衬套的类型远比大多数目录所呈现的更为丰富。

之所以容易混淆,是因为“bushing”通常按两种方式分类:一是按结构形状(套筒式、法兰式、球面式等),二是按材料(青铜、PTFE 复合材料、石墨等)。

这两个维度都同样重要。

法兰衬套即使结构选对了,若材料不匹配,同样会失效;反之亦然。

本指南将这两个方面一并说明。每一部分不仅介绍类型本身,还会说明其真正适用的工况,以及不适用的场景。

按结构形式划分的衬套类型

普通型(套筒式)衬套——通用基准型

其结构为直筒形,内孔和外径均匀一致,且无附加特征。轴通过内孔运转,衬套安装在壳体内。

  • 它主要承受径向载荷,即垂直于轴线方向作用在轴上的力。

普通型(套筒式)衬套

如果请轴承工程师给出一个默认起点,通常会得到这一答案。

它结构简单、成本低廉,且可采用几乎所有材料制造;也正因为应用最为普遍,关于衬套选型的大多数说明——如间隙、润滑、PV 极限和配合公差——都是以普通套筒式衬套为基础展开的。

LILY Bearing 的 普通套筒式衬套 提供标准尺寸与定制尺寸,材料涵盖青铜、PTFE 复合材料及聚合物。

如需了解套筒轴承的类型、材料以及选型方法的完整解析, 请参阅我们的套筒轴承完整指南

法兰衬套——一体兼顾径向与轴向承载

一种套筒衬套,一端带有一体式法兰。

法兰贴靠在轴承座端面上,可承受轴向载荷,并防止衬套被推入孔内。

无需另配止推垫圈。

当既需要承受径向载荷,又需要实现轴向定位时,法兰衬套是更合适的选择。

法兰衬套

其装配更为简化——由两个零件合并为一个零件——同时法兰结构也使安装过程更规范,且重复性更高。

常见于齿轮箱、铰接部位以及任何需要对轴进行轴向定位的场合。

止推衬套(止推垫圈)——专用于轴向载荷承载

平面、垫圈状结构,专为轴向载荷设计——即沿轴中心线方向作用的力。

止推衬套安装在两个旋转或往复运动接触面之间,可在低磨损条件下实现受控滑动。

止推衬套


法兰衬套与止推衬套的概念混淆,几乎是经常出现的问题。

法兰结构依靠其几何形状顺带承受轴向载荷。

而止推衬套则是为轴向载荷专门设计的——平面结构,仅用于承受轴向力,通常还会与独立的径向套筒衬套配合使用。

常见于变速机构、转向柱以及齿轮组件等场合,在这些应用中,轴向载荷和径向载荷通常需要由不同部件分别承担。


开口衬套——专为维护拆装便利性而设计

采用开口结构只有一个目的:更换衬套时无需将整台设备拆解。

在大型工业设备中,这可能意味着两种截然不同的结果: 10分钟 即可完成的更换,与耗时半天的整机拆解之间的差别。

开口衬套

其代价在于承载能力:开口结构减小了轴承接触面积,因此其承载能力低于同规格实心衬套。

将开口位置 90° 与主载荷方向错开,并且不宜用于高载荷工况。

球面衬套——适用于角向偏差

实际运行中的偏差往往比工程设计预期更常见。

热膨胀、载荷挠曲、制造公差和磨损都会引起角度偏移,而标准圆柱衬套对此适应性较差。

一旦出现边缘载荷,磨损便会随之加速。

球面衬套

球面结构可有效吸收该偏差:凸形内环在凹形外环内转动,可在不咬死的情况下实现数度角向摆动。

该类产品广泛用于汽车悬架连杆、航空操纵连接件、农业铰接部位以及重型工业连杆机构;凡是装配几何关系难以长期保持理想状态的场合,均可采用。

按材料与结构划分的衬套类型

在许多应用中,材料往往比结构形式更为关键。

两只外形相同、材料不同的套筒衬套,其额定载荷、温度上限和维护要求可能截然不同。

以下为各材料系列的典型性能表现,包括真实使用边界,而不仅是表面参数。

烧结青铜——自润滑,低维护

青铜粉末经压制成形后进行烧结(加热至略低于熔点),形成多孔结构,再在真空条件下浸油饱和。

