[發(fā)明專利]全碳石墨/混合碳石墨滾動軸承及其制作方法

無效

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• 申請日: 2011-07-11
• 公開（公告）號: CN102384159A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設計）人: 趙聯春;陳淑英
• 申請（專利權）人: 上海斐賽軸承科技有限公司
• 主分類號: F16C19/02
• 分類號: F16C19/02;F16C33/32;F16C33/44;F16C33/62;F16C33/64;F16C33/78;C04B35/52
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發(fā)明涉及特種滾動軸承技術領域，特別涉及一種用碳石墨（碳/石墨/碳石墨—Carbon/Graphite/Carbon?Graphite）制造滾動軸承四大件（外圈、內圈、滾動體和保持器）中的其中部分或全部四件的滾動軸承及其制作方法。

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背景技術

滾動軸承的工作環(huán)境有時非常苛刻—高溫、超高溫、低溫、超低溫、酸堿腐蝕、射線輻射等等，在這種情況下，用鋼材制造軸承并采用流體潤滑顯然不能滿足使用要求，于是就出現了全陶瓷滾動軸承以及混合陶瓷滾動軸承，