壽德榮 ，鄧正華 ，唐躍明 ，石宸毅

（重慶三峽學院機械工程學院，重慶 404100）

農(nóng)機滑動軸承需在高轉(zhuǎn)速情況下工作，是農(nóng)業(yè)機械的重要設(shè)備之一。農(nóng)機滑動軸承對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展起著重要的作用，也是最常用的一種支撐軸類零件，具有較大的適用范圍，適用于不同的農(nóng)機設(shè)備。滑動軸承的損壞已成為農(nóng)機設(shè)備的常見故障。主要是由以下原因造成的：農(nóng)業(yè)機械工作環(huán)境往往較為惡劣[1]，特別是山區(qū)，一般環(huán)境較為潮濕，地形高低不平；連續(xù)工作時間長；使用過程中，經(jīng)常會接觸到石頭、水、泥、農(nóng)藥殘留物；使用過程中，加潤滑油較難等。這些情況會導致滑動軸承容易出現(xiàn)開裂、腐蝕、燒瓦等故障?；瑒虞S承一旦出現(xiàn)問題，其農(nóng)業(yè)機械設(shè)備將會受到直接的影響，可能會出現(xiàn)設(shè)備使用不穩(wěn)定和精準度不夠的情況，甚至會直接縮短農(nóng)機設(shè)備的使用壽命[2]。因此，對農(nóng)業(yè)機械滑動軸承常見故障進行分析，具有一定的研究價值。

1 農(nóng)業(yè)機械滑動軸承常見故障

1.1 強度問題

農(nóng)機設(shè)備滑動軸承在使用一段時間后，很容易出現(xiàn)裂紋。作業(yè)時滑動軸承時常會受到石頭等硬物撞擊，受到了沖擊力而出現(xiàn)了裂紋；當農(nóng)機載荷過大時，滑動軸承會變形甚至開裂[3]。這些情況都會極大地縮短農(nóng)機的使用壽命，并且隨著使用時間的增長，裂紋會越來越多，最終導致軸承斷裂。因此，需進一步研發(fā)高性能的軸承材料，來彌補農(nóng)機滑動軸承強度的缺陷，滿足農(nóng)機設(shè)備日常使用的需求，降低故障發(fā)生率，延長使用壽命。

1.2 摩擦問題

首先，使用農(nóng)機設(shè)備的時候，大部分的使用者是將潤滑油添加到農(nóng)機設(shè)備滑動軸承和軸的接觸面，但在使用過程中，如果潤滑油消耗過度，就不能形成潤滑膜，導致軸承和軸桿摩擦，使軸承磨損過度而損壞，容易出現(xiàn)燒瓦或過度磨損等情況[4]。其次，在工作過程中水分會進入農(nóng)機的內(nèi)部，從而接觸到滑動軸承。這種現(xiàn)象會使?jié)櫥陀蛯咏Y(jié)構(gòu)遭到破壞，最終導致滑動軸承受到損害[5]。添加潤滑油要將農(nóng)機部分零件進行拆解，具有一定的難度。最后，在使用過程中，如果遇到高硬度的泥沙顆粒流入，會對滑動軸承造成磨損，造成區(qū)域性深度劃痕，劃痕增強磨粒的作用，進而加重損害進程，形成惡性循環(huán)。因此，需要提高農(nóng)機設(shè)備滑動軸承摩擦性能和自潤滑能力，保證農(nóng)機設(shè)備在運行過程中最大限度地工作，實現(xiàn)高效率、高品質(zhì)的農(nóng)田耕作。

1.3 腐蝕問題

農(nóng)機設(shè)備在耕作時會接觸土壤，而土壤內(nèi)有水、空氣、農(nóng)藥殘留物等介質(zhì)，會腐蝕農(nóng)機設(shè)備與內(nèi)部零件[6]。腐蝕問題也是農(nóng)機設(shè)備使用的常見問題之一，不僅會對機體造成損壞，還會侵入機器的內(nèi)部，對內(nèi)部軸承進行腐蝕。因為使用后很難對軸承進行清洗，存放條件也較為潮濕，加劇軸承的損壞，導致農(nóng)機設(shè)備壽命縮短。根據(jù)腐蝕的不同程度，輕則使得軸承表面有破損，重則造成軸承的直接斷裂。當腐蝕到一定程度時，則需更換軸承，此時會造成大量金屬材料的浪費和經(jīng)濟損失。因此，為了適應惡劣的工作環(huán)境，要求滑動軸承材料具有更高的強度、自潤滑性、耐腐蝕性等。