衬套在运行中受热后,润滑油会向轴承工作表面迁移。

烧结青铜衬套

在冷却过程中,润滑油会重新被吸收。适用于轻至中等工况、且无需外部供油的有效自润滑方案。

  • 广泛应用于电机、风机、办公设备、家用电器及轻型工业机械。

  • 干态 PV 极限:约 1.75–2.5 MPa·m/s ,适用于标准牌号(SAE 841),最高可达 4.0 MPa·m/s ,适用于高性能含油牌号;在润滑条件下可显著提高。

  • 工作温度范围: −40°C 至 +150°C (标准牌号)/ +180°C (高性能牌号)。

铸造 / 锻造青铜——最大承载能力

由铸造棒料经机加工制成的实心青铜。

材料无孔隙,因此不具备自润滑性,但其承载能力和抗疲劳强度高于粉末烧结青铜。

虽需外部润滑,但在重载连续工况下的性能明显更优。

铸造青铜衬套青铜卷制衬套(由带材冷成形)可提升设计灵活性——可在表面直接加工菱形储油槽或嵌入石墨塞,以实现有限自润滑。

常用合金包括 CuSn8、CuSn12 以及含铅青铜;其中含铅牌号切削加工性能更佳,因此常用于较高转速工况。

  • 适用于重型工业齿轮箱、泵以及工程机械铰接部位。

  • 温度范围: −40°C 至 +150°C。

金属-聚合物复合材料(PTFE)——干运转,超低摩擦

三层结构:钢背层用于提供强度并散热,烧结青铜中间层用于结合,基于 PTFE 的轴承表面用于降低摩擦。

摩擦系数低至 0.04–0.08 ——低于润滑良好的青铜。

可全程干运行,在整个使用寿命内无需任何外部润滑。

金属-聚合物复合轴套

在初始运行的数小时内,PTFE 转移膜会沉积于轴表面并长期保留,持续对接触界面起润滑作用。

现代汽车铰接点、航空航天连杆以及工业自动化关节所采用的正是这项技术。

采用热塑性表面层(替代 PTFE)的变型产品,专为边界润滑工况而设计。

  • 温度范围: −40°C 至 +260°C 适用于标准牌号(专用低温牌号可达 −200°C)。


为何 PTFE 复合材料在许多应用中取代了青铜?

其核心优势不仅在于低摩擦,更在于可免维护。无需制定润滑周期,无需注油枪,也不存在润滑过量或不足的风险,更不会因润滑剂污染产品。对于密封或难以接近的关节,PTFE 复合材料往往是唯一可行的解决方案。


双金属复合材料——高精度配合与高承载能力

钢制外壳与青铜合金衬层牢固结合。

钢材提供结构刚性,并确保外径精度,以实现紧配合装配。

青铜衬层可采用实心铸青铜,用于油脂润滑工况;也可采用含固体润滑剂的烧结青铜,用于有限润滑工况。

双金属复合衬套

  • 其一大优势在于:双金属衬套安装后可再次机加工,从而获得比原供状态更严格的内孔公差。

这一特性对精密设备尤为重要,因为轴与内孔之间的间隙必须控制在 0.001" 或更高精度。具有较高的抗疲劳能力和承载能力。

金属自润滑——重载与干运行

高强度金属基体中均匀嵌入石墨、MoS₂ 或 PTFE 等固体润滑剂,既可制成塞状嵌入,也可分散于轴承工作层中。

金属基体承担结构载荷;固体润滑剂则在无液体润滑条件下降低摩擦。

金属自润滑衬套

这正是 PTFE 复合材料难以实现的:在具备干运行能力的同时,还可承受极高载荷。

  • 其适用温度范围通常可达 300–400°C,远高于 PTFE 复合材料的使用上限。

  • 适用于重载铰接点、工程机械销轴、船舶应用,以及任何同时要求高载荷与免维护运行的场合。

聚合物 / 塑料——耐腐蚀、重量轻

尼龙(PA)、缩醛(POM)、超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、PTFE、PEEK——对大多数腐蚀介质具有良好耐受性,耐化学性优异,且重量轻、具备自润滑特性。

