陶瓷轴承的优缺点 陶瓷轴承是一个总称呼，大分两种，全陶瓷轴承和半陶瓷轴承（混合陶瓷轴承），若是在不考虑其它（如转速、寿命、使用环境等）前提条件下，单独就陶瓷轴承的负荷（载荷、承重）来说：同一型号的轴承，轴承钢6204ZZ，基本额定动载荷13.5kN，混合陶瓷轴承 6204ZZC：基本额定动载荷大概在27kN左右，若是全氧化锆陶瓷轴承6204CE,基本额定动载荷大概在2kN左右，单独的陶瓷轴承负荷（载荷、承重）来说是比不上同型号规格的轴承钢轴承或是混合陶瓷轴承。 但若是综合使用环境来说，陶瓷轴承有以下几点明显优势： 陶瓷轴承的优缺点： 陶瓷轴承原子结构，非金属固有的共价键。这意味着它们共享电子，此原子有强烈的吸附力，由于这个原因，陶瓷轴承提供一些好的性能比金属轴承。它们通常有很高的硬度，有弹性，轻巧。这意味着在形状改变时，负荷与提高耐磨特性一起应用。 陶瓷轴承运行免润滑。这是因为陶瓷材料不微焊接。微焊接发生时，通常与金属，当滚动元件和滚道表面上的瑕疵与另一种引起电弧相互作用。这降低了表面并大大降低了轴承的寿命。陶瓷材料不具有这样的问题，这使得它们适合于需要一个自由润滑油环境的各种应用。他们通常在高温下这意味着有较少的热膨胀以稳定的方式行事。
它需要大量的更多的能量，以增加一个共价键的键长相比，金属离子键。 陶瓷是非金属的，非铁材料。当暴露于水和其它有害化学品它们不以同样的方式作为金属腐蚀。它们的高的耐蚀性的允许它们在潮湿和化学腐蚀环境中优异的性能。许多工程陶瓷也具有低的密度，导致在轴承'工作速度，这是改善由于低向心力和减少摩擦。由于缺乏在大多数陶瓷自由电子，它们是非磁性和优良的绝缘体。研究陶瓷轴承，当人们可能会注意到的第一件事情是，他们基本上比金属更加昂贵。有许多原因。 有与以达到高档原料烧结过程所需要的温度所需要的大量的能量有关极高能量和加工成本。由于陶瓷是这么辛苦，加工和磨削成本制造精密轴承时迅速增加。所有这一切都必须在一个干净的环境中具有熟练的劳动力来完成。陶瓷是在他们的毛孔杂质难以置信的敏感，所以任何污染物可能会导致过早失效。随着尺寸的增加，价格也增加了指数，因为成本高，加工方法的要求。这些包括，以克服在生坯的温度梯度，均匀施加压力的量在较大体积和所得机器成本需要较慢的烧结过程。 陶瓷轴承具有较低的承载能力相比，金属和对热冲击敏感。热冲击是当材料内的温度梯度会导致不同的膨胀，这会导致内部应力。这种压力可以超过这样的材料形成裂纹的实力。
轴承压装机压装力的计算 摘要介绍了与传统设计不同的轮轴冷压装计算方法，设计员可节省查阅资料时间，应用新型的计算公式，能快速获得准确工艺参数，并量化轮轴设计尺寸。本文的车辆轮轴注油冷压装工艺属国内首例。此方法对机械制造工业价值巨大。 关键词轮轴冷压装轮轴注油冷压装计算公式工艺工装修复技术 一、前言 本文论述的内容，适用于铁路机车车辆、工程机械和机床制造。该技术的特点是:在轮轴冷压装设计中，既节省了查阅设计手册和行业标准所用的大量时间，又能快速获得准确工艺参数和设计量化值。工艺简单、加工方便、能有效避免轮轴配合面被擦伤，与传统的轮轴冷压装工艺设计相比，这是专业技术领域中的新思路。 二、工艺参数计算 在设计轮轴冷压装产品时，如何根据配合直径来求得合理的过盈量及冷压装吨位，这是专业工艺人员极为关注的技术难题。作者通过长期试验论证，运用数学原理推导出了下列理论计算公式，技术难题迎刃而解，现简介如下。 -4-4 δ=7×10D+0.06 (1) δ=7.6×10D+0.09 (2) 12 δ=0.5(δ+δ) (3) δ=δ-0.02 (4) 31243 δ=δ+0.01 (5) δ=δ,δ (6) 5345 P=(3.11D+66)+6 (7) P=4.88D+101 (8) 12 P=P,P (9) 12 δ—粗算轮轴配合过盈量下限值mm;δ—粗算轮轴配合过盈量上限值mm;δ—粗算轮轴配123合过盈量平均值mm;δ—精算轮轴配合过盈量下限值mm;δ—精算轮轴配合过盈量上限值45
mm;δ—轮轴配合过盈量精确值mm;D—轮轴配合直径mm;P—轮轴冷压装吨位下限值kN;1 P—轮轴冷压装吨位上限值kN;P—轮轴冷压装吨位精确值kN。 2 三、计算应用实例 计算图1所示的车辆轮轴采用冷压装工艺时，所需配合过盈量及压装吨位。解:(1)计算过盈量 -4-4 δ=7×10D+0.06=7×10×182+0.06=0.19(mm) 1 -4-4 δ=7.6×10D+0.09 =7.6×10×182+0.09=0.23(mm) 2 δ=0.5(δ+δ)=0.5(0.19+0.23)=0.21(mm) 312 δ=δ-0.02=0.21-0.02=0.19(mm) 43 δ=δ+0.01=0.21+0.01=0.22(mm) 53 δ=δ,δ =0.19~0.22(mm) 45 (2)计算冷压装吨位 P=(3.11D+66+6=(3.11×182+66)+6=683(kN) 1 P=4.88D+101=4.88×182+101=989(kN) 2 P=P,P=683,989(kN) 12 以上计算出来的δ值和P值，即为所求车辆轮轴冷压装时，所需的配合过盈量和冷压装吨位。根据δ值，即可量化出车轴配合座部位的精确尺寸和车轮配合孔部位的精确尺寸。四、轮轴机械加工 轮孔的配合表面是通过镗削加工来实现的，其表面粗糙度可按Ra3.2控制;轴座的配合表面是通过磨削加工来实现的，其表面粗糙度可按Ra1.6控制。为了保证轮轴配合面不被擦伤，轮孔两端应有R3,5mm的过渡圆弧，轴座的压装始端，应有10,13mm圆锥引入段。五、工艺与操作 1.清洁度、过盈量、轴长中心
