| ±25° 典型航空航天球面滑动轴承的最大偏角 | −65°C 至 +250°C 衬 PTFE 航空航天球面轴承的工作温度范围 |
AS81820 美国军用/航空航天自润滑杆端的主要规范标准 |
什么是航空航天球面轴承？
一个航空航天球面轴承是一种滑动轴承，其球面内圈（球体）与匹配的外圈（座圈）作相对滑动。与滚珠轴承或滚子轴承这类通过滚动体传递载荷的轴承不同，球面滑动轴承依靠滑动接触工作——也正因此，它能够补偿连接部件之间的角度偏差。
其核心特征在于球面配合：内圈可在规定角度范围内相对外圈摆动，具体通常为 ±3° 至 ±25°，取决于结构设计。在飞机中，结构挠曲、制造公差和热膨胀会持续带来微小偏差，因此这一能力至关重要。
大多数航空航天球面轴承主要受两类标准约束：SAE AS81935（自润滑球面滑动轴承）或欧洲航空航天项目采用的 ASNA 标准。美国军用领域则通常参考 MIL-B-81819 及相关规范。
航空航天球面轴承的类型
该类别涵盖多种不同设计，分别对应特定的载荷类型、运动形式或环境条件。
航空航天球面轴承常用材料
材料选型直接决定承载能力、耐腐蚀性、温度范围和使用寿命。不存在一种放之四海而皆准的通用方案，具体取决于轴承在飞机中的安装位置以及其需要承受的工况。
条形长度表示其在载荷、温度和耐腐蚀性方面的综合适用指数。条形越长并不意味着在所有场景下都更优，最终仍需以具体应用工况为准。
440C 不锈钢是航空航天球面轴承内外圈及球体最常用的材料。经热处理后，其洛氏硬度可达 HRC 58–62，且无需涂层即可具备优异的耐腐蚀性，在 −73°C 至 +200°C 范围内均可稳定工作。对于大多数机体结构应用而言，它是默认选材。
17-4PH 沉淀硬化不锈钢常用于杆端杆身和外壳部件，此类应用需要兼顾强度、耐腐蚀性和可加工性，并且硬度要求低于全马氏体钢种，通常为 HRC 36–44。
PTFE 衬层系统——自润滑性能的关键所在——通常由 PTFE（聚四氟乙烯）与增强织物复合而成，结构形式多为织物层压或烧结复合层，增强材料常采用玻璃纤维或聚酯纤维。该衬层与外圈内孔牢固结合，并在与内球面接触时形成低摩擦滑动表面。经合理设计的 PTFE 衬层在摆动工况下可将摩擦系数控制在 0.05 以下，显著低于脂润滑金属对金属接触。
航空球面轴承的典型应用领域
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起落架
主枢轴接头、拖曳撑杆和侧支柱。硬着陆时，着陆载荷可能超过飞机最大起飞重量的 2×；这些接头处的球面轴承必须承受该冲击载荷而不发生咬死或断裂。此类部位通常采用金属对金属型。
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飞行操纵连杆
副翼推杆、升降舵操纵杆、方向舵钢索和扰流板作动器均采用杆端轴承。由于自润滑型可免去在狭窄的机翼和尾翼结构中接近润滑脂嘴进行维护的需求，因此更受青睐。
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作动器
用于主飞控、推力反向装置和起落架收放系统的液压及机电作动器，其作动杆两端均采用球面轴承。轴承可在作动器往复行程中补偿角度偏移。
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舱门与检修口铰链
货舱门铰链、客舱门支撑臂以及机身检修面板通常采用套筒式或球面轴承，必须在反复开闭循环中承受长期使用，且在飞机寿命期内往往达到数万次，而铰链间隙不得明显增大。
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航天器与卫星
太阳翼展开机构、天线指向万向架以及对接机构依赖球面轴承工作，这些轴承必须在真空环境下可靠运行，耐受辐射，并能在 −180°C 至 +150°C 的温度变化范围内工作，且不具备再次补脂的条件。
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发动机吊架与吊架梁
发动机与吊架梁连接部位采用大型球面轴承（孔径通常为 75–120 mm），在承受发动机推力、扭矩和陀螺载荷的同时，还必须补偿发动机机匣与吊架结构之间的热膨胀差异。
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自润滑型与金属对金属型：直接对比
参数 | 自润滑型（PTFE 衬层） | 金属对金属型 |
|---|---|---|
摩擦系数 | 0.03–0.08（摆动工况） | 0.10–0.20（脂润滑） |
润滑周期 | 无需润滑（终身润滑） | 定期润滑（按维护计划执行） |
静载荷能力 | 中等——衬层将表面压力限制在约 100–200 MPa | 较高——淬硬钢对钢接触应力可达 600+ MPa |
温度范围 | −65°C 至 +250°C（取决于 PTFE 衬层） | −73°C 至 +340°C（受润滑剂限制） |
运动类型 | 最适用于低速摆动；不适用于连续旋转 | 可同时适用于摆动和低速旋转 |
耐腐蚀性 | 高（440C 内球面，PTFE 衬层保护接触面） | 需要涂层处理或定期润滑 |
维护可达性 | 不需要——在难以接近的位置更为适用 | 润滑脂嘴必须便于接近 |
典型应用 | 操纵拉杆、执行机构铰点、舱门铰链 | 起落架铰点、主要结构连接点 |
如何选型合适的航空球面滑动轴承
选型主要取决于五个变量，任何一项判断失误，往往都会在接头处表现为早期磨损、微动磨损或异常间隙。
五步选型流程
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1
