法兰衬套轴承：5种类型、尺寸表与选型指南

什么是带法兰轴套？

在大多数轴与座组件中，要实现普通轴套的轴向定位，通常需要在轴承座上加工台阶，或另加止推垫圈；这两种方案都会增加成本和结构长度。

带法兰轴套将上述功能整合为一个零件：它是在圆柱形轴套的一端设置径向外伸的凸缘（法兰）。

法兰端面贴靠轴承座端面，并承受来自轴肩的轴向（推力）载荷；内孔则承受径向载荷。由此可在不增加附加零件的情况下同时实现两项功能。

这一定义看似简单，事实也确实如此——这也是带法兰轴套长期以来仍是工业机械、农业设备、汽车连杆机构及家用电器中应用最广泛的滑动轴承结构之一的重要原因。

当载荷适中、环境污染较重，或运动形式以往复摆动而非连续回转为主时，选型得当的带法兰轴套往往能够以远低于滚动轴承的成本实现更长的使用寿命。

带法兰轴套的类型

带法兰轴套主要按制造工艺分类，而工艺差异直接决定壁厚、尺寸精度、承载能力以及润滑要求。

在任何选型过程中，首先要做好的就是这一步分类判断。

整体机加工带法兰轴套

这类产品由实心棒料直接加工而成，材料通常为轴承青铜、铝青铜或铸铁，因而具有最高的尺寸精度和最佳的单位尺寸承载能力。

其壁厚通常为2–20 mm，具体取决于内径尺寸。

当表面速度高于3 m/s的连续回转工况，或径向压强超过15 MPa时，它们通常是默认选型。

但其代价是成本较高：受加工周期影响，在相同内径尺寸下，单件价格通常比烧结类同类产品高出3–5×。

烧结式（含油）带法兰轴套

这类产品由金属粉末压制并烧结成形，最常见的材料为Cu-Sn10青铜或铁基材料，其连通孔隙占总体积的18–25%。

这些孔隙可通过毛细作用储存润滑油，并在轴承运行升温时将油释放到轴颈表面。

由此可获得真正免维护的轴承，适用于轻至中等载荷工况；多数标准型录已覆盖 3 mm 至 50 mm 的内径范围。

其动载能力约受限于 7 MPa；超过该值后，孔隙结构会被压实，自润滑机理也会随之劣化。

请参阅 LILY Bearing 的含油法兰轴套系列，适用于标准公制系列和英制系列。

卷制式（薄壁）法兰衬套

由带材卷制成圆筒形后，再加工出法兰。

最常见的结构为钢背基体，中间为烧结青铜层（约 0.25 mm），表面为 PTFE/聚合物滑动层（约 0.025 mm）。

整体壁厚通常为 1.0–2.5 mm，因此在座孔空间受限的场合，这类产品往往是首选。

其适用温度范围较宽（PTFE 覆层可在 −200°C 至 +280°C 下工作），且可在无外部润滑条件下干运行。

广泛用于汽车门铰链、农业连杆机构以及液压缸活塞销。

双金属法兰衬套

采用钢背或青铜外壳，并在孔表面浇铸或轧制巴氏合金、铝锡合金或铅青铜衬层。

钢背提供结构刚性；软质衬层则可吸收硬质杂质颗粒，并适应轻微的轴偏斜。该衬层在精密应用中通常厚 0.1–0.5 mm，在重载设计中可达 1.0 mm。

双金属衬套最常见于发动机连杆、传动轴以及大型农业齿轮箱。

聚合物 / 自润滑法兰衬套

采用 PTFE 复合材料、PEEK、尼龙（PA66）或聚甲醛（POM）模压或机加工制成。

其最大连续载荷相对有限，通常低于 10 MPa；但由于具备优异的化学惰性且不会产生金属污染，因此在食品加工设备、制药机械和半导体搬运系统中，往往是唯一可行的选择。