轴承型号大全 混合陶瓷球轴承 陶瓷球特别是氮化硅球具有高硬度、低密度、低摩擦系数，耐磨、自润滑、抗磁电绝缘及刚性好等特点，特别适合做高精度、高速以及长寿命混合陶瓷球轴承的滚动体（内外圈为金属）。一般内圈、外圈采用轴承钢（GCr15）或者不锈钢（AISI440C或316304），陶瓷球可选用Si3N4，ZrO2或SiC材料。 混合陶瓷球轴承特性： 1、自润滑：即使润滑条件很差或在无润滑状态下，陶瓷轴承独特的自润滑功能也可以保证轴承的正常工作。 2、高速：由于相对滑动、磨损量和发热量大大减少，油雾润滑最高可达到350万DN，脂润滑最高可达到120万DN。 3、高刚性：陶瓷材料的弹性模量比轴承钢约高50%，从而大大提高了轴承的刚性。
4、耐腐蚀：具有很好的耐腐蚀性能，在腐蚀性条件下也能够正常工作。 5、重量轻：陶瓷材料比钢轻60%，从而大大减少了离心力和轴承的整体重量。 6、长寿命：在适宜的工作环境下陶瓷轴承的寿命是全钢轴承的3到5倍。 7、耐磨损：陶瓷材料硬度高达HV1700，从而大大提高了轴承耐磨损的性能。 混合陶瓷球轴承主要用途： 混合陶瓷球轴承主要应用于低温工程、印刷机械、医疗器械、光学仪器、高速电机、高速机床、食品加工机械。 氮化硅全陶瓷轴承 氮化硅全陶瓷轴承套圈以及滚动体采用的是氮化硅（Si3N4）陶瓷材料，保持器使用的是聚四氟乙烯（PTFE）作为标准配置，一般也可使用PEEK，PI，GRPA66-25以及酚醛夹布胶木管等。SiN4制全陶瓷轴承与ZrO2材料相比可适用于更高转速及负荷能力，以及更高的环境温度。同时还可提供用于高速高精度高刚性主轴的精密陶瓷轴承，最高制造精度达P4至UP级。 特性： 1、高速：具有受力弹性小、抗压力大、耐寒性、导热性能差、摩擦系数小、自重轻等优点，可应用在12000转/分~75000转/分的高速主轴以及其它高精度设备中。 2、防磁：因无磁不吸粉尘，可以减少轴承提前剥落、噪声大等问题。可用在精密仪器、退磁设备等领域。 3、耐高温：材料本身具有耐高温1200℃，且自润滑好，使用温度在100℃-800℃间不会产生因温差造成的膨胀。可应用在炉窑、制钢、制塑等高温设备中。 4、真空：因陶瓷材料独具的无油自润滑特性，在超高真空环境中，氮化硅全陶瓷轴承可克服普通轴承无法实现润滑难题。 5、耐腐蚀：材料本身具有耐腐蚀的特性，可应用在强酸、强碱、有机盐、无机、海水等领域，如：电子设备，电镀设备，船舶制造、化工机械等。 6、电绝缘：因电阻力高，可以免电弧损伤轴承，可用在各种需要绝缘的电力设备中。
滚动轴承所承受的载荷取决于 所支承的轴系部件承担的载荷。右图 为一对角接触球轴承反装支承一个 轴和一个斜齿圆柱齿轮的受力情况。 图中的F re、F te、F ae分别为所支承零 件（齿轮）承受的径向、切向和轴向 载荷，F d1和F d2为两个轴承在径向 载荷F r1和F r2（图中未画出）作用下 所产生的派生轴向力。这里，轴承所 承受的径向载荷F r1和F r2可以依据 两个角接触球轴承反装的受力分析 （径向反力） F re、F te、F ae经静力分析后确定，而轴向载荷F a1和F a2则不完全取决于外载荷F re、F te、F ae，还与轴上所受的派生轴向力F d1和F d2有关。 对于向心推力轴承，由径向载荷F r1和F r2所派生的轴向力F d1和F d2的大小可按下表所列的公式计算。 注：表中Y和e由载荷系数表中查取，Y是对应表中F a／F r＞e的Y 值 下图中把派生轴向力的方向与外加轴向载荷F ae的方向一致的轴承标为2，另一端则为1。取轴和与其相配合的轴承内圈为分离体，当达到轴向平衡时，应满足：F ae＋F d2＝F d1 由于F d1和F d2是按公式计算的，不一定恰好满足上述关系式，这时会出现下列两种情况： 当F ae＋F d2＞F d1时,则轴有向左窜动的趋势,相当于轴承1被“压紧”,轴承2被“放松”,但实际上轴必须处于平衡位置，所以被“压紧”的轴承1所受的总轴向力F a1必须与F ae＋F d2平衡，即 F a1＝F ae＋F d2 而被“放松”的轴承2只受其本身派生的轴向力F d2，即F a2＝F d2。 当F ae＋F d2＜F d1时,同前理，被“放松”的轴承1只受其本身派生的轴向力F a1， 即F a1＝F d1 而被“压紧”的轴承2所受的总轴向力为: F a2＝F d1－F ae
8 计算与校核 [21] 8.1过盈配合装配压入力的计算 在立式轴承压装机邀标文件的技术要求中明确指出锥轴承外圈与轴承孔配合为过渡配合，故采用过盈配合装配压入力的计算方法。方法如下： 过盈配合装配压入力的计算方法 μπf f f L d p P max = 其中：P —压入力，N max f p —结合表面承受的最大单位压力，2/mm N f d —结合直径，mm f L —结合长度，mm μ—摩擦系数 结合表面最大单位压力计算公式： ) (max max i i a a f f E C E C d p += δ 其中： max δ —最大过盈量，mm a C 、i C —系数； a E 、i E —包容件和被包容件的材料弹性模量，2/mm N 系数a C 、i C 计算方法如下： ν+-+= 2222f a f a a d d d d C ν--+= 2222i f i f i d d d d C a d 、i d 分别为包容件外径和被包容件内径(实心轴i d =0)，mm
