随着当今科学技术的不断进步，机械技术正向着高级化、尖端化、多样化的趋势发展。特别是航空航天技术、原子能工业、军事工业等研究领域使轴承技术面临许多新的课题，例如，轴承在真空条件、高温条件及低温条件等极端环境下使用问题，其解决主要依靠自润滑轴承的特殊润滑性质。自润滑轴承就是滚动体、内外圈滚道或保持架经过特殊材料处理，不需要再添加油类或脂类润滑剂就能正常工作的轴承。自润滑轴承从润滑机理上可分为自润滑材料本身产生自润滑特性的轴承和因烧结微孔材料的性质而产生自润滑特性的轴承两种。
自润滑轴承就是滚动体、内外圈滚道或保持架经过特殊材料处理，不需要在添加油类或脂类润滑剂就能正常工作的轴承。自润滑轴承从润滑机理上可分为自润滑材料本身产生自润滑特性的轴承和因烧结微孔材料的性质而产生自润滑特性的轴承两种。
自润滑材料主要是指一些固体润滑剂。固体润滑剂的微粒和金属共沉积的复合镀层，摩擦系数很小，镀层本身的磨损少。固体润滑剂有MoS2，氟化石墨（CF）n，聚四氟乙烯（PTFE）等等。下面具体介绍聚四氟乙烯（PTFE）与石墨两种比较常见的自润滑材料。
当轴承保持架采用以聚四氟乙烯为基本的复合材料时，当轴承旋转时，由于钢球的自旋运动，是钢球与保持架之间产生摩擦，因为滚动元素接触表面微凸体的反复接触和挤压作用，在PTFE的结构保持架的接触表面将形成小的带状沟痕，由于PTFE的结构是条状结构，因此粘附力比金属的粘附力小的多，在摩擦过程中PTFE的条状碎片被不断的粘附——展平——再粘附——再展平，逐渐形成转移膜，转移膜具有一定的厚度（大约100—130μm），它的结构是小的带状附加层。同样道理，在摩擦过程中，在钢球表面内环外环的滚道都可形成PTFE转移膜，因为表面的微观不平，PTFE膜被犁削和挤压并产生小碎片，小碎片被粘附在滚道表面，然后被展平延伸，逐渐形成PTFE的润滑转移膜。在滚道的转移膜的厚度只有滚动体的转移膜厚度的1/3～1/2。当在滚动体内外环滚道形成一定厚度的自润滑转移膜后，PTFE的摩擦系数急剧降低。
在日本，用于火箭发动机上的涡轮泵轴承，由于发动机燃料液氢的温度很低，工程技术人员选用浸含聚四氟乙烯玻璃纤维布压层增强的圆筒状材料制造轴承保持架，其中聚四氟乙烯含量62%，玻璃纤维含量38%。这种保持架材料充分利用聚四氟乙烯在低温真空等极端环境下仍能保持自润滑特性的性质，同时由于压层玻璃纤维布结构，所以机构强度和耐磨性极高。
石墨晶格层间距离大，网状分子以范德华力结合，很容易沿层面解离，分离出薄片起到润滑作用。中科院兰州化学物理所固体润滑试验室的科技人员近年来发现，利用石墨容易在层与层之间孔隙处吸收一些元素和化合物形成石墨层间化合物，改善石墨的润滑性能。对石墨与金属化合物的层间化合物的研究结果表明，金属氯化物包入量越多效果越明显。
作为碳与石墨混合物而应用的石墨以冷压石墨和高温下烧结的石墨为主，多年来已经用于电器设备中的轻负荷自润滑轴承（电刷）。
石墨的自润滑性能随环境变化而不同，例如，缺乏水蒸气时引起石墨高度摩擦产生严重磨损，缺乏空气也会使石墨的摩擦系数由0.1～0.15增加到0..5，当使用氟化石墨时，由于碳层间的间隔较大，不需水气，避免了对轴承材料的有害影响。氟化石墨到400℃高温时仍具有良好的润滑性能，摩擦系数在0.1左右，据文献介绍，氟化石墨的摩擦系数低，且耐磨性能好，能承受的PV值也很高。
浸银石墨也是一种耐高温、耐腐蚀、有良好自润滑性的抗磨材料，它以碳石墨为基体，用高温高压的方法使熔融状态的金属浸入到碳石墨材料的开放性气孔中，形成牢固的网状结构，从而得到银——石墨复合材料。浸银石墨材料在压力22MPa、4200r/min、线℃、介质为惰性缺氧气体（干摩擦、有腐蚀性）、对磨副为钼基合金等工矿条件下使用。浸银石墨材料的优良特性使它在电力、机床、化工、仪表、水泵、汽车、航空、宇宙等行业具有潜在的广泛应用前景。