标准尼龙牌号的最高使用温度通常为 100–130°C;而缩醛(POM)的耐温上限约为100°C;高性能 PEEK 可达到约250°C。

聚合物轴套

在食品加工设备(符合 FDA 要求的材料)、医疗器械、家用电器以及对化学洁净度有要求的轻型工业机械中,聚合物轴套通常是标准选型。

如果还需要考虑高温工况,大多数工程师最终都会选择 PEEK——其成本更高,但在 200–250°C。

石墨——当其他材料都已失效时的选择

石墨的层状晶体结构在原子尺度上易于剪切,可在无需任何液体载体的情况下实现干式润滑。

有效工作温度约为 350–400°C 在空气中可使用(超过该范围后会开始氧化);在惰性气氛中则可显著提高。

广泛用于工业炉、蒸汽阀门、玻璃生产线以及高温输送系统。

石墨轴套-1

需要注意的一项硬性限制是:石墨质脆。

它对稳定载荷的适应性较好,但在冲击或振动工况下容易碎裂——将其用于振动应用是常见且代价高昂的选型错误。

此外,石墨还具有导电性;这通常并不重要,但在需要关注电气性能的场合必须加以说明。

无需润滑液、无需定期维护、在持续高温下也不会明显劣化——在这些约束条件下,几乎没有更优选择。

缠绕复合材料轴套——兼具耐腐蚀与抗冲击性能

当您需要同时具备耐腐蚀性和真正的冲击承载能力时,这类轴套正是理想选择——海上起重机销轴、船舶铰点以及化工装置连杆机构正属于这种工况。

缠绕复合材料轴套-1

采用玻璃纤维或碳纤维以高温环氧树脂缠绕成型,并配有低摩擦孔内衬。

金属在海水中会发生腐蚀;而聚合物难以承担结构载荷。

缠绕复合材料则可兼顾两者——纤维增强层承受实际冲击载荷,基体材料抵御化学介质侵蚀。

氨酯 / 聚氨酯——介于橡胶与刚性塑料之间的弹性体性能

聚氨酯属于弹性体,而非刚性塑料——其性能介于橡胶与硬质塑料之间,硬度可通过配方调节(邵氏A 70–95)。

这种柔顺性使其非常适用于往复摆动的铰接工况:

  • 悬架连杆

  • 防倾杆支座

  • 农业设备铰点

  • 以及在冲击与耐磨性能比低摩擦更为重要的工业机械场合

氨酯与聚氨酯轴套

承载能力约可达 2,500 psi(17 MPa) ——足以满足上述大多数应用,但低于尼龙的上限。

  • 但存在两项硬性限制:其在约 120–150°C 并且不适用于高温环境。

动态枢轴应用同样需要脂润滑——聚氨酯与金属的干摩擦会产生噪音并加速磨损。

不适用于干运转工况。

快速参考:各类型一览

可借助下表快速筛选适用于特定工况的类型。

类型

载荷 / 转速

润滑方式

典型应用

套筒 / 滑动轴承

重径向载荷 / 低—中速

外部润滑或自润滑

输送机、减速箱、泵

法兰型

径向 + 轴向 / 低—中速

外部润滑或自润滑

枢轴、减速箱、电机

推力垫圈

仅轴向载荷 / 低—中速

外部润滑或自润滑

变速箱、齿轮传动机构

剖分式

中等 / 低

外部润滑或自润滑

大型设备维护

球面型

径向 + 角向 / 摆动

外部润滑或自润滑

悬挂系统、连杆、航空器

烧结青铜

中等 / 低–中等

自润滑(含油)

电机、家电、轻型机械

PTFE 复合材料

中等 / 低–中等

自润滑(干式)

汽车、航空航天、自动化

双金属

重载 / 低–中等

自润滑或外部润滑

精密机械、重型设备

金属自润滑

极重载 / 低速

自润滑(干式)

工程机械、船舶、重型铰接点

聚合物 / 塑料

轻至中等 / 低至中等

自润滑

食品、制药、家电

石墨

中等 / 低–中等

自润滑(干式)