ν—泊松系数 压装机所需的压力一般为压入力的3~3.5倍 表8.1常用材料的摩擦系数表 摩擦系数μ 材料 无润滑有润滑 钢-钢0.07~0.16 0.05~0.13 钢-铸钢0.11 0.07 钢-结构钢0.10 0.08 钢-优质结构钢0.11 0.07 钢-青铜0.15~0.20 0.03~0.06 钢-铸铁0.12~0.15 0.05~0.10 铸铁-铸铁0.15~0.25 0.05~0.10 表8.2常用材料弹性模量、泊松系数 材料弹性模量E 泊松系数ν碳钢196~216 0.24~0.28 低合金钢、合金结构钢186~206 0.25~0.30 灰铸铁78.5~157 0.23~0.27 铜及其合金72.6~128 0.31~0.42 铝合金70 0.33 轴承为标准件，采用轴承钢GCr15；压头的材料选用高级优质碳素工具钢T10A，其密度是7.85g/cm3，特点是容易锻造、加工性能良好、价格便宜，能够承受冲击、硬度高，应用于不受剧烈冲击的高硬度耐磨工具，如车刀、刨刀、冲头、丝锥、钻头、手锯条。 依据公式分别计算八、九档箱中壳的中间轴、二轴轴承外圈的压入力。
陶瓷轴承在中国市场的可行性分析 一、引言 陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件，由于具有金属轴承所无法比拟的优异性能，近年来，在国计民生的各个领域中得到了日益广泛的应用。在航空航天、核工业、石油工业、化学工业、轻纺工业、食品工业、高速机床等高温、高速、耐腐蚀、真空、电绝缘、无磁、干摩擦的特殊环境下，陶瓷轴承不可或缺的替代作用正在被人们逐渐地认识。随着加工技术的不断进步，工艺水平的日益提高，陶瓷轴承的成本不断下降，已经从过去中在一些高精尖类领域小范围内应用，逐步推广到可以接受的程度，陶瓷轴承大面积应用的时代已经到来。 二、陶瓷轴承在国外的发展历程 六十年代初，研究者发现工程陶瓷具有作为轴承材料的优良性能，如耐高温、耐腐蚀、耐磨、硬度高、密度小、热膨胀系数小、自润滑性好等，但陶瓷材料的弹性模量大，会增加轴承滚动体作用在内外圈上的接触应力，降低了轴承的使用寿命。研究者对陶瓷材料的各种性能进行了大量的试验研究，认为在所有的陶瓷材料中热压氮化硅最适于作为轴承材料。 七十年代，材料专家们把探索新型轴承材料的注意力由全部陶瓷材料集中到氮化硅陶瓷材料上。Scot t 、Dalal 等人认为：氮化硅是一种可湿润且能使润滑油在轴承中形成适当厚度油膜的材料，在不润滑时热压氮化硅陶瓷是最耐磨的材料, 在高温下使用固体润滑剂可消除热压氮化硅材料的磨损，在重载润滑条件下热压氮化硅作为轴承材料不比轴承钢好。在相同应力条件下，氮化硅混合轴承的使用寿命L 10比其他陶瓷混合轴承寿命L 10要大许多倍。氮化硅陶瓷球的疲劳破坏形式与轴承钢疲劳破坏形式相似，都为疲劳剥落，而非断裂破碎。在混合轴承性能方面，Parker 等人认为由于氮化硅弹性模量高、密度小，分别对内、外圈影响，这样混合轴承内圈使用寿命的减小值大于其外圈使用寿命的增加值，最终使混合陶瓷轴承总的使用寿命降低；混合轴承在轻载和高速下其使用寿命相对于钢轴承会有所改善；对于氮化硅滚动体来说，滚动体表面加工质量的好坏对其疲劳寿命、耐腐蚀性和耐磨性有很大影响，同时，混合陶瓷轴承的寿命也受到钢制套圈滚道寿命的限制。 进入八十年代，对陶瓷轴承的研究日益加深、加宽。1982 年美国润滑工程协会的Mo rrison 等人对混合轴承的使用寿命进行研究，认为混合陶瓷轴承的寿命仍然是载荷的指数函数，寿命指数的最大似然估计值为4 .29，而钢轴承寿命公式中寿命指数值为3，这说明混合轴承的寿命比钢轴承对外载荷的依赖性大。日本机械部的菊地滕男等人在1983 年对混合陶瓷轴承和全陶瓷轴承作了疲劳试验，得出如下结论：①常压烧结碳化硅、氮化硅和热压碳化硅不适合作轴承材料；②热压氮化硅陶瓷寿命相当于或好于轴承钢的寿命，如果保证陶瓷材料具有良好的微观结构和表面质量可提高其性能，轴承的破坏形式是疲劳剥落；③常压和热压材料的损伤形状无明显区别，和寿命长短也没有联系；④在运行中，陶瓷套圈滚道表面变形极小，特别是热压氮化硅陶瓷材料几乎没有变形。他们 同时得出热压氮化硅陶瓷球疲劳寿命L 与赫兹应力P 的关系: n mox L P -∞ , 其中n =16 .0。 1987年日本的藤原孝志在轴承材料的疲劳试验中研究了氮化硅陶瓷材料的额定静负荷，结果表明氮化硅陶瓷材料的额定静载荷比轴承钢的额定静载荷要大，同时藤原孝志讨论了陶瓷材料和轴承钢的接触应力，认为在接触区内的应力都是压应力，而在接触区外, 沿接触区的径向上产生的是拉应力, 最大拉应力产生在接触界线上。1989 年Zaretsky 又在总结前人试验成果的基础上，对陶瓷轴承做了进一步研究，得出如下结论：①氮化硅陶瓷轴承的寿命比钢轴承的寿命长，但全氮化硅陶瓷轴承的额定动负荷仅为同型号钢轴承的5~20%；②对大部分陶瓷来说，混合轴承的寿命比同型号钢轴承寿命低，原因是其弹性模量比轴承钢的大；③轴承能量的损失和热量的产生不仅依赖于轴承材料本身的性质，更主要的是依赖于单个轴承的设计和运行状态；④陶瓷滚动体的寿命与温度指数函数的倒数成正比(L ∞1/△T m )。对氧化铝来说，当试验温度在1366K 时， m =1.8；⑤全陶瓷轴承在无润滑剂和664K