LILY Bearing 的干运转法兰系列涵盖最常见的聚合物配置。对于海洋及化工工况，耐腐蚀法兰系列则进一步提供不锈钢与复合材料选项。

材料及其性能权衡

材料选型错误是导致轴承早期失效的最常见根本原因，而非载荷计算不准，也非安装不当。

如果针对温度或润滑条件选错合金，即使其他环节都处理得当，仍然会发生失效。

下方卡片概述四大材料体系及其适用场景。

法兰滑动轴承尺寸表（ISO 4379 尺寸）

法兰滑动轴承尺寸已按ISO 4379:2021（公制）及对应的 ANSI/ABMA 英制系列进行标准化。

轴承由五个参数定义：内径（d）、外径（D）、总长度（L）、法兰外径（D₁）以及法兰厚度（t）。

可通过下方尺寸表查询 ISO 公制系列的代表性规格。

关键尺寸比值

• L/d 比值：应控制在 0.5 至 2.0 之间，以实现均匀载荷分布。若比值高于 2.0，且轴在载荷作用下发生挠曲，则存在边缘载荷风险。

• 法兰外径（D₁）：通常为 D +（2 × 壁厚）+ 3–6 mm——可提供足够的挡肩面积以承受轴向推力，同时避免在法兰根部增加弯曲应力。

• 法兰厚度（t）：孔径小于 12 mm 时为 1.0 mm；孔径 12–50 mm 时为 2.0–3.5 mm；孔径大于 50 mm 的重载衬套可达 6.0 mm。

承载能力与 PV 极限

滑动轴承的标准设计参数为 PV 值，即轴承压力 P（MPa）与表面速度 V（m/s）的乘积。

PV 可作为摩擦生热速率的表征指标。

一旦超过材料的 PV 极限，轴承表面就会过热，润滑膜随之破裂，最终导致咬死。

以下极限值适用于额定温度下的连续运转；间歇或往复工况通常可允许 P 值提高 2–3 倍，因为热量可在循环间歇期间散逸。

PV 计算示例——20 mm 内径青铜衬套，500 RPM 工况

如何选择带法兰滑动轴承

要为具体应用正确选型带法兰滑动轴承，关键在于按顺序核对七项参数。

若遗漏其中任一项，便可能导致选型过度设计（增加成本）或选型不足（引发早期失效）。步骤如下：

1. 将径向载荷与轴向（推力）载荷分开考虑

法兰承受轴向推力，孔壁承受径向载荷。应分别计算各受力表面的轴承压强 P。额定推力为 5 kN 的法兰，未必对应同一衬套孔壁可承受 2 kN 径向载荷——二者并非同一指标。若轴向推力超过径向载荷的约 20%，应选用双法兰衬套，或另加独立推力垫圈。

2. 明确轴的运动形式——这一点常被低估

连续旋转、摆动或分度运动在润滑机理上完全不同。摆动接头（运动角度小于 ±15°）由于轴速过低，难以形成流体动压油膜，即使供油存在，仍主要处于边界润滑状态。在这种工况下，钢背 PTFE 或含铅青铜通常优于任何动压型设计。现场许多失效，根源就在于将连续回转轴承误用于实际的摆动接头。

3. 计算工作温度，而不仅是环境温度

应同时考虑环境温度和摩擦生热。可粗略按 ΔT ≈ PV × μ /（散热系数）估算。对于聚合物轴承而言，这一点尤为关键——聚甲醛（POM）在 90°C 会开始软化，而一套在 70°C 环境下运行、摩擦升温 20°C 的带载轴承，已经逼近极限。青铜材料的适应性更强，但在高温下仍会降低润滑剂黏度。

4. 确认润滑条件是否可满足

是油浴、压力供油、润滑脂、油雾，还是无润滑？如果轴承在维护上不可达，烧结青铜或 PTFE 复合层是更现实的选择。若具备压力供油条件且轴速足够高，采用动压油膜运行可显著延长轴承寿命。应结合具体的 L/d 比和油黏度核查 Sommerfeld 数——不存在统一适用的单一阈值。请查阅滑动轴承设计参考资料，以获取相关图表。