2 高性能軸承材料發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)外學者已經(jīng)研發(fā)出多種不同的金屬滑動軸承，如巴氏合金、鋁基合金、TiAl基合金、鐵基合金、銅基合金等。

2.1 巴氏合金

巴氏合金分為錫基、鉛基、鎘基三種類型[7]。巴氏合金擁有較強的嵌入性和順應性，具有較高的強度和良好的耐腐蝕性。巴氏合金的軟基體會形成內(nèi)凹的結(jié)構(gòu)，而硬質(zhì)點向外突出，從而形成許多細小空隙。這些空隙可以較好地儲存潤滑油，使巴氏合金軸承在農(nóng)業(yè)使用中具有較好的摩擦性能，硬質(zhì)點外突不僅僅能帶來儲存油量的好處，還能增強其承載方面的性能[7]。在巴氏合金軸承的制造中，有時還會加入少量的砷元素，從而減少成分偏析的情況。但巴氏合金所制造的軸承在使用溫度上需要嚴格把控，不能高于100 ℃，因為當溫度高于150 ℃時，巴氏合金軸承的硬度和疲勞強度較常溫會減少三分之二的性能強度[8]。雖然錫基的強度和抗腐蝕性能比鉛基強，但是由于錫元素的經(jīng)濟成本較高，應用較少。

巴氏合金的優(yōu)點是具有較好的嵌入性和順應性，缺點是承載能力不強、耐熱性能差、抗疲勞能力低。

2.2 鋁基合金

鋁基合金軸承的重量比較輕，強度較高，并且具有很好的承載能力，尤其在溫度較高的情況下，其承載力更為突出，鋁基合金軸承主要分為Al-Sn、Al-Zn、Al-Pb三種[8-9]。其中，Al-Sn合金軸承中錫含量的多少對合金的性能起著至關(guān)重要的作用，根據(jù)錫含量的不同可以分為低錫合金、中錫合金和高錫合金。在低錫的情況下，具有較高的抗壓能力和較強的防腐蝕能力，隨著錫含量的不斷增加，鋁錫合金的硬度、強度和承載能力與其成反比例關(guān)系，但在高溫下的抗咬合性能更好，嵌入性也更好。Al-Zn合金中鋅含量的多少也有著至關(guān)重要的作用，如果鋅的含量過少，則其軟質(zhì)相很難起到作用；如果鋅的含量過多，則硬度會過大[8-9]。因此，需要嚴格控制鋅的含量。Al-Pb合金具有較好的自潤滑作用，在使用過程中可以減少摩擦，防止抱死的現(xiàn)象，但是由于鉛具有毒性，在使用過程中需要尤為注意。

鋁基合金的優(yōu)點是具有較好的耐磨性和防腐蝕性，缺點是干摩擦性不強、自潤滑能力弱。

2.3 TiAl基合金

TiAl基合金擁有較好的高溫性能和較低的密度，是目前世界上研究最熱門的高溫結(jié)構(gòu)材料之一。因為TiAl基合金的晶體中同時擁有金屬鍵和共價鍵，所以TiAl基合金不僅擁有金屬韌性的特征還擁有陶瓷耐高溫的特性[8,10]。在500 ℃～1000 ℃之間，使用的TiAl基合金主要包括Ti3Al（α2）、TiAl（γ）和TiAl3三種類型，Ti3Al（α2）的使用環(huán)境一般不能高于650 ℃，因為Ti3Al（α2）在較差環(huán)境中的結(jié)構(gòu)較為不穩(wěn)定。TiAl(γ)的綜合性能較好，相對質(zhì)量較低，并且具有耐高溫的特性。TiAl3固溶的范圍過于狹小，在室溫中的延展性較差，對制作環(huán)境的溫度要求較為苛刻，室溫下難以進行加工[8,10]。

TiAl基合金的優(yōu)點是質(zhì)量輕、強度高，并且在高溫中仍能保持較好的強度以及抗蠕變和抗氧化等優(yōu)良的性能；其缺點是TiAl基滑動軸承合金本身具有脆性，并且在室溫中延展性較差，不易進行機械加工。

2.4 鐵基合金

鐵基合金材料是農(nóng)業(yè)機械設(shè)備中較為常見的一種合金材料，其綜合性能較強，價格相對廉價，適用于農(nóng)業(yè)機械軸承的生產(chǎn)制造。鐵基合金材料分為Fe-C系軸承材料、Fe-Cu-C系軸承材料、Fe-Mo-C系軸承材料等[8]。