陶瓷球轴承介绍 在工程陶瓷产品的开发应用中，陶瓷球轴承是工程陶瓷在工业领域广泛应用的典型范例，受到很多国家的高度重视．在高速精密轴承中，应用最多的是混合陶瓷球轴承，即滚动体使用热压Si3N4陶瓷球，轴承圈仍为钢圈。这种轴承标准化程度高，对机床结构改动小，便于维护保养，特别适合于高速运行场合．其组装的高速电主轴，具有高速、高刚度、大功率、长寿命等优点。1.轴承配置：内外圈轴承钢/不锈钢+陶瓷球+PA66/不锈钢保持器 +2RS/ZZ2.高温油脂，3.采用陶瓷球轴承和普通轴承相比的优势： 陶瓷球轴承的优点 (1)耐温高 陶瓷球热膨胀系数小,在高温环境下不会因为温度的原因导致轴承球膨胀,这样大大提高了整个轴承的使用温度,普通轴承的温度在160度左右,陶瓷球的可以达到220度以上. (2)转速高 陶瓷球具有无油自润滑属性,陶瓷球摩擦系数小,所以陶瓷球轴承具有很高的转速.据统计采用陶瓷球的轴承是一般轴承的转速1.5倍以上的转速. (3)寿命长 陶瓷球可以不加任何油脂,也就是说即使油脂干掉,轴承还是可以运作的,这样就避免了普通轴承中因为油脂干掉导致的轴承过早损坏现象的发生.据我们测试以及一些客户的反馈使用陶瓷球后的轴承的使用寿命是普通轴承的2-3倍. (4)绝缘 最后一点也是最重要的一点,绝缘,采用陶瓷球的轴承,可以使轴承的内外圈之间绝缘,因为陶瓷球是绝缘体,在轴承的内外圈之间用陶瓷球,就可以达到绝缘的效果.这样就使轴承能够在导电的环境下使用了.滚动轴承由套圈、滚动体、保持器、润滑脂、密封件组成，当滚动体采用陶瓷材料后，此滚动轴承就定义为陶瓷球轴承。
因为陶瓷球本身具有自润滑性能，所以润滑可以按使用要求，可以有润滑脂也可以不加润滑脂。密封件也是可以按使用要求，决定陶瓷球轴承是否带密封件。保持器也是可以按使用要求是否采用。那么套圈、滚动体是轴承两个不可缺少的要素，当这两个要素不是同一种材料时，就有了混合轴承(Hybrid construction bearing)的说法。当滚动体采用陶瓷材料时就定义为混合陶瓷球轴承(Hybrid construction ceramic ball bearing)。常用的陶瓷球材料有氧化锆（ZRO2）和氮化硅（SI3N4）；常用的套圈材料有轴承钢（GCR15）和不锈铁（440、440C）及不锈钢（304、316、316L）。 按照使用环境、转速、负荷、温度，及使用时的要求，陶瓷球轴承的套圈和滚动体可以由以上材料互相组合，并起到不同的使用效果。 陶瓷球轴承的代号： HY +套圈材料+轴承型号+密封型式——球的材料——保持器材料——润滑脂 套圈材料：S表示不锈铁 SS表示不锈钢具体用什么材料可以用挂号标注说明 实践证明，作为轴承材料还必须具有在不同温度下的尺寸稳定性，以保证轴承在温度变化的工作环境下，保持精密的尺寸和精确的配合，在特殊环境下还必须具备抗腐蚀、抗分解能力．总之，用以制造滚动轴承零件的陶瓷材料应具备以下性能特点： 1)低密度．由于滚动体密度减小，高速工作时其离心载荷也减小，从而可在更高转速下工作． 2)中等弹性模量．弹性模量太大会因应力集中而降低轴衬的承载能力．3)热膨胀系数小．减小对温度变化的敏感性，使轴承工作温度范围更宽． 4)高抗压强度．抗压强度高是滚动轴承承受高应力的需要． 5)高硬度和高韧性．这两个特性相结合可获得较好的表面粗糙度；而且能防止外界粒子和冲击的损伤． 6)良好的抗滚动接触疲劳性和具有剥落失效模式． 7)特殊场合应具有耐高温、耐腐蚀和稳定性． 套圈和滚动体接触点受到外加负荷和旋转的作用，因而反复产生接触压力和变形。由于钢制轴承自身材料性能特点，轴承失效的主要形式是疲劳剥落，疲劳寿命短，应用范围受到很大限制。而陶瓷材料具有低密度，中等弹性模量，热膨胀系数小，硬度高，耐高温，耐腐蚀，无磁等优点，以氮化硅陶瓷球为滚动体的陶瓷球轴承可显著提高轴承接触疲劳寿命，极大拓展了滚动轴承的应用领域，已广泛应用于各种高精度、高转速机床，汽车、赛车、地铁、电机、航空发动机、石油化工机械、冶金机械等领域。 氮化硅陶瓷材料在轴承中的应用 陶瓷轴承的应用领域日益广泛，但在工业领域中成功应用的还是陶瓷球轴承．目前，应用较多的为氮化硅陶瓷球轴承．它的优点是：极限转速高、精度保持性好、启动力矩小、刚度高、干运转性好、寿命长，非常适
高性能陶瓷轴承球的研制 李典基 1 概述 陶瓷轴承作为“面向21世纪”的最具发展前景的新材料轴承，主要包括全陶瓷轴承和部分零件为陶瓷的混合轴承。目前，在工业界中应用最多的为混合轴承，其滚动体采用陶瓷，套圈采用高碳铬等材质的钢制造。西方发达国家60～70年代 就开始了陶瓷轴承的研究，现阶段开始工业化应用的主要是以氮化硅（Si 3N 4 ）、碳 化硅（SiC）、氧化铝（Al 2O 3 ）、氧化锆（Z r O 2 ）等陶瓷球代替钢球为主要形式的混 合球轴承，其中以氮化硅球为主。该产品与同样型号的钢球相比主要有以下优点：（1）氮化硅球的密度是钢球的40％，高速运转时离心力小，轴承抗疲劳破坏能力强，寿命长。 （2）滚动体的弹性模量比钢高，弹性变形小，轴承的动刚度高。 （3）热膨胀系数为钢材的1/3～1/4，随温度变化的尺寸变化量小，适用于温度变化大的场合。 （4）在润滑条件恶劣的环境中适应性强。 （5）具有耐腐蚀、无磁性、绝缘性好等特点。 （6）设计灵活性更大，因为陶瓷材料能使轴承设计者不必考虑许多参数的影响。 目前，世界各国研究陶瓷球处于领先水平的公司主要有瑞典SKF，法国圣戈班戒，日本NSK、KOYO、NTN等公司。在国内，陶瓷混合轴承的研究较西方发达国家晚近20年。为使这一尖端基础部件更好地为经济建设服务，促进我国机械制造业的发展，我公司已开始了高性能氮化硅陶瓷轴承球的研究，现将有关研究成果做一下简述。 2 氮化硅陶瓷球的制造 2.1 原材料的制备 原材料的状态对生产过程及产品的性质有明显的影响，精确控制原料的化学和物理性能是非常必要的。要求原材料具有以下特性：（1）纯度高；（2）高均匀而细的颗粒；（3）有用相含量高。针对上述要求，我们采用气相法制备氮化硅原 料。其反应式为：3SiO 2+6C+2N 2 =Si 3 N 4 +6CO。用该技术生产的氮化硅原料，工艺操作 较易，Si 3N 4 含量高，晶粒均匀、细小，有利于陶瓷球的制造。 2.2 配料 将配制好的微细氮化硅粉末和氧化镁（MgO）、氧化钇（Y 2O 3 )等烧结助剂粉末 混合均匀。混合在专用配料机中进行。配料机采用氮化硅内衬或氧化锆内衬。工作时将加工原料和一定数量的陶瓷球放入配料机，注入无水乙醇，开动机床，混合1～2天。 2.3 干燥造粒 将混好的原料放入离心喷雾机中，加入粘合剂，反絮凝剂等配成料浆。使料浆流到高速旋转的圆盘上进行雾化。雾化后的小液滴在热风中迅速干燥，成为流动性
角接触球轴承和圆锥滚子轴承受力分析详解 一、反装（背靠背安装） 外圈窄边称为面，宽边称为背 模型建立：以轴系为隔离体，轴承内圈与轴固定为刚体，外圈与轴承 座（箱体）固定为刚体 设轴承所受的实际轴向力分别为1a F 和2a F ，则轴向平衡条件为 12a a ae F F F =+
受力分析： 如果恰好 12d d ae F F F =+，则轴向力11d a F F =，22d a F F =。这种情况很少出现，一般情况下 12d d ae F F F ≠+，这时需要根据轴的窜动趋势进行计算。轴的窜动趋势有“向左”和“向右”两种情况： 1）如果12d d ae F F F >+，则轴有向左窜动的趋势，轴承1被压紧，轴 承2被放松，此时轴承座必须附加一个力F ?给轴承1，以保持轴向力平衡 因此轴承1所受的实际轴向力为 211d ae d a F F F F F +=?+= 轴承2所受的实际轴向力为 2212d ae d ae ae a a F F F F F F F =-+=-=
2）如果12d d ae F F F <+，则轴有向右窜动的趋势，轴承2被压紧，轴 承1被放松，此时轴承座必须附加一个力F ?给轴承2，以保持轴向力平衡 因此轴承2所受的实际轴向力为 ae d d a F F F F F -=?+=122 轴承1所受的实际轴向力为 1121d ae ae d ae a a F F F F F F F =+-=+= 结论：被放松轴承的轴向力等于自身的派生轴向力；被压紧轴承的轴 向力等于除自身派生轴向力外的其他轴向力之和（注意方向）。 注意点： 1）派生轴向力一定从外圈的宽边指向窄边，大小应根据公式计算； 2）精确计算时，支点位置需查手册，一般计算取轴承宽度中点； 3）计算和判断时必须注意轴向力的方向； 4）这两类轴承通常需要成对使用。
陶瓷轴承： 普通轴承钢AISI52100(GCr15)、不锈钢AISI440(9Cr18)、氮化硅(Si3N4)和氧化锆(ZrO2)四种轴承材料性能对照情况，陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件，由于其具有金属轴承所无法比拟的优良性能，抗高温、超强度等在新材料世界一马当先。近十多年来，在国计民生的各个领域中得到了日益广泛的应用。 主要用途： 陶瓷轴承具有耐高温、耐寒、耐磨、耐腐蚀、抗磁电绝缘、无油自润滑、高转速等特性。可用于极度恶劣的环境及特殊工况，可广泛应用于航空、航天、航海、石油、化工、汽车、电子设备，冶金、电力、纺织、泵类、医疗器械、科研和国防军事等领域，是新材料应用的高科技产品。 陶瓷轴承的套圈及滚动体采用全陶瓷材料，有氧化锆（ZrO2）、氮化硅（Si3N4）、碳化硅（Sic）三种。保持器采用聚四氟乙烯、尼龙66，聚醚酰亚氨，氧化锆、氮化硅，不锈钢或特种航空铝制造，从而扩大陶瓷轴承的应用面。 应用领域： 医疗器械、低温工程、光学仪器、高速机床、高速电机、印刷机械、食品加工机械。 在航空航天、航海、核工业、石油、化工、轻纺工业、机械、冶金、电力、食品、机车、地铁、高速机床及科研国防军事技术等领域需要在高温、高速、深冷、易燃、易爆、强腐蚀、真空、电绝缘、无
磁、干摩擦等特殊工况下工作，陶瓷轴承不可或缺的替代作用正在被人们逐渐地认识。 随着加工技术的不断进步，工艺水平的日益提高，陶瓷轴承的成本不断下降，已经从过去只在一些高、精、尖领域小范围内应用，逐步推广到国民经济各个工业领域，产品市场价格也逐渐接近实用化，达到用户可接受的程度，陶瓷轴承大面积应用的浪潮已经涌来！
