滑复合材料研究，在材料配方和制备工艺上突出自身特色，材料性能已达到了国际先进水平，为企业解决了特殊工况下的润滑问题，

并带来了明显的经济和社会效益。