烤箱、蒸汽及高温生产线

纤维缠绕式

高冲击 / 低

自润滑

海上平台、化工及船舶

如何选择合适的类型

请按顺序完成以下判断。首先排除某一候选方案的条件,通常就是正确答案:

先确定载荷方向

  • 仅承受径向载荷:选用轴套。

  • 承受轴向载荷:增设止推垫圈或采用带法兰结构。

  • 径向与轴向载荷同时存在:采用带法兰结构,或轴套加止推垫圈。

确认润滑条件

对于密封连接、无法维护的工况,或食品/制药环境,必须采用自润滑材料。

候选材料取决于工作温度——

  • 较低温度范围可选烧结青铜和聚合物,

  • PTFE 复合材料可用于最高 260°C,

  • 金属自润滑材料或石墨类材料适用于更高温度范围

如配备外部润滑系统,材料选择范围可显著扩大。

确认运行温度

  • 150°C以下: 大多数材料均可满足要求,但需注意聚氨酯的上限通常处于该范围下限,约为120–150°C。

  • 150–260°C: PTFE 复合材料或金属自润滑材料。

  • 260°C以上: 金属自润滑材料或石墨。

评估化学介质及环境暴露条件

海水或强腐蚀性化学介质工况:可选聚合物、纤维缠绕复合材料或不锈钢背衬结构。

计算 PV 值

接触压力(MPa)× 滑动速度(m/s)= PV。

应确认计算结果低于材料额定 PV 极限;对于严苛应用,建议保留 2× 安全裕量。

核对配合与间隙

应核实制造商针对具体材料和规格给出的轴孔间隙推荐值。

对于压装安装,还需确认壳体孔公差可形成正确的过盈量。


最常见的选型错误

先选材料而忽略工况条件,或仅按价格做决定,都是常见误区。若应用场景为干摩擦运行,那么即使是廉价的烧结青铜轴套,也未必能够降低总成本,因为该工况在 200°C。应依据实际工况选择材料,而不是仅按采购订单确定


常见问题

最常见的衬套类型是什么?

平套式衬套是最常见的类型。它为直筒式圆柱结构,形式简单、成本低廉,并且可提供各种材料版本。

大多数工业机械、电机以及消费类产品都采用这种结构的某种变型。

带法兰衬套与套筒衬套有什么区别?

套筒衬套为普通圆柱形结构,仅承受径向载荷。带法兰衬套则在一端设有一体式凸缘,可贴靠壳体端面,在承受径向载荷的同时兼顾轴向载荷。

如果需要对轴进行轴向定位,或者存在沿轴线方向推动轴移动的力,带法兰结构即可同时满足这两项要求,无需另设止推垫圈。


哪种衬套材料的使用寿命最长?

并不存在统一答案,使用寿命完全取决于材料是否与工况相匹配。

在密封接头中,PTFE 复合材料若在其额定 PV 值范围内运行,使用寿命可覆盖整台设备的寿命周期。

同一衬套一旦发生过载或超温,便会迅速失效。

在严苛工况下,双金属及金属自润滑结构通常能够兼顾更高的承载能力与耐久性。

哪种衬套最适用于高温工况?

石墨适用于惰性气氛或蒸汽环境中的最高温场合,在无氧条件下可耐受远高于 500°C 的温度。

在空气中,氧化大约从 350–400°C开始,因此可将其视为实际使用上限。

对于 260–400°C 在高载荷且需要干运行的工况下,金属基自润滑结构(在金属基体中加入石墨或 MoS₂)是更可靠的选择。

PTFE 复合材料适用于 最高可达 260°C;聚合物衬套的耐温范围因材料而异: POM 约 100°C,尼龙 100–130°C,PEEK 约 250°C。

橡胶衬套可以替代青铜衬套吗?

两者不能互换。

橡胶衬套的设计目的是吸收振动并实现受控挠性变形,常用于汽车悬架和安装支撑场合。

青铜衬套则为旋转或滑动轴提供刚性支承面。二者功能不同,不能相互替代。


只要准确把握工况、匹配材料并核对配合尺寸,基本就能满足选型要求。

如需了解衬套的工作原理及选型要点,请参阅我们的文章 什么是衬套?

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