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910176898.0 (22)申请日 2019.03.08 (71)申请人 尹苑苑 地址 215617 江苏省苏州市张家港市杨舍 镇乘航河东路80号宝骏集团江苏骏马 集团 (72)发明人 不公告发明人 (51)Int.Cl. F16C 19/50(2006.01) F16C 33/38(2006.01) F16C 33/58(2006.01) F16C 41/00(2006.01) (54)发明名称 一种陶瓷轴承 (57)摘要 本发明属于轴承领域，具体的说是一种陶瓷 轴承，包括设置有滚道的内圈和设置在滚道内的 陶瓷滚珠，还包括保持架和外圈；所述保持架安 装在内圈和外圈之间，保持架用于陶瓷滚珠的安 装；所述外圈的断面为U型结构，外圈的内部开设 有空腔，空腔的侧壁上设置有两个单向阀，两个 所述单向阀关于轴承的转动中心对称布置，使得 轴承在旋转时可以受力均衡，避免发生偏振。不 需要将直径相同的陶瓷滚珠进行配对，可以直接 将直径不同的陶瓷滚珠进行直接安装，通过活塞 缸、活塞杆、安装架和滚轮间的配合，实现了对不 同直径的陶瓷滚珠均可稳定的固定，从而不再需 要对陶瓷滚珠进行精确的测量以及花费大量时 间配对， 大大提高了陶瓷轴承的生产速度。权利要求书1页 说明书5页 附图3页CN 109854617 A 2019.06.07 C N 109854617 A
权 利 要 求 书1/1页CN 109854617 A 1.一种陶瓷轴承，包括设置有滚道的内圈(1)和设置在滚道内的陶瓷滚珠(2)，其特征在于：还包括保持架(3)和外圈(4)；所述保持架(3)安装在内圈(1)和外圈(4)之间，保持架(3)用于陶瓷滚珠(2)的安装；所述外圈(4)的断面为U型结构，外圈(4)的内部开设有空腔(401)，空腔(401)的侧壁上设置有两个单向阀(402)，两个所述单向阀(402)关于轴承的转动中心对称布置，且两个单向阀(402)的阀体相反设置，两个单向阀(402)分别用于液压油的充入和液压油的排出，空腔(401)的侧壁贯通连接有活塞缸(403)；所述活塞缸(403)内滑动安装有活塞；所述活塞上固连有活塞杆(404)的一端，所述活塞杆(404)的另一端设置有安装架(405)；所述安装架(405)上转动安装有滚轮(406)；所述滚轮(406)的数量为四个，滚轮(406)用于对陶瓷滚珠(2)进行限位。 2.根据权利要求1所述的一种陶瓷轴承，其特征在于：所述活塞杆(404)与安装架(405)间通过铰接件(407)进行铰接，且铰接件(407)位于安装架(405)的中心位置。 3.根据权利要求1所述的一种陶瓷轴承，其特征在于：所述空腔(401)内设置有压力传感器和控制器，压力传感器用于检测空腔(401)内部的油压，且所述单向阀(402)为电磁单向阀(402)，压力传感器、控制器和单向阀(402)间电联，压力传感器检测到的压力大于预设值后，控制器将单向阀(402)关闭，停止向空腔(401)内加油。 4.根据权利要求1所述的一种陶瓷轴承，其特征在于：所述保持架(3)上开设有安装槽(408)，所述安装槽(408)的侧壁上内嵌有曲形板(409)；曲形板(409)的内嵌处与保持架(3)平滑过度布置，所述曲形板(409)用于滚轮(406)和陶瓷滚珠(2)间的平滑过度。 5.根据权利要求4所述的一种陶瓷轴承，其特征在于：所述曲形板(409)上开设有定位孔，曲形板(409)为金属片；所述定位孔中插接有螺栓(410)，螺栓(410)螺纹连接在安装槽(408)上所开设的螺纹孔中，通过螺栓(410)和螺纹孔间的配合，使得曲形板(409)发生弯曲形变，调节曲形板(409)与陶瓷滚珠(2)间的距离，曲形板(409)与陶瓷滚珠(2)间的距离保持在1-2mm之间，且所述螺栓(410)与滚轮(406)之间错位设置，滚轮(406)在滚动时不与螺栓(410)接触。 2
轴承压装力计算式
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压装时的主要要求为： 1）压装时不得损伤零件 2）压入时应平稳，被压入件应准确到位。 3）压装的轴或套引入端应有适当导锥，但怠锥长度不得大于配合长度的15%，导向斜角一10°。 4）将实心轴压入盲孔，应在适当部位有排气孔或槽。 5）压装零件的配合表面除有特殊要求外，在压装时应涂以清洁的润滑剂。 6）用压力机压入时，压入前应根据零件的材料和配合尺寸，计算所需的压入力。压力机的为所需压入力的3~3.5倍，压入力的计算方法如下： 58-22 材料摩擦系数 村料摩擦因数μ（无润滑）摩擦因数μ（有润滑） 钢一钢0.07~0.16 0.05~0.13 钢—铸钢0.11 0.07 钢一结构钢0.10 0.08 钢一优质结构0.11 0.07 钢—青铜0.15~0.20 0.03~0.06 钢—铸铁0.12~0.15 0.05~0.10 铸铁—铸铁0.15~0.25 0.05~0.10
表58-23，常用材料的弹性模量，线胀系数 材料弹性模量E/（KN/mm2）泊松比v 线胀系数a/(10-6/℃加热冷却 碳钢、低合金钢、合金结 构钢 200~235 0.30~0.31 11 —8.5 灰铸铁（HT150、HT200）70~80 0.24~0.25 11 —9 灰铸铁（HT250、HT300）105~130 0.24~0.26 10 —8 可锻铸铁90~100 0.25 10 —8 非合金球墨铸铁160~180 0.28~0.29 10 —8 青铜85 0.35 17 —15 黄铜80 0.36~0.37 18 —16 铝合金69 0.32~0.36 21 —20 镁铝合金40 0.25~0.30 25.5 —25
