为什么轴承及其以外的材料选择很重要
轴承和类似的组件往往有严重的影响性能和…
你可以把平面轴承看作是最简单形式的轴承:在两个表面摩擦的地方包含任何非滚动元件一个平面轴承．常见的类型包括套筒轴承和法兰轴承(详见下文)。
“轴颈轴承”、“套筒轴承”和“衬套”都是大致相同的术语，被不同的行业用来描述相同的基本设计概念。
套筒轴承是平面轴承最简单的设计，由一个光滑的套筒组成，安装在轴和孔之间。通常，在轴颈和轴之间会有某种液体或颗粒润滑剂。
“衬套”是一个密切相关的分类，有时可能会带来混淆的风险。
衬套的正式定义是限制相对运动的细套筒或管。但这与套筒轴承有什么不同?不,不一定。一些行业只是简单地使用“衬套”这个术语作为历史上的一个怪癖。一般来说，我们发现一个衬套总是指一个单件套筒。
套筒轴承是一种多功能部件几乎适用于所有能想到的设计。举几个例子:
这种设计增加了一个“法兰”，或凸出的边缘，作为定位机构，将附加的套筒固定在适当的位置。这个法兰安装在垂直于轴承轴的安装面上。这种额外的支持是关键的应用在高速，沉重的负载，或广泛的振动/运动。
在其最简单的形式，你可以认为推力轴承只是一个垫圈。形式上，推力轴承为轴向作用于轴的力提供一个轴承。一个典型的例子是飞机上的传动轴。
与其他轴承类型一样，推力轴承可以采用滚动元件，在环内支持球或滚子。低摩擦塑料提供了类似的好处，它们提供线性或旋转应用:正确的材料可以承受轴向力，减少润滑的需要。
线性运动轴承(有时称为“线性滑动”)提供沿指定路径的自由运动。
这种线性运动与本文前面描述的原型轴承设计的旋转运动形成对比。和旋转轴承一样，线性轴承可以非常简单——就像一个放在木制滑道上的木制书桌抽屉。但更复杂的线性轴承设计允许更少的摩擦，更快的运动，更精确的控制运动范围。
线性轴承的例子包括各种各样的东西，从书桌抽屉的滑梯到帮助保护建筑物免受地震的地震减震器。
在最常见的布置中，轴承沿方形导轨或圆杆导轨行进。
轨道是指直线轴承沿其运动的轨道。这种轨道的形状和设计可能会根据在预期应用中如何承受载荷而变化。例如，一个弯曲的火车轨道，这个轨道不需要在一条直线上。
轨道安装的轴承机构被称为“车厢”或“块”。车厢和铁轨之间的接触点被称为“赛跑”。
与旋转轴承一样，这两部分之间产生摩擦。这种摩擦可以通过组合滚动元件、润滑和低摩擦/自润滑塑料套来消除。
一般来说，我们在本文中探讨的所有轴承设计元素也适用于线性轴承，包括密封、润滑和自润滑选项。
例如，油浸青铜套筒是一种常见的低负荷设计;一个简单的例子是抽屉的滑出轨道。要求更高的应用程序开始需要更复杂的机制。一些线性轴承的设计甚至包括一个刮水机构在轴承前面，以清除污垢和碎片从轨道和限制污染。
线性轴承的应用与旋转轴承一样广泛。它们的范围从简单的家具抽屉到过山车和高性能机床，需要极其精确的运动调节。
在这种设计中，一个小的肋状结构从轴承中突出，与轨道中相应的缺口/凹痕相适应。这个法兰在限制接触点的同时沿着轨道引导轴承。
与其他轴承设计一样，线性轴承可以使用金属或橡胶密封。这种做法减少了污染，防止了润滑泄漏:请参阅下面的密封轴承。
密封轴承在制造过程中注入润滑，然后密封。它们被设计为:
印章不一定是永久的。例如，许多轴承采用橡胶密封，在必要时可以很容易地拆卸以进行维护(润滑/清洗)。
像轴颈本身一样，轴承密封材料需要仔细校准，以适应压力、温度和使用寿命的要求。选择合适的密封材料和设计将最大限度地延长密封寿命。
通常，密封轴承用于频繁重新润滑是不切实际的，或灰尘/污垢污染是首要考虑的条件。
开放式轴承设计的主要优点是成本高，维修方便。
如果计划频繁维护，密封设计的额外成本可能是不值得的。
然而，在其他环境中，比如那些充满了来自制造作业的颗粒物的环境中，使用密封(或密封)自润滑轴承)可能是一种实际的必需品。
金属密封轴承通常是最便宜的密封轴承选择，但很难获得维护。
