20.4 多孔质轴承（含油轴承）
利用材质的多孔特性或润滑油亲和特性，在轴瓦安装和使用前，使润滑油浸润轴承材料，轴承工作期间可以不加或较长时间不加润滑油，这样的轴承称为多孔质轴承。根据轴承材料能浸渍润滑油的特性，多孔质轴承可分为两类：
一类轴承的轴瓦以多孔质材料制成，浸渍润滑油后，孔隙中充满了润滑油。这类材料主要有粉末冶金、成长铸铁、青铜石墨、木材和某些材料。
另一类轴承的轴瓦多由塑料制成，利用材料与润滑油有亲和力和相溶，经适当工艺处理，使润滑油均匀分散在材料之中，如酚醛树脂等。
目前，多孔质轴承已广泛用于轻型机械、家用电器、汽车、纺织等机械中，用得最多的是粉末冶金多孔质轴承，常见的还有青铜石墨、铸铜合金等多孔质轴承。
粉末冶金多孔质轴承是用金属粉末和减摩材料粉末，经压制、烧结、整形和浸油制成，孔隙约占体积的10%～35%。使用前将它置热油中数小时，浸透后孔隙中充满了润滑油。工作时，由于轴颈转动的抽吸作用及轴承发热时膨胀作用，孔隙减小，油便进入摩擦表面间起润滑作用；不工作时，因毛细管作用，油便被吸回到轴承内部。因而在相当长时间内，即使不加润滑油仍能很好地工作。特别适用于加油不易或密封器件之内。它的韧性较低，宜用于平稳、无冲击、轻载荷及低中速场合。这类轴承通常工作在混合润滑状态，有时也能形成薄膜润滑。如果润滑条件具备，它可代替铜轴承在重负荷和高速下工作。
粉末冶金多孔质轴承不需要切削加工，是采用模具成形。适合大批量生产，不易胶黏，机械强度不高，摩擦因数偏大。
按不同工作条件，需要选用不同含油率的多孔质粉末冶金轴承。孔隙率越高，储存油越多，但强度越低，宜在无补充润滑和低负荷下应用。反之，可在负荷较大和速度较高时应用。
粉末冶金多孔质轴承有铁基、铜基和铝基三种。在锈蚀不成为问题的情况，可采用价廉而强度高的铁基粉末冶金轴承。其材料以铁为主，加入少量铜（质量分数2%～20%），以改善边界润滑性能。锈蚀问题可加入防锈剂改善，但轴承性能较差，仅适用于低速场合，相配合轴颈必须淬火。铜基粉末冶金轴承材料以青铜为主，加入质量分数6%～10%的锡和少量的锌、铅。其特点是不生锈，在中速、轻载下轴承性能稳定，但价格较贵。铝基粉末冶金轴承价格较低，强度适中，但耐磨性和抗胶黏性较差。粉末冶金多孔质轴承在材料中加入适量的石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等固体润滑剂，缺油时仍有自润滑效果，可提高轴承安全性，如含石墨的青铜基粉末冶金多孔质轴承，但影响强度。
20.4.1 多孔质轴承材料的性能
（见表20-39）
表20-39 常用多孔质轴承材料的物理、力学性能
20.4.2 轴承形式与尺寸
标准的粉末冶金烧结轴承轴套有筒形、带挡边筒形和球形三种形式，见表20-40～表20-42。公差见表20-43和表20-44。
表20-40 粉末冶金筒形轴套形式与尺寸（摘自GB/T 18323—2001） （单位：mm）
注：1．内径≥20mm时，长度的最后一个值不能用于轻系列。
2．括号中尺寸应用作第二系列。
3．倒角C最大值见下表：
表20-41 粉末冶金带挡边筒形轴承形式与尺寸（摘自GB/T 18323—2001） （单位：mm）
（续）
表20-42 粉末冶金球形轴承形式与尺寸（摘自GB/T 18323—2001） （单位：mm）
注：在轴承长度的中心部位允许有一段圆柱形表面，其长度（最大）为a。
表20-43 粉末冶金轴承公差
①按挡边直径尺寸分级。
②按外径尺寸分级。
③按球径尺寸分级。
④外径尺寸D≤24mm时采用s9。
表20-44 安装粉末冶金轴承的轴承座与轴的尺寸公差
20.4.3 参数选择
（1）宽径比 因轴套两端孔隙度一般比中间小，故轴套不宜过窄，但也不宜过宽。当宽径比大于2～3时，会出现压粉不均匀，最好宽径比接近1。
（2）压入过盈量 轴套压入轴承座内的平均过盈量为
式中D——轴套外径（mm）。
选择轴承座孔直径公差时，应使最大过盈不大于2倍平均过盈，最小过盈不小于平均过盈的1/2。
应该用压力机将轴套压入轴承座，不许用锤击打。轴套压入轴承座后，轴套孔径会收缩变小，确定轴颈尺寸时应考虑到该收缩量。
轴套外径过盈量ΔD与内径收缩量Δd的关系见表20-45。
表20-45 轴套外径过盈量ΔD与内径收缩量Δd的关系
（3）轴承间隙 间隙过大，在循环载荷作用下运转会出现过大噪声；间隙过小，摩擦力增大，轴承温度升高，材料热胀导致间隙进一步缩小，很容易损坏轴承。所以尤应注意高速轴承间隙的选取。根据轴径和速度从图20-10选相对间隙φ（φ=Δ/d，Δ为轴承孔径与轴颈直径d之间的工作间隙）。此值也可参照表20-46选取。