5. 核查化学介质环境

海水和含氯介质会腐蚀含铅青铜——应改选铝青铜（C95400）或不锈钢背衬聚合物材料。酸和强碱会使大多数金属失效；此时通常只能考虑 PTFE 复合材料或 PEEK。耐腐蚀法兰轴承系列值得在海工及化工装置应用中重点评估。

6. 核实轴承座材料及过盈配合承载能力

铝制和塑料轴承座无法承受与钢制轴承座相同的压装过盈量。铝制轴承座通常需要较小的过盈配合（0.01–0.03 mm），且拆卸时容易发生咬伤；塑料轴承座往往还需要胶粘固定。法兰座孔直径应按轴承能够垂直压入的要求进行设计——若压装偏斜，即使衬套尚未投入使用，也会造成孔径永久性变形。

7. 依据维护周期界定所需使用寿命

在一个润滑脂润滑的农业铰接点上，若要求 5 年维护周期（摆动工况、污染严重、500 operating hours/year），所需轴承与同一孔径、但用于连续运行输送机轴上的轴承，设计要求完全不同。应依据轴承供应商针对具体 P、V 及润滑条件给出的 k 系数计算磨损速率——不要在未核实假设条件与实际工况一致之前，直接套用通用寿命表进行外推。

安装与配合建议

大多数法兰轴承的早期失效，根源在于配合不当或安装不规范，而非材料性能不足。

只要过盈配合和孔加工表面质量控制到位，轴承即可按规格稳定运行；若这两项出现偏差，无论材料等级如何，轴承都可能在数天内失效。

按座体材料推荐的过盈配合

• 压装烧结衬套时，必须使用与最终内孔尺寸相匹配的芯棒；严禁直接压在法兰端面上，否则会在法兰根部产生弯曲应力，并导致内孔变形。

• 如衬套设有供油孔，压装前应先与座孔的油口对正。安装后再通过旋转衬套校正位置，会破坏过盈配合。

• 烧结型或薄壁型衬套压装后，应进行精镗或铰孔，以恢复孔径。压入 H7 钢制座孔后的典型孔径收缩量为 0.01–0.05 mm。

• 法兰端面应与座体端面齐平，或高出 0–0.05 mm。法兰若低于端面，将无法正向承受轴向载荷，并会在轴向交变载荷下产生摆动。

• 关于轴硬度：SAE 660 青铜与硬度为 35–60 HRC 的轴配合效果最佳；若为连续运行，轴硬度以 45+ HRC 为宜。经磨削并抛光的轴表面粗糙度控制在 Ra 0.4–0.8 µm，可将磨粒磨损的初始风险降至最低。

润滑：润滑状态与间隔

在许多应用中，润滑状态对轴承寿命的影响，往往大于材料选型。

润滑状态分为三种，对应的轴承类型也各不相同。

润滑状态选型错误是一类常见且完全可以避免的设计失误。例如，在只能实现边界润滑的工况下却选用液体动压轴承。

液体动压润滑（全膜润滑）

轴运转时形成加压油楔，使轴与轴承内孔完全分离。

摩擦系数可降至 0.001–0.01，磨损几乎可忽略不计。

该润滑状态要求连续供油、足够的轴转速（应依据具体轴承几何尺寸和油品黏度对应的 Sommerfeld 数确定，并不存在统一适用的单一数值），以及低于 Ra 0.8 µm 的轴表面粗糙度。