橡胶密封轴承通常比金属密封轴承更昂贵，但可以更容易打开重新润滑。然而，它们不能在特别高的温度下工作。
与轴承本身一样，塑料聚合物(尤其是聚四氟乙烯)以优越的性能特点为密封开辟了新的领域。
例如，与金属密封相比，聚合物密封可以承受比橡胶密封更多的热量，同时提供更好的耐腐蚀和耐化学物质(这在任何苛刻的清洗化学品可能破坏密封质量、影响其性能和寿命的应用中是很重要的)。
要真正理解轴承的选择，重要的是首先要了解它们是如何失效的。虽然基础功能总是相似的，不同的承载类型激增，因为不同的应用和操作环境对轴承施加的应力非常不同。
轴承由于润滑不足、颗粒或腐蚀性污染、过载和安装不当等常见问题造成的损坏而过早失效。这些问题的确切原因可能因使用的材料和操作环境而大不相同。
同时，轴承故障/维护/更换的操作和成本影响可能在不同的应用程序之间存在很大差异。例如，对于一件必须每天停下来检查的制造设备，频繁润滑或偶尔更换轴承可能不是问题。在这些情况下，更高级的解决方案的额外成本可能提供不了什么优势。但对于另一个极端的应用(如卫星轴承)可能需要在永远不会维护的条件下取得成功。
下面我们将详细讨论导致轴承失效的关键因素。
当考虑承受失败时，这也是值得学习的要寻找什么迹象来表明轴承即将失效．
上述讨论的失效模式的相对重要性可能会有很大的差异，这取决于轴承的使用位置以及成本效益高的更换频率或维修频率。
环境影响可以改变轴承的预期寿命高达90%．由于环境寿命的巨大差异，为正确的环境选择正确的轴承有助于设计的最终性能和可靠性。
下面几个简明的例子说明了轴承需要如何仔细选择，以反映预期的运行条件。
像钢铁厂、建筑工地和食品加工流水线这样的环境包括高水平的灰尘和其他可以污染轴承的物质。在这些环境中运行的轴承需要考虑到这种污染风险:从食物残渣到金属刨花的颗粒随着时间的积累会变得具有磨蚀性。这种磨损会影响轴承密封(随着时间的推移，让更多的颗粒和/或水进入)和轴承本身。
你可以在我们的文章中阅读更多关于在尘土飞扬的环境中使用轴承的内容。
上面讨论的粉尘污染变得更严重了当更多的油脂积聚在轴承内．当润滑油被污染时，它们散热和减少摩擦的能力急剧下降。最多只能缩短轴承寿命。在最坏的情况下，这种污染会导致计划外的故障和停机。
这使得润滑轴承的定期清洗至关重要——这是难以接近的轴承的一个关键设计问题，将很少进行维护，或在太脏的环境中运行，实际上在要求的间隔清洗。
虽然自润滑轴承可能仍然需要某种程度的润滑，但其减少的润滑需求为肮脏的操作环境创造了关键的维护优势
真空环境往往不仅会带来维修困难，而且会带来独特的故障模式。例如，塑料轴承在需要在真空中工作以消除润滑要求的设计中通常是首选的。但塑料在真空环境下使用时需要仔细挑选:有些塑料会释放气体和微粒，在真空环境下不容易排出。
任何需要定期润滑的轴承都有润滑油污染周围环境的风险。当面对清洁操作的设计要求时(源自ISO标准、政府法规或客户对可持续最佳实践的要求)，泄漏有效地成为轴承失效的一种模式。考虑到这种风险，自润滑塑料轴承为在这些环境中清洁操作提供了重要的优势。
木材可能不是你想到的用于轴承的第一种材料，今天它被降级为特殊应用。但木质轴承提供了有用的历史背景:它们表明，在有记录的历史中，工程师一直在仔细选择材料，以符合轴承性能标准。
有证据表明，早在4500年前，腓尼基的造船者就已经在使用木制轴承来做舵了。合适的木材是耐腐蚀的，使它们能够在水下应用中茁壮成长，如舵或螺旋桨轴。在过去，超硬木材Lignum Vitae是很受欢迎的选择——它的天然油脂提供内置润滑功能，同时其极高的密度帮助它承受压力。后来，轴承制造商将动物油浸渍在木制轴承上，以达到类似的自润滑效果。
今天,在水下应用中，复合材料的性能优于木材，但木制轴承是轴承材料被精心选择的理想机械性能的第一个例子。