使用温度范围最大的固体润滑剂是MoS2，它可在（—180℃～400℃）范围内正常工作，MoS2的摩擦系数为0.1～0.15，用固体润滑剂润滑轴承时，最简单的方法是把MoS2粉末撒到滚动轴承腔内，具体做法是把MoS2粉末渗入酒精等溶剂中，使其流入轴承滚动面，通过电机使外圈旋转，这样就在滚道上形成一层MoS2，然后用将多余的MoS2喷走，以防多余MoS2堵塞滚道造成磨损。
纵上所述，我们可以知道，自润滑轴承主要是用于特殊环境下和特殊要求下的轴承，用于在很长的使用时间内（超过一般轴承正常使用期限几倍的时间）、不易更换的情况下和润滑油润滑脂很难正常润滑的情况，如机器人的关节轴承、航空航天器上使用的轴承、在真空条件或高温、低温等极端环境下需长时间使用不易更换的轴承。其制造工艺很复杂，尤其是自润滑材料的制作问题，另外自润滑轴承制造需要高新技术的配备。从搜集的情况看，我们国家正处于自润滑轴承制造的起步研究，发现潜力还很大。从我国的火箭卫星事业发展情况来看,超导材料的发展情况来看，自润滑材料和自润滑轴承都有很广阔的市场前景。
为配合我公司自润滑轴承的研究与开发，本期介绍了几篇有关自润滑轴承与材料方面的文章，以供广大技术人员参考和借鉴。
润滑分为流体润滑、混合润滑、边界润滑和固体润滑。在固体润滑领域内，轴承材料本身显示出良好的摩擦特性、耐磨损性的轴承被称为自润滑轴承。因自润滑轴承使用在不能使用润滑剂的部位或使用在润滑剂贫乏的部位等而用于边界润滑、混合润滑等稳定部位，故这种自润滑轴承也被称作“自供油轴承”、“干燥轴承”等。
2） 耐热性：固体润滑与流体润滑相比摩擦系数小，因而能够耐受这种摩擦（固体之间直接摩擦）所产生的高热；
根据固体润滑球轴承动态性能分析模型进行的参量评价表面：在球与套圈接触的特定工作和润滑剂拖曳力作用下，减少球与保持架兜孔之间的间隙和保持架与套圈挡边的引导间隙，其结果将使球与保持架与套圈接触面的碰撞频率增大。相对来说，碰撞力的实际值却并不受间隙变化的影响。对本文所研究的典型涡轮发动机轴承，当保持架采用外引导时，上述间隙的减小同样会导致保持架产生圆锥形运动，并使保持架兜孔和引导面两者的间隙都变得更小，其结果对保持架与套圈之间的相互作用不利。
在过去的十年，滚动轴承的性能分析模拟已经成了引人注目的研究课题。Jones（1）、（2）的简单拟静力学模型已经被动力学模型所代替，动力学模型不仅解答了轴承零件运动的微积分方程式，而且还提供了一个轴承性能的实时模拟。由Walters（3）Gupta（4）、（5）提出的模型是众所周知的，已经较好地证明了上述模型和模拟试验技术不仅为关键使用场合的试验研究提供了有价值的指导，而且已被证实对滚动轴承的实际设计是有效的。这种有效分析模型可以极为有效的进行设计参数的参量评价，同时在大大减少由分析获得的实时性能模拟所确定的参量范围方面，预定的试验研究可能是唯一必要的。因此，在一定程度上，分析模拟能有助于代替某些方面的试验研究。本文的目的就在于提出一个研究事实，论证在这样的参量评价中分析模型的实力。
实际上，解决分布问题的各种动力学模型常常需要一种明确的计算手段。然而，随着现代高速计算机和矢量数据处理机的出现，这种条件限制已逐渐被放宽。同样，随着优化计算的需要，通用计算机编码也正在更新以用于高效的专用分析。由Gupta（6）提出的最新计算机编码RAPIDREB是对原DREB程序（4）、（5）的进一步改进。RAPIDREB程序编码为采用固体润滑和液体润滑的球轴承提供了性能模拟。事实表明：借助某些约束条件，采用满意的计算方法（6）能够获得几种主要转速下的轴承性能模拟。