新型陶瓷轴承的研究 陈勇 （山东轻工业学院材料科学与工程学院山东济南250300） 摘要：近几年来，随着社会进步和科学技术的高速发展，轴承的使用环境和条件越来越多样化，对轴承的结构、材质和性能的要求也越来越高，一些高科技领域和某些特殊环境下工作的机械，如航空航天、核能、冶金、化工、石油、仪器、机械、电子、纺织、制药等工业，需要在高温、高速、高精度、真空、无磁性、无油润滑、强酸、强碱等特殊环境下工作。这些新的要求仅仅依靠对传统的金属轴承改进结构或改善润滑条件已经远远不能满足，必须开发新型材料，从根本上进行突破和创新。国内外研究发现某些陶瓷材料具有优异的性能，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷的工作环境，并且又具有轴承材料所要求的全部重要特性，因此将陶瓷材料应用于轴承制造，已成为世界高新技术开发与应用的热点，成为机械工作材料技术革命的标志。 关键词：陶瓷；轴承；氧化锆；耐磨； 引言：研究陶瓷轴承，使越来越多的人认识和了解陶瓷轴承的优越性，并使用它。随着加工技术的不断进步，工艺水平的日益提高，陶瓷轴承的成本不断下降，已经从过去只在一些高、精、尖领域小范围内应用，逐步推广到国民经济各个工业领域，产品市场价格也逐渐接近实用化，达到用户可接受的程度，陶瓷轴承大面积应用的浪潮已经涌来！ 1、简介 陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件，由于其具有金属轴承所无法比拟的优良性能，抗高温、超强度等在新材料世界独领风骚。近十多年来，在国计民生的各个领域中得到了日益广泛的应用。航空航天、航海、核工业、石油、化工、轻纺工业、机械、冶金、电力、食品、机车、地铁、高速机床及科研国防军事技术等领域需要在高温、高速、深冷、易燃、易爆、强腐蚀、真空、电绝缘、无磁、干摩擦等特殊工况下工作，陶瓷轴承不可或缺的替代作用正在被人们逐渐地认识。 2、主要特性 2.1、高速 陶瓷材料的重量仅为同等钢材重量的４０％，密度小这一特点，可实现轴承的轻量化和高速化，使得陶瓷轴承在高速旋转时能够抑制因离心力作用引起的滚动体载荷的增加和打滑，陶瓷轴承的转速是钢制轴承的１．３～１．５倍，其Ｄ
陶瓷轴承技术资料1.稀土陶瓷材料性能表 : 性能单位 符号 碳化硼 B4C 氧化铝 99Al2O3 增韧氧化 铝 ZTA-20% 氧化锆 ZrO2 氮化硅 Si3N4 碳化硅 SiC 密度g/cm3 2.4~2.51 3.7~3.99 5.5 6.0 3.2 3.2 硬度HV Kg/mm 2700~3200 2300~2700 1470~1500 1300~1500 1700 ~2700 2350~2450 抗弯强 度 MPa 350~400 300~400 700 1000~1500 900 450~800 抗压强 度 MPa 1800~2500 2800~3500 2000 2000 3500 2250~3000 断裂韧 性 Mpa·m-3/2 6.0 2~4 5~6 11.0 7.0 4~5 韦伯模 数 GPa ＞7 ＞10 ＞15 ＞15 ＞6 弹性模 数 GPa 407 260 210 320 410 泊松比0.2 0.23 0.30 0.26 0.16 热涨系 数 ×10-6/℃ 4.5 6.5~8.6 9.4 10.5 3.2 4.3 热冲击 性 ΔT℃200 470 250 500 350 电阻Ω/cm2 0.3 ~ 0.8 ＞ 1014~1016 ＞1010 ＞1010 ＞ 1014 100 ~2 2.氧化锆全陶瓷轴承的耐腐蚀性: 介质分子式含量% 温度耐蚀性 醋酸CH3COOH 80 沸腾优秀 醋酸/醋酸酐CH3COOH + CH3CO 50/80 沸腾优秀 水+ 氯化钠H2O +NaCl 沸腾优秀碳酸H2CO3沸腾优秀铜Cu 1400℃优秀食物酸沸腾优秀
陶瓷轴承的安装与拆卸 陶瓷轴承 （技术等级为：P4、P5、P6、P0）陶瓷轴承，最具代表性的滚动轴承是深沟球，用途广泛，可承受径向负荷与双向轴向负荷。适用于高速旋转及要求低噪声、低振动的场合或钢质轴承所不能应用的高温、高寒、腐蚀、磁场、非绝缘等领域。 陶瓷轴承的分类 满装球全陶瓷轴承 满装球型全陶瓷轴承一面带添球缺口，因采用无保持架结构设计，可以比标准结构的轴承装入多的陶瓷球，从而提高其负荷能力，另外还可避免因保持架材料的限制，可达到陶瓷保持架型全陶瓷轴承
耐腐蚀及耐温效果。该系列轴承不适宜较高转速，安装时应注意将缺口面装于不承受轴向负荷的一端。 氮化硅全陶瓷轴承 氮化硅全陶瓷轴承套圈及滚动体采用 氮化硅（Si3N4）陶瓷材料， 一般也可使用RPA66-25， PEEK，PI，以及酚醛夹布胶木管等。 SiN4制全陶瓷轴承相比较ZrO2材料 可适用于更高转速及负荷，以及适用于更高的环境温度。同时可提供用于高速高精度 高刚性主轴的精密陶瓷轴承，最高制造精度达P4至UP级
氧化锆全陶瓷轴承 全陶瓷轴承具抗磁电绝缘、耐磨耐腐蚀、无油自润滑、耐高温耐高寒等特点， 可用于极度恶劣环境及特殊工况。 套圈及滚动体采用氧化锆（ZrO2）陶瓷材料， 保持器使用聚四氟乙烯（PTFE）作为标准配置， 一般也可使用玻璃纤维增强的尼龙66（RPA66-25），特种工程塑料（PEEK，PI）， 不锈钢（AISISUS316），黄铜（Cu）等。
