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滚动轴承 |
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滚动轴承：新材料和新的加工技术 |
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作者：Hubert Koettritsch |
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由于新材料和新的加工技术的开发，滚动轴承的性能和寿命进一步提高。
谈到滚动轴承这个话题，人们就会想到创新性的技术。在这个领域，由于在材料和加工技术方面也在不断改进，有可能研制出具有更好性能的轴承，同时也可能不断提高轴承寿命。
SKF公司开发出一系列新技术，使用这些技术研制出了创新性的产品。由于制造技术上的改进以及质量控制方面的新知识和微观几何学结构设计方面的进展，新一代滚动轴承的寿命可以提高3倍。名称为VC 444 的材料的结构组织进行了增氮处理。用这种材料制造的轴承特别耐腐蚀，因此可以在侵蚀性很强的环境下使用。此外，这种轴承的韧性很高，这会对其寿命起着积极的影响。
对于黄铜这种制造较大的轴承滚珠保持器的标准材料来说，本来就很少的铅含量得到了进一步的明显降低，其连带的作用使轴承保持器的耐磨性得到了提高。在黄铜保持器的成形方面，其几何形状得到了优化，使得滚珠在凹槽中能更好地导向。由此可以达到更高的运转精度，并且降低了运行温度。
聚醚醚酮是黄铜的有力竞争者
SKF公司在寻找具有较高的热变形稳定性的新型塑料的过程中发现了聚醚醚酮（PEEK），这是一种分晶体的热塑性塑料，它在一定的尺寸范围内成为实心的黄铜轴承保持器的真正的竞争者。和黄铜保持器相比，PEEK材料的重量较轻，摩擦配合性较好，而且其运行温度进一步降低，这样，它的应用范围更扩大了。
陶瓷也越来越多地用作轴承材料。如果观察一下陶瓷的性能状况，就发现它几乎可以满足设计者的任何愿望。陶瓷具有较高的硬度和弹性模量、较小的密度，因此惯性力较小。它还具有较低的摩擦系数、很好的耐腐蚀性和耐化学侵蚀性、很好的电绝缘性和很小的膨胀系数。使用陶瓷滚动体（混合轴承），再配上PEEK轴承保持器，就可能实现在转速范围方面的全新突破。
电气机械上的滚动轴承应该不导电（混合轴承）
Insocoat（绝缘涂层）轴承和混合轴承是SKF公司解决电侵蚀问题的两种轴承方案。Insocoat轴承是一种带电绝缘陶瓷涂层的滚动轴承，将这种涂层选择性地涂敷到轴承外圈的外壳面和侧面或者孔中，以及涂敷到内圈的侧面上。标准结构的标称为100μm厚的氧化铝涂层可以耐受高达1000V的直流电压。这时的电阻至少为50MΩ。实验室的试验表明，击穿电压在300V直流电压以上。绝缘层用等离子喷涂法涂敷到轴承部件的表面上，通过适当的预处理和后处理就产生了高质量和高密度的涂层。陶瓷表面的隔离密封保证了它可以在潮湿的环境下使用。Insocoat 轴承的结构形式有单列的凹槽滚珠轴承和单列的滚柱轴承，有各种常用的尺寸。其他种类和尺寸的轴承可以按照需求提供。混合轴承的轴承圈是用滚动轴承钢制造的，而滚动体则是用氮化硅制造的，这是一种高强度、低比重的陶瓷材料。在混合轴承上，滚动体可以阻止电流通过轴承。由于和钢珠相比，陶瓷滚动体的质量较小，混合轴承特别适于高转速的应用。其他的优点还有摩擦较小、弹性模量较高以及热膨胀系数较低等。
混合轴承适用于风力发电装置
图1 SKF公司在混合轴承方面目前正在研制在风力发电装置上使用的X型大型轴承
SKF公司在混合轴承方面目前正在研制在风力发电装置上使用的X型大型轴承（图1）。带有无磨耗涂层的SKF轴承，由于其具有摩擦小和可降低磨损的性能，可以在极端的操作条件下工作，如载荷突然变化、高转速低摩擦或缺乏润滑的条件等。无磨耗涂层比常用的轴承钢的硬度要高40%～80％，它具有摩擦小和在200℃的温度下的热稳定的性能。这种带涂层的轴承具有较长的寿命，即使润滑剂很少也可以可靠地工作，并且能够在高度污染的环境下工作（图2）。特殊的高科技的应用需要具体的解决方法：应该取消轴承润滑剂的使用。SKF公司为此目的专门研制了可以满足此种需求的材料和涂层的综合方案（NiP, MoS2）。
图2 带有无磨耗涂层的轴承，具有摩擦小和可降低磨损的性能，可在极端的操作条件下工作
在圆周上的霍耳（Hall）元件可以提高操作安全性
SKF传感器轴承装置是一种将传感器和轴承功能结合在一起的机械电子部件。SKF公司专门为现代化的电气机械研制了新一代的传感器轴承。无接触的传感器根据霍耳(Hall) 原理进行操作，由带有一体化微处理器的传感器环、脉冲环和盖板组成。
通过在圆周上的霍耳元件的数目和布置的优化，可以保证产生具有高度分辨率的抗干扰的信号以及确保高度的操作安全性。增量输出信号(sin/cos)的分辨率可以根据具体的应用情况进行调节，可以达到2048 脉冲/转。除了转速之外，传感器还可以提供关于旋转方向的信息，还可以选择性地整合安装一个温度传感器。传感器轴承可以根据具体要求进行设计，也可以和标准轴承相结合（图3）。
图3 传感器轴承可以在标准轴承的基础上设计或按照特殊的要求定制设计
MM《现代制造》杂志(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(12/4/2006) |
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