大多数大型工业齿轮箱、汽轮机导轴承以及高速主轴均在此润滑状态下运行。

SAE 660 青铜和铝青铜是标准材料选择。

边界润滑 / 混合润滑

油膜尚未形成完整连续状态——轴颈与孔壁的微观峰顶会发生间歇接触。摩擦系数通常为 0.05–0.15。

对于大多数启停、往复摆动及低速法兰轴承应用而言，无论供油量多少，这都是实际工况。

在该润滑区间内，轴承材料性能——包括硬度、嵌入性和顺应性——对磨损速率起主导作用。

带油膜的 SAE 660 青铜在 P 最高可达 20 MPa 时仍可保持可靠运行；而烧结青铜的动态承载能力相对有限，约为 7 MPa。

干运行 / 自润滑

PTFE 覆层轴承和烧结青铜轴承专为无油工况而设计。

PTFE 在初始磨合阶段会向轴表面转移一层分子膜——投入运行后的最初数小时内磨损会略有增加，随后转移膜趋于稳定。

在磨合期间，应将载荷控制在额定动载荷的 50% 或以下。

烧结青铜用于连续干运行时，应将 PV 值控制在 0.12 MPa·m/s 以下；PTFE 覆层在连续工况下则应控制在 0.10 MPa·m/s 以下。

LILY Bearing 的多用途法兰系列在同一尺寸系列中同时提供含油和干运行两种方案。

常见问题

法兰衬套轴承与普通衬套轴承有什么区别？

普通衬套轴承（直套）仅承受径向载荷，并需要依靠独立结构——如座孔台肩、弹性挡圈或止推垫圈——来防止轴向窜动。

法兰衬套轴承在一端增加法兰凸缘，凸缘与轴承座端面贴合，可承受单方向有限的轴向（止推）载荷。

法兰结构可简化装配、减少零件数量，并且在紧凑空间内同时需要承受径向载荷和中等止推载荷的场合，通常是优先选型。

法兰衬套能否承受双向止推载荷？

标准单法兰衬套仅能承受单向轴向推力——其法兰端面与轴承座肩部贴合并承载推力。

对于双向轴向推力，可选用双法兰衬套（两端均带法兰），或将两个单法兰衬套背靠背安装，并使法兰朝外。

双法兰结构虽会增加轴向长度，但可免除额外的轴向限位件。

如何判断法兰式滑动轴承何时需要更换？

最直观的判断依据是径向间隙：使用内径量仪测量轴径和孔径。

当该差值超过公称孔径的 0.5–1.0% 时（例如 20 mm 孔径的差值大于 0.10–0.20 mm），轴承已接近寿命终点。

辅助迹象包括轴承座温度升高、启动时出现尖叫声或敲击声，以及润滑剂中出现金属颗粒或变色。

对于关键设备，定期振动分析可在出现可测量的可见磨损之前，捕捉到提示轴承松动的亚同步频率。

与青铜法兰轴承配合运行时，轴需要达到什么硬度？

对于 SAE 660 青铜，轴的硬度至少应为 35 HRC（约 325 HB）；若为连续运转或高载荷工况，理想硬度为 45–60 HRC。

若轴材硬度过低，其磨损速度会快于衬套，从而颠倒原本的磨损优先级——设计上应由轴承作为牺牲件，而不是轴。

经磨削并抛光的轴表面，若粗糙度控制在 Ra 0.4–0.8 µm，可将磨粒磨损的起始风险降至最低；与滑动轴承接触时，应避免使用粗糙度高于 Ra > 1.6 µm 的车削表面。

公制与英制法兰式滑动轴承可以互换吗？

不能直接互换。即使孔径名义上相当（例如 1/2" 孔径 ≈ 12.7 mm），外径、长度、法兰外径和法兰厚度也分别遵循不同的尺寸系列。

许多制造商会按公制 DIN 公差生产“英制等效”衬套，这又增加了一层潜在的尺寸不匹配风险。

应始终核对五项关键尺寸——d、D、L、D₁ 和 t——而不能仅凭公称孔径一致就判断可以完全互换。

食品加工设备应选用哪种法兰式滑动轴承最为合适？

符合 FDA 要求的聚合物材料——PTFE 复合材料、PEEK 或通过 NSF 认证的聚甲醛（POM）——是标准选择。

这类材料不会产生金属污染，能够耐受冲洗化学品，并可在无润滑条件下干运转，避免润滑剂接触食品。

对于食品机械中的较高载荷工况，玻纤增强 PTFE 复合材料可将可用承压范围提升至 ~25 MPa，同时保持合规性。

在直接接触食品的区域，不锈钢轴承座与聚合物衬套的组合最为常见。