【技术前沿】应用于更恶劣环境的国外轴承及保持架材料技术-陶瓷轴承,塑料轴承,混合陶瓷球轴承,非标定做各类轴承-佛山凡天轴承有限公司
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【技术前沿】应用于更恶劣环境的国外轴承及保持架材料技术


本文刊登于中国轴协会刊《轴承工业》2019年第9期“技术前沿”栏目P22-27,欢迎订阅纸质杂志或电子版杂志)

摘要:
针对恶劣环境下轴承的工作特点,重点从轴承及保持架材料方面入手,设计并制造满足工况的产品,为客户创造价值。 本文介绍国外轴承公司“应用于更恶劣环境的轴承及保持架材料技术”,为国内轴承行业提供参考。

1.引言

轴承运行的恶劣环境通常指高速、高温、重载、高腐蚀、电磁等工况。这对轴承性能有更高的要求。为了开发出满足市场需求的产品,从轴承设计、材料及工艺、甚至是装配,都必须谨慎处理。本文以英国SMB轴承为例,介绍国外在“更恶劣环境用轴承技术”方面的情况,重点介绍轴承及保持架材料技术。
2 轴承

2.1陶瓷轴承

2.1.1 材料

陶瓷轴承最常用的材料是氧化锆(ZrO2)和氮化硅(Si3N4)。这两种材料都具有优越的耐腐蚀、非磁性、电绝缘等性能。由于这些材料具有低摩擦系数,所以陶瓷轴承可以在无润滑条件下运行。虽然这两种材料都能很好地对抗海水和腐蚀性化学物质,但是二者还有重要区别。

温度:ZrO2轴承可用于高达400oC的环境中,而Si3N4轴承则可用于高达800oC的环境。在这样的高温环境中,轴承应为满装(无保持架)。如果使用合适的保持架,陶瓷还具有低至约200ºC的优异低温性能。

脆性:陶瓷硬度高于钢,但脆性更高,这意味着在有冲击或冲击载荷的地方应小心谨慎。这就是陶瓷轴承的额定载荷和额定转速低于钢轴承的原因。ZrO2的弯曲强度和弹性比Si3N4大,因此,对小冲击负荷和过盈配合有一定的抵抗力。氮化硅不能很好地应对冲击载荷。

膨胀系数:ZrO2的膨胀率类似于钢,Si3N4的膨胀率远远低于ZrO2,因此,应特别注意轴和外壳配合温度的变化。
2.1.2 优缺点
(1)氧化锆(前缀“CCZR”):

·对水、盐水、酸、碱有很好的耐腐蚀性;

·良好的耐极端温度性能,从-190ºC到400ºC(取决于保持架/密封材料);

·非磁性和电绝缘;

·比其他陶瓷具有更高的断裂韧性,因此更适合小冲击载荷;

·膨胀系数与钢相似,因此在高温下与钢轴一起使用不成问题;

* 在有热水或蒸汽的情况下可能降解;

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(由于微信篇幅有限,本文内容有所缩减,文章全文详见中国轴协会刊《轴承工业》2019年第9期“技术前沿”栏目P22-27,欢迎订阅纸质杂志或电子版杂志)
(2)氮化硅(前缀“CCSI”)

·对水、盐水、酸、碱有很好的耐腐蚀性;

·良好的耐极端温度性能,从-210ºC800ºC(取决于保持架/密封材料);

·无磁性、电绝缘,适用于高真空环境;

·比钢或氧化锆轻得多;

* 非常低的热膨胀率,因此考虑轴/外壳适合高温应用;

* 比钢轴承的速度和负载更低;

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(由于微信篇幅有限,本文内容有所缩减,文章全文详见中国轴协会刊《轴承工业》2019年第9期“技术前沿”栏目P22-27,欢迎订阅纸质杂志或电子版杂志)

2.1.3 应用

由于成本较高,陶瓷轴承主要用于其他材料不适用的侵蚀性环境。最常见的应用是需要优异的耐腐蚀性或轴承暴露在极低或极高温度下的场合。
由于陶瓷轴承耐海水腐蚀,因此常用于海洋应用中;也可用于化学工业、食品和饮料工业、氯气系统、薄膜加工设备、燃料装卸设备或与强效化学品接触的地方,因为陶瓷具有耐强酸和强碱的性能;由于是非磁性的,因此适用于MRI扫描仪、磁强计、半导体制造设备或轴承可能暴露在强磁场中的任何地方使用的电机。
陶瓷具有优异的低温和高温稳定性,这意味着可以用于深空和低温以及熔炉应用。陶瓷套圈的圆度不如高精度钢轴承好,而且材料更易碎,因此全陶瓷轴承不适用于高速应用,

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(由于微信篇幅有限,本文内容有所缩减,文章全文详见中国轴协会刊《轴承工业》2019年第9期“技术前沿”栏目P22-27,欢迎订阅纸质杂志或电子版杂志)
2.2  塑料轴承
2.2.1 材料
塑料轴承通常由缩醛树脂(POM-C)制成。塑料轴承具有非磁性、较高的耐水及多种化学物质的性能。
带尼龙保持架的缩醛树脂轴承不宜长期在低于-40oC和高于100oC的环境中运行。PEEK可作为替代材料,用于需要更高的耐腐蚀性或更极端的温度环境。如果滚珠和保持器材料合适,PEEK允许轴承在-70oC和250oC之间运行。PTFE(聚四氟乙烯)的额定载荷低于其他材料,但在-70oC以下具有更好的低温性能。
作为塑料材料,缩醛树脂具有很高的强度和硬度,但仍然比钢软得多,因此这种轴承仅适用于低负荷和低速度。此外,它们的制造公差与钢制轴承不同,属于半精密轴承。缩醛树脂、PEEK、PTFE及很多其他塑料都具有较低的摩擦系数,所以塑料轴承不需要润滑。
2.2.2 优缺点
(1)缩醛树脂/POM-C(前缀“AC”)

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