陶瓷球轴承都有哪些优点?
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。
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。
1、按用途分:
(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)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。
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。