由于鐵基材料的硬度較強，在長時間的摩擦下很容易造成軸承的損壞。而石墨的化學性質(zhì)本身就不活潑，還具有抗腐蝕的性能，可以作為一種潤滑材料添加到鐵基合金中。石墨在空氣中燃燒會形成二氧化碳，從而形成有機酸，不容易與水、農(nóng)藥殘留物等發(fā)生化學反應，可以較好地適用于農(nóng)田耕作的惡劣環(huán)境。

在Fe-C合金中添加Cu元素，這種合金不僅保留了Fe-C的優(yōu)良特性，還具有Cu基材料的優(yōu)點，F(xiàn)e-Cu-C材料抗拉強度最高可達400 MPa，并且Cu還可以有效地抑制晶粒的生長，從而將晶粒分散，提升其耐磨性和自潤滑的功能[8,11-12]。

Mo元素在高溫中具有較好的強度、較強的硬度和一定的抗腐蝕性，因此Fe-Mo基軸承材料具有良好的摩擦性能[8]。

鐵基合金材料的優(yōu)點是抗壓能力強、硬度高、經(jīng)濟成本低，其缺點是噪聲大、防腐蝕性能差、減摩效果不明顯、嵌入性和順應性都不強、在低速的環(huán)境下工作適應性較差。

2.5 銅基合金

銅基合金是以黃銅為基體，再加入別的微量元素組成的合金。由于銅基合金具有優(yōu)異的疲勞強度和承載力，另外具有良好的導電能力和抗腐蝕能力，摩擦系數(shù)也很小。因此，銅基合金已被普遍應用于農(nóng)業(yè)機械設(shè)備滑動軸承的制造工藝上。銅基合金中應用范圍最大的滑動軸承材料為青銅，主要分為鉛青銅、錫青銅、鋁青銅等[8]。但因為Pb的較強毒性，所以鉛青銅滑動軸承材料受到限制。而錫銅合金由于本身就具備較好的導熱性和耐磨性，經(jīng)常被用于制作車輛以及其他工業(yè)部門中接觸摩擦的部位，但我國錫的儲量日益減少，品位降低，價格昂貴[13]。鋁青銅以其良好的性能，如高強度、耐磨、耐熱和耐腐蝕等，被廣泛應用于軸承、軸套、齒輪等零部件；通過粉末冶金法制備的鋁青銅基軸承材料，不僅具有強度高、耐腐蝕性好等優(yōu)質(zhì)性能，而且由于其內(nèi)部存在一定量的空隙，該空隙可以用來儲存潤滑油，在服役過程中能起到自潤滑的作用。為了降低銅基滑動軸承材料的摩擦磨損系數(shù)，通常會加入一定量的潤滑脂，如石墨和二硫化鉬等，增強抗摩擦磨損能力，從而增強滑動軸承材料的工作穩(wěn)定性和耐磨性，使得軸承在服役過程中只添加一次或不添加潤滑油，軸承依然能正常工作。

結(jié)合農(nóng)業(yè)機械工作環(huán)境對軸承材料性能的要求，以及銅基滑動軸承材料高強度、自潤滑性、耐腐蝕性、耐熱等優(yōu)點，銅基滑動軸承在農(nóng)業(yè)機械中應用廣泛。但是隨著農(nóng)業(yè)機械的快速發(fā)展，對軸承材料提出了更高要求，比如重載、低速、難維護等情況，這就需要銅基滑動軸承材料具有更高的強度和摩擦性能。

3 結(jié)束語

農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展對鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施有著重要的作用?；瑒虞S承作為農(nóng)機的核心部件，會直接影響農(nóng)機壽命，因此，滑動軸承性能的好壞對農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。隨著農(nóng)業(yè)機械的快速發(fā)展，對滑動軸承材料的性能要求也越來越高，并且由于農(nóng)業(yè)機械工作環(huán)境較為復雜，尤其是農(nóng)業(yè)設(shè)備在山區(qū)作業(yè)時，往往會加劇滑動軸承斷裂、摩擦磨損、腐蝕等問題。因此，需要滑動軸承材質(zhì)具備更高的硬度、自潤滑能力、抗腐蝕性等。銅基合金由于具備較高的疲勞強度和承載能力、較強的抗摩擦性和抗腐蝕能力、優(yōu)良的導熱性、較低的摩擦系數(shù)、較好的自潤滑性和可維修等優(yōu)勢，在農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域有著非常好的應用發(fā)展前景。