本文把固体润滑轴承的性能作为各种设计参量的函数，采用RAPIDREB编码模拟研究。对于固体润滑球轴承，在轴承设计（7）中，球与套圈相互作用下润滑剂的拖曳特性已被表明是最重要的参量。同样，在球与保持架和保持架与套圈相互作用下润滑剂的摩擦也被证明是值得考虑的重要参量。
当固体润滑剂以球与套圈交界面之形成的转移膜形式提供时，则在秋与保持架和球与套圈的相互作用之间有一个复杂的配合关系，这种转移膜是由于秋与保持架上释放的才来哦形成的。例如，在球与套圈交界面上缺乏润滑剂就可在球上产生大的加速作用，这种取决于保持架兜孔间隙的加速作用引起球与保持架与保持架的碰撞，一个接一个的碰撞就逸出润滑剂，并在球与套圈交界面上提供转移膜。这种机理经常是决定轴承综合性能的最基本的环节。同样地，对采用套圈引导保持架的轴承，保持架与套圈交界表面的相互作用也是相当复杂的，因为保持架和引导挡边之间的接触基本上是由保持架兜孔中球与保持架的碰撞、保持架的惯性和保持架与引导挡边之间的工作间隙确定的。因此，在固体润滑剂的拖曳特性和轴承的集合形状之间有一个确定的配合关系。同时，对一个成功的轴承设计来说，确立一个球与套圈、球与保持架和保持架与套圈相互作用的逼真模型是决定性的。
对一种固体润滑剂的已规定好的拖曳特性，目前的研究表明：对轴承中的各种相互作用，用RAPIDREB计算机程序（6）作为基本模型，则轴承性能是球与保持架和保持架与套圈之间间隙的一个函数。我们期望本文提出的结论能为固体润滑球轴承的设计提供一些有益的帮助。
本研究采用的轴承是超轻系列006角接触轴承。该轴承是在高速涡轮发动机中用以承受推理负荷的主轴承之一。轴承尺寸列于表1。
轴承的球与和套圈均采用AMS6430（AISI/M—50）工具钢制造。这种材料的性能也列在表1中。保持架采用的是一种含有固体润滑剂的三维编织的石墨与聚酰亚胺复合物。这种材料的性能在实用温度下尚未测试过，列入表1的性能参数仅仅是一个粗略的估计。
假定保持架材料含有的固体润滑剂是镓—铟—钨—两倍的硒（Ga—In—W—Se2）。虽然这种材料尚无在高温下使用的摩擦数据，但在室温、赫兹应力为1Gpa、滚动速度为2米/秒下还是有一些数据的（8）。
为了真实地模拟滚动轴承的特性，有必要去逼真地模拟轴承零件间的摩擦力。轴承的球和套圈之间接触的特点是用较大的负荷和滚动速度来描述的。虽然与滚动速度相比，轴承的滑动速度在量值上是小的，但它常易发生大的变动。球与保持架之间的接触和保持架与套圈之间的接触实质上是相似的。她它们的特点在于滑动速度 大并且相对恒定时，负荷是周期性施加的，且在量值上常常大幅度变化。由于这些差别，球与套圈相互作用时摩擦特性和球与保持架或保持架与套圈交界面上的相互作用完全不同。
根据现有的室温数据（8），假定8厘米/米的滑动速度下，球与套圈之间接触的拖曳系数随着滑动速度线厘米/米的滑动速度，假定摩擦系数保持常数0.15。球与套圈之间拖曳力随作用负荷和滚动速度的变化，若有的话也没有被考虑。对任何条件，球与保持架和保持架与套圈交界面之间的摩擦系数均假定保持常数0.075。
本文研究的目的在于评价保持架几何形状的变化对轴承性能的影响。用表2中所列的32套轴承去进行轴承性能的评价。全部轴承的运转条件均是外圈静止、内圈速度为63500转/分、轴向负荷为450牛顿、径向负荷为225牛顿。为模拟转子不平衡的影响，假定径向负荷随内圈而旋转的。这些工作条件是实际应用的典型条件。
假定套圈与保持架和球与保持架之间的间隙都在0.6—0.2毫米的范围内变化，并考虑到了外圈和内圈两种引导类型。对于现有采用外引导保持架的轴承设计，这些参量的公称值：对保持架与套圈的直径间隙取0.3302毫。
