陶瓷轴承是什么?
陶瓷球轴承针对国防工业中恶劣环境下的调整、重载、低温、无润滑工况而开发,是新材料、新工艺、新结构的完美结合。将其转化为民用技术,陶瓷球轴承可以完全覆盖现在的精密、中速以上全钢轴承的所有应用领域。
陶瓷轴承的内径、外径等尺寸均为国家制定钢质轴承的P4、P5、P6级的标准尺寸。因陶瓷材料热胀系数低,传热性能小,弹性衡量小等特点,安装配合需加以注意。
陶瓷球轴承的分类:
按材料分:陶瓷轴承可以分为氧化锆陶瓷轴承、氮化硅陶瓷轴承、复合陶瓷材料轴承。
按结构分:陶瓷轴承可以分为:氧化锆带保持器陶瓷轴承、氮化硅带保持器陶瓷轴承、复合带保持器陶瓷轴承。一般陶瓷轴承的保持器材料以聚四氟乙烯(PTFE)作为标准配置,还可以采用玻璃纤维增强的尼龙66(GRPA66-25),特种工程塑料(PEEK,PI),不锈钢(SUS316、SUS304),黄铜(Cu)等。陶瓷材料保持架因兜孔加工、成型技术等难题,现还较少采用;由于保持器的材料限制针对特种使用场合又开发了无保持器的氧化锆满球全陶瓷轴承和氮化硅满球全陶瓷轴承和复合满球陶瓷轴承。
按材料的完整性分:上面所说到的陶瓷轴承的主要部件内外圈和滚动体多是采用陶瓷材料,就定义为陶瓷轴承;如果轴承的内外圈和滚动体有一部分不是采用陶瓷材料时我们就定义为混合陶瓷轴承。混合陶瓷轴承中运用比较广泛的就是球采用陶瓷材料称为陶瓷球轴承,可分为氧化锆陶瓷球轴承、氮化硅陶瓷球轴承。
不同材料和不同结构的陶瓷轴承和陶瓷球轴承在使用时需要注意的问题也各不相同,具体细节请查询陶瓷轴承和陶瓷球轴承的专业生产厂家获取更多的帮助。
陶瓷轴承的特点:
1、低密度:由于陶瓷滚动体材料密度低,离心载荷小,从而可在更高转速下工作,而且产生热量较少。
2、中等弹性模量:陶瓷滚动体的弹性模量比钢制滚动体高,则轴承的动态刚度提高,但是弹性模量太大会因应力集中而降低轴承的承载能力。
3、热膨胀系数小:热膨胀系数小有助于减小对温度变化的敏感性,从而防止卡死。对混合滚子轴承,可适用的运转速度范围更宽。
4、抗压强度高:抗压强度高是滚动轴承承受高接触应力的需要(对于陶瓷材料,其强度通常是通过三点或四点弯曲试验测得的断裂模量决定)。
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,而且能防止外界硬质粒子和冲击的损伤。
6、良好的抗滚动接触疲劳特性:此性能对轴承滚动体的要求至关重要。
7、剥落失效形式:如果滚动体在工作中失效,则应是疲劳剥落,该实效形式在卡死前有预兆,是一种造成危害最小的实效形式。在一些应用条件较高的应用领域陶瓷材料还具备一些特殊性能。
8、耐高温和稳定性:在高达800℃高温环境中能稳定保持其机械性能。
9、耐腐蚀:在氧化和腐蚀环境,尤其是在反复滚动而挤掉表面油膜的接触区应具有抗氧化和腐蚀稳定性。
(1)、高速轴承:
陶瓷轴承具有耐寒性、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: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,根据自己所应用的场合,来挑选材料最适合的陶瓷轴承。
2、按材料分: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。
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,保持器使用聚四氟乙烯(PTFE)作为标准配置,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能力,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。
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。
陶瓷保持架全陶瓷轴承
陶瓷制保持架具有耐磨损,高强度,耐腐蚀及自润滑的优点,采用陶瓷保持架制造的全陶瓷轴承可使用于极强腐蚀,超高低温及高真空等苛刻环境.常用陶瓷材料为ZrO2,Si3N4或SiC。
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。
3、按技术等级分:
(1)、深沟球轴 陶瓷轴承
陶瓷轴承图册
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:P4、P5、P6、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°、30°和40°,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持架组成。可以承受轴向负荷,但不能承受径向负荷。
1、承载能力高2、耐热性好3、极限转速高4、运转时摩擦升温小5、摩擦损失小6、耐久性高7、耐腐浊性好
更早一些时候的陶瓷轴承使用的是复合氧化铝陶瓷,这种陶瓷的优点就是硬度很高,非常坚硬。另外,还有采用复合氧化硅的,但是使用这种材料的陶瓷轴承的硬度就稍微比氧化铝低一点,这些材料共同的特点就是脆性比较大。现在主要的陶瓷轴承材料使用的是不完全再结晶氧化锆,硬度非常坚硬,虽然这种材料比氧化铝的硬度稍微低一点,但是它的冲击强度是非常非常高的。
目前来说,现在普遍的陶瓷轴承的抗冲击已经不是问题了,普遍的陶瓷轴承都能达到这个标准,现在的主要问题还是没有合适的材料来做保持器。普遍情况是陶瓷轴承报废的情况一般都是保持器的损坏。现在的保持器的材料也是多种多样的,有高密度尼龙的材料,也有金属材料的。但是不论现在是哪种材料,都磨不过陶瓷材料的。
有人说陶瓷轴承贵,那是因为他不了解陶瓷轴承使用特性。陶瓷轴承它的特点是耐腐蚀,抗高温低寒,无油自润滑、无磁电绝缘。 这些是普通钢轴承所达不到的。同时陶瓷轴承的生产成本本身就比传统轴承要高,生产工艺跟传统轴承也不一样。
你的这个疑问早在很多年前就已经有采访过,由于出现的厂家名字太多,这里就不说了,直接总结以下:
首先:我不想贬低国内陶瓷轴承的质量,如果说非常好的质量的陶瓷轴承,国内一些厂家还是无法达标的,那么就要使用品牌轴承,我们在外面买一套小品牌的陶瓷轴承便宜,但是换成品牌的,那么价格将是非常高昂的,记住:是高昂的。
其次:陶瓷轴承运行摩擦力较小,在以20000 rpm运行的工业应用中提供了显着的优势。但当陶瓷轴承只是以300 rpm的转速运作时,效率的细微提升将使你的功率输出产生可忽略的变化,对于大幅增加的成本而言,显然是不值当的。
最后:陶瓷轴承在不需要润滑脂的环境中运转表现十分出色(氮化硅这种结构陶瓷材料本身具有润滑性),加注润滑脂后,陶瓷轴承与ABEC 3、5、7标准的钢球轴承相比,滚动阻力已经相差无几,润滑脂的粘滞力拉平了滚动阻力上的差距。
以上基本都是引用了几个国外的研究者的话,你可以看看,基本是摩擦与成本有特别的关系。