混合陶瓷球轴承 陶瓷球特别是氮化硅球具有低密度、高硬度、低摩擦系数，耐磨、自润滑及刚性好等特点，特别适合做高速、高精度及长寿命混合陶瓷球轴承的滚动体（内外圈为金属）。一般内外圈采用轴承钢（GCr15）或不锈钢（AISI440C），陶瓷球可选用ZrO2，Si3N4，或SiC材料。 陶瓷轴承的安装及注意事项 安装轴承时，必须在淘气的端面圆周上施加均等的压力，为将套圈装入，严禁用榔头的呢过重物直接敲击套圈端面以免损坏轴承。 此外，如果对套圈的某一方压入，这安网要在滚动面上造成压痕或擦伤，万不可采用，尤其是将非分离型陶瓷造成同事安装于轴或轴承箱上时，如果所示用垫铁将内外圈均衡的压入。
1、陶瓷轴承具有耐高温、耐寒、耐磨、耐腐蚀、抗磁电绝缘、无油自润滑、高转速等特性。可用于极度恶劣的环境及特殊工况，可广泛应用于航空、航天、航海、石油、化工、汽车、电子设备，冶金、电力、纺织、泵类、医疗器械、科研和国防军事等领域，是新材料应用的高科技产品。 2、陶瓷轴承，套圈及滚动体采用全陶瓷材料，有氧化锆（ZrO2）、氮化硅（SisN4）、碳化硅（Sic）、氧化铝四种。保持器采用聚四氟乙烯、尼龙66，聚醚酰亚氨，氧化锆、氮化硅，不锈钢或特种航空铝制造，从而扩了陶瓷轴承的应用面。如：高速轴承、耐高温轴承、耐腐蚀轴承、防磁轴承、电绝缘轴承等。 1、高速轴承：具有耐寒性、受力弹性小、抗压力大、导热性能差、自重轻、摩擦系数小等优点，可应用在12000转/分~75000转/分的高速主轴及其它高精度设备中； 2、耐高温轴承：材料本身具有耐高温度1200℃，且自润滑好，使用温度在100℃-800℃间不产生因温差造成的膨胀。可应用在炉窑，制塑、制钢等高温设备中； 3、耐腐蚀轴承：材料本身具有耐腐蚀的特性，可应用在强酸、强碱、无机、有机盐、海水等领域，如：电镀设备，电子设备，化工机械、船舶制造、医疗器械等。 4、防磁轴承：因无磁不吸粉尘，可减少轴承提前剥落、噪声大等。可用在退磁设备。精密仪器等领域。 5、电绝缘轴承：因电阻力高，可免电弧损伤轴承，可用在各种要求绝缘的电力设备中。 6、真空轴承：因陶瓷材料独具的无油自润滑特性，在超高真空环境中，可克服普通轴承无法实现润滑之难题。注：本公司所提供的以上五种类别轴承，同一套轴承可应用到高温、高速、酸碱、磁场、非绝缘中，但因材料性能有所不同（请参阅稀土陶瓷材料性能表）故请客户选择产品时，告之本公司所应用的场合，我们将为您挑选材料最适合的陶瓷轴承。 三、轴承型号列表。 1、深沟球轴承（技术等级为：P4、P5、P6、P0）深沟球轴承，最具代表性的滚动轴承，用途广泛，可承受径向负荷与双向轴向负荷。适用于高速旋转及要求低噪声、低振动的场合或钢质轴承所不能应用的高温、高寒、腐蚀、磁场、非绝缘等领域。 2、调心球轴承调心球轴承的外圈滚道呈球面，自动调心，可补充不同心度和轴挠度造成的误差。用于产生轴与外壳的不同心或轴挠曲部位及高温、低寒、腐蚀、磁场非绝缘等要求的调心部位。注：倾斜度不能超过3度。 3、单列角接触球轴承（技术等级为：P 4、P 5、P 6、P0）角接触轴承适用于高速及高精度旋转，在高温、磁场、水中等不影响其精度，并可承受合成负荷。标准的接触角为15度、30度和40度，接触角越大轴向负荷能力越大，接触角越小轴承可承受径向负荷与单向轴向负荷。一般采取成对安装。请在选购时加以注意。 4、单向推力球轴承单向推力球轴承，是由带有球滚动滚道的垫圈形套圈和组装着球的保
滚动轴承所承受的载荷取决于所支承的轴系部件承担的载荷。右图为一对角接触球轴承反装支承一个轴和一个斜齿圆柱齿轮的受力情况。图中的F re、F te、F ae分别为所支承零件（齿轮）承受的径向、切向和轴向载荷，F d1和F d2为两个轴承在径向载荷F r1和F r2（图中未画出）作用下所产生的派生轴向力。这里，轴承所承受的径向载荷F r1和F r2可以依据 两个角接触球轴承反装的受力分析 （径向反力） F re、F te、F ae经静力分析后确定，而轴向载荷F a1和F a2则不完全取决于外载荷F re、F te、F ae，还与轴上所受的派生轴向力F d1和F d2有关。 对于向心推力轴承，由径向载荷F r1和F r2所派生的轴向力F d1和F d2的大小可按下表所列的公式计算。 注：表中Y和e由载荷系数表中查取，Y是对应表中F a／F r＞e的Y 值 下图中把派生轴向力的方向与外加轴向载荷F ae的方向一致的轴承标为2，另一端则为1。取轴和与其相配合的轴承内圈为分离体，当达到轴向平衡时，应满足：F ae＋F d2＝F d1 由于F d1和F d2是按公式计算的，不一定恰好满足上述关系式，这时会出现下列两种情况： 当F ae＋F d2＞F d1时,则轴有向左窜动的趋势,相当于轴承1被“压紧”,轴承2被“放松”,但实际上轴必须处于平衡位置，所以被“压紧”的轴承1所受的总轴向力F a1必须与F ae＋F d2平衡，即 F a1＝F ae＋F d2 而被“放松”的轴承2只受其本身派生的轴向力F d2，即F a2＝F d2。 当F ae＋F d2＜F d1时,同前理，被“放松”的轴承1只受其本身派生的轴向力F a1， 即F a1＝F d1 而被“压紧”的轴承2所受的总轴向力为: F a2＝F d1－F ae