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确定载荷
识别峰值静载荷、动载荷以及载荷方向（径向、轴向或联合载荷）。航空球面滑动轴承的静载荷能力（C₀）和动载荷能力（C）通常以 kN 标注。对于摆动接头，按通行设计规范，峰值载荷不应超过静额定载荷的 50%。 |
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2
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确定偏角
测量或计算接头在全部工况下可能出现的最大角度偏差，包括热膨胀影响。大多数自润滑设计的标准偏角范围为 ±6° 至 ±12°；部分重载型结构可达 ±25°。所选轴承的角度极限切勿小于系统的实际偏角。 |
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3
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确认温度范围
PTFE 衬层复合材料在 260°C 以上开始劣化。如果轴承安装位置温度高于该范围——例如靠近发动机排气口、引气管道或航天器热控面板——则必须采用金属对金属结构配高温润滑脂，或选用专用衬层材料。 |
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4
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核查耐腐蚀与环境要求
对于接触液压油、除冰化学品或海水的应用场景（如沿海作业、海上巡逻飞机），440C 不锈钢是基础配置。对于受放气要求约束的航天应用，还需确认衬层材料在工作温度下的蒸气压与真空环境相容。 |
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5
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确认适用标准
美国军工与航空航天项目通常要求符合 AS81820、AS81935 或 NAS 系列规范。欧洲项目则参考 EN 4624 和 ASNA 系列。在最终确定零件号之前，应先确认该应用受哪一标准约束——不同标准在尺寸与试验要求上差异显著。 |
维护与检查要点
自润滑航空球面滑动轴承的设计目标是将维护需求降至最低，但并不意味着无需维护。PTFE 衬层的磨耗寿命是有限的，且取决于载荷、摆动频率和偏角。随着衬层磨损，接头会逐渐出现间隙，通常可通过连接拉杆或连杆自由活动量增大而识别。
标准检查方法包括：目视检查衬层碎屑或是否有材料从轴承端面挤出；通过手动推拉测试检测过大间隙（在精密应用中，通常当径向间隙超过 0.05–0.1 mm 时即判定为异常）；以及在高循环工况下，对外圈进行渗透检测或涡流检测，以识别疲劳裂纹。更换周期应依据飞机结构修理手册（SRM）或部件维修手册（CMM）确定，而不是按日历时间设定。
金属对金属结构需依照航空器维护手册定期补充润滑脂。润滑脂规格的选择至关重要：若使用不兼容的润滑脂，尤其是锂基与复合钙基润滑脂混用，可能导致稠化剂劣化并加速磨损。多数航空 сферical 轴承制造商会随轴承一并提供合格润滑剂清单（QLL）以供选用。
如需查阅航空轴承检验实践的权威参考资料，《FAA 航空维修技术员手册——机体篇》（FAA-H-8083-31B）对轴承检验程序有详尽说明。
常见问题
球面滑动轴承与滚珠轴承有什么区别？
球面滑动轴承依靠球面内圈与相配外圈之间的滑动接触工作，能够补偿角向偏斜，但并非为连续回转或高速工况而设计。滚珠轴承则采用滚动体（滚珠）通过滚动而非滑动降低摩擦，因此更适合连续回转和高速运行，但对角向偏斜的补偿能力很弱，或几乎没有。
航空球面轴承可以用于连续回转吗？
自润滑球面滑动轴承主要面向摆动运动，而非连续回转。PTFE 内衬在连续回转下会产生摩擦热，且轴承无法及时散出，从而导致内衬过早劣化。金属对金属型在充分润滑条件下可承受低速连续回转，但对于需要持续转速高于数 RPM 的应用，角接触或深沟球轴承才是合适的选型。
航空球面轴承适用哪些标准？
在美国，AS81935 适用于自润滑球面滑动轴承，AS81820 适用于自润滑杆端关节轴承，NAS 系列则涵盖多种杆端结构。军用项目通常参考 MIL-B-81819 及相关规范。欧洲航空航天项目一般采用 EN 4624 球面滑动轴承标准，以及法国航空航天标准机构发布的 ASNA 规范。下单前务必确认您的项目所要求的具体标准。
如何判断航空球面轴承是否需要更换？
主要判据是径向或轴向间隙超过飞机维修手册规定的限值——在精密应用中通常为 0.05–0.13 mm。其他辅助判据包括：衬层材料明显挤出并超出轴承端面、内球或外圈出现腐蚀，或在无损检测中发现裂纹。不要仅以运行小时数作为更换依据；应根据实测状态与制造商规定的磨损限值进行判断。
航空用关节轴承是否可在不同机型项目之间通用互换？
并非自动通用。虽然符合相同标准且零件号一致的轴承（例如同一 AS81935 系列）在尺寸上可以互换，但每个航空项目都会维护一份合格产品清单（QPL），用于规定获批制造商。即使轴承尺寸完全一致，若其制造商未列入该项目的 QPL，也可能不适用于相应机体。替换供应商之前，务必核实 QPL 符合性。
LILY Bearing 生产并供应航空用关节轴承，包括自润滑型、金属对金属型、杆端轴承和衬套轴承，可满足 AS、NAS 和 MIL 规范要求的项目。
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