表20-46 推荐的最小轴承间隙 （单位：mm）
图20-10 相对间隙的选择线图
（4）对偶轴颈表面硬度和表面粗糙度 轴颈表面硬度推荐不低于250HBW，表面粗糙度不大于1.6μm。
20.4.4 润滑
（1）润滑方式 多孔质轴承也可在连续或间歇供油下运转，以提高其承载能力和许用滑动速度。润滑方式的选取如图20-11所示。粉末冶金多孔质轴承的供油方法如图20-12所示。
图20-11 润滑方式的选取
Ⅰ—无需供油 Ⅱa—需补充供油 Ⅱb—需补充供油并采用高孔隙率材料 Ⅲ—需连接供油
图20-12 粉末冶金多孔质轴承的供油方法
（2）润滑油选择 粉末冶金多孔质轴承轴套在使用前，需浸入80～120℃的润滑油中约1h，浸透后装入轴承座内使用。润滑油必须有高的氧化安定性、油膜强度和黏温指数。千万不能用悬浮有固定颗粒的润滑油或润滑脂。粉末冶金多孔质轴承常用的润滑油是汽油机油。高速轻载时也可以用主轴油（F类）。润滑油黏度可按图20-13选用。
图20-13 多孔质轴承适宜的油黏度
（3）重新浸油时间 鉴于油损耗和变质情况，每工作较长时间（1年或运转1000h），需拆下轴套重新浸一次油。较准确的重新浸油时间可从图20-14查到。采用真空浸渍或热油浸渍。热油浸渍一般是将油加热到80～120℃，将轴套放入，并随油冷却到室温。
图20-14 重新浸油时间
20.4.5 使用安装
（1）轴承成品工作表面 一般应尽可能不切削加工，必要时非工作表面可进行切削加工。
（2）轴承压入座孔后 若内径收缩过大，可采用光轴或钢球、无齿铰刀、无齿锥刀等，以无切削加工方法进行扩孔。若内径必须切削加工，宜采用车、镗等方法，而不宜采用磨削等方法，以免细屑堵塞孔隙，降低供油能力。
（3）轴承装配前 轴承须在规定的油中浸泡和清洗，但切忌用煤油，汽油，以及能溶解所浸渍润滑油的其他溶剂等清洗。
20.4.6 其他多孔质轴承
20.4.6.1 青铜石墨多孔质轴承
将青铜粉末与石墨颗粒混合，烧结成多孔质材料，浸渍润滑油，构成青铜石墨多孔质轴承。它具有较高的耐磨性和良好的减摩性。在汽车、拖拉机、洗衣机及小型电动机中均有应用。
青铜石墨多孔质轴承形式，与粉末冶金多孔质轴承的一样，有铁基、铜基和铝基三种。其尺寸和公差见表20-47。
表20-47 青铜石墨多孔质轴承（摘自JB/T 3729—2008） （单位：mm）
（续）
青铜石墨多孔质轴承所含的润滑油的体积分数为12%～30%，筒形轴套的径向抗压强度为70MPa。
青铜石墨多孔质轴承径向破坏载荷按下式计算：
F=RmcL（D-d）2/[2（D+d）]
式中Rmc——轴套径向抗压强度。
20.4.6.2 铸铜合金多孔质轴承
铸造青铜时加入微量的Ti、Zr、Fe或Al等元素，使晶粒细化，从而形成多孔性的铸件，浸渍润滑油后成为铸铜合金多孔质轴承。
铸铜合金多孔质轴承用铸造法生产，故适合小批量生产中、大型多孔质轴承，而且需要切削加工。它的孔隙率低、含油量少，往往需要有间歇供油装置。与铜基粉末冶金多孔质轴承比较，铸铜合金多孔质轴承承载能力高、磨损率低、抗胶合能力相近。铸铜合金多孔质轴承与铜基粉末冶金多孔质轴承性能比较见表20-48。
表20-48 铸铜合金多孔质轴承与铜基粉末冶金多孔质轴承性能比较
20.4.6.3 成长铸铁多孔质轴承
将普通铸铁缓慢加热到下临界温度以上（如880℃）的温度，保温一段时间（如20min），使其组织成长（称成长处理），形成多孔性铸件，然后进行调质处理和终加工，再浸渍润滑油，成为成长铸铁多孔质轴承。
成长铸铁多孔质轴承用铸造法生产，故适合小批量生产中、大型多孔质轴承。
成长铸铁多孔质轴承的物理、力学性能见表20-49，除强度外，基本上与普通铸铁相同。
表20-49 成长铸铁多孔质轴承的物理、力学性能
成长铸铁多孔质轴承的承载能力高，抗胶合性能好，在正常工况下磨损率低。根据推力轴承摩擦实验结果，成长铸铁多孔质轴承的pv曲线如图20-15所示。
图20-15 成长铸铁多孔质轴承的极限pv曲线
20.4.6.4 塑料多孔质轴承
塑料多孔质轴承具有自润滑性，质量轻，成形易，成本较低，吸振性、顺应性、耐蚀性好，但导热性不良，高温时热塑性塑料熔融变形，热固性塑料碳化而胶合。用金属作瓦背，用塑料作衬层，可改善轴承导热性，但含油量下降。塑料多孔质轴承的特性见表20-50。
表20-50 塑料多孔质轴承的特性
①为单位许用pv下的磨损率。
酚醛多孔质轴承是在多孔质化的酚醛树脂中浸渍润滑油构成的。在边界摩擦条件下，它显现出优越的性能。酚醛多孔质轴承的摩擦性能见表20-51。
表20-51 酚醛多孔质轴承的摩擦性能