青铜是一种常用的材料，它含有多种不同的合金和成分——这种多样性使青铜成为受欢迎的轴承材料的选择，因为这种材料非常接近所需的精确规格，可以采购。青铜轴承具有很强的抗冲击、冲击和耐腐蚀特性。
青铜轴承在安装和运行过程中都需要润滑，这使得它们成为难以频繁维护的设计的不佳选择。这一限制就是为什么用自润滑选项(见下文)取代青铜轴承对许多公司来说是一个有吸引力的命题。
作为工业应用的常见传统选择，钢轴承可以处理极高的负载和高转速。与其他钢牌号相比，不锈钢轴承提供了更好的耐腐蚀性能，但潜在的缺点仍然包括相对较高的重量和高噪音。
另一种常见的传统选择，铸铁轴承具有足够低的摩擦系数，可用于钢轴。表壳铁釉随着时间的推移，有助于减少磨损。
自20世纪50年代出现以来，塑料轴承已成为越来越可行的替代传统金属设计。这种替代方法的好处取决于所讨论的精确材料:不同的塑料配方/成分之间的性能特征差异很大。
对于简单的模压塑料轴承，这种好处可能只是成本。但先进的工程塑料聚合物和复合材料也比金属和其他材料具有真正的性能优势。塑料聚合物具有较低的摩擦和自润滑能力(下文将详细介绍)，使平面轴承在许多需要滚动轴承的应用中有效运行。
对于轴承，聚四氟乙烯不仅是有用的结构材料，但作为自润滑轴承的润滑介质(更多关于这下面)。
有用的性能包括低摩擦系数，耐腐蚀，低电导率，疏水，和广泛的耐受温度范围。
那么哪一种塑料是最好的呢?与本文讨论的其他轴承选择参数一样，这完全取决于应用。事实上，这些塑料可以相互混合，或与非塑料材料混合，在性能、维护需求和成本方面产生所需的特性。
要详细了解三星提供的不同塑料聚合物的特性，请查看我们的材料数据库。万博app登录
这些轴承有润滑剂，如聚四氟乙烯，石墨，或硅与轴承本身的摩擦表面集成。当运动部件摩擦在一起时，这种润滑剂会随着时间的推移而动态分散。
自润滑塑料聚合物轴承利用两种不同的机制输送润滑介质:
在频繁重新润滑不实用或成本过高的应用中，在高摩擦环境中，或在传统液体润滑剂污染/泄漏风险太大的环境中，采用这些设计非常重要。
由于润滑不足是轴承故障的头号原因，停止润滑不仅简化了维护，而且大大减少了在不可避免的维护周期中积累的过早磨损。润滑脂和其他润滑剂也会加剧污染问题，因为灰尘和污垢会粘在轴承机构中，这是另一个长期磨损的驱动器，自润滑选项可以消除。
万博app登录三星是Rulon的北美独家经销商，Rulon是一种基于聚四氟乙烯的塑料家族，专门为苛刻的应用如轴承的功能要求制造。像其他塑料一样，它有各种各样的配方(事实上，超过300种)。
想要更深入地了解Rulon和一些关键的配方选项，请参阅我们的白皮书:
更先进的金属轴承设计方法允许自润滑能力，同时保留一些金属的理想结构特性．
万博app登录三星的TriSteel™例如，它由一种特殊的聚合物内衬和金属衬底组成。衬垫浸渍在烧结多孔青铜夹层中。两种材料都可以根据应用精确指定。这种设计利用钢(镀锌/镀铜或不锈钢)作为结构和机械支撑，同时利用聚合物衬垫改善磨损特性和自润滑性。
复合轴承是由纤维增强树脂或塑料等材料组合制成的。这种复合材料可以与聚四氟乙烯(PTFE)结合，形成一种重量轻、自润滑的设计。
与金属基轴承相比，复合轴承具有显著的重量优势。在这里阅读有关复合轴承的其他好处。可以对组合本身进行定制以满足特定的应用程序需求。复合衬板可以应用在金属衬底上以增加强度。
万博app登录三星的CJ复合材料是一个很好的例子的复合轴承解决方案。这个设计利用了多层。最内层由合成纤维/PTFE层组成。第二层由环氧涂层的大角度玻璃丝组成。最外层由环氧涂层的低角度玻璃丝组成。
这种结构使轴承重量轻，强度高，耐疲劳，通常是非润滑高负荷/低速应用的理想选择。CJ轴承提供优良的抗冲击和冲击载荷。它们也能够承受高度的轴不对中:复合墙体就像弹簧一样，轴承的墙截面越厚，给定载荷下的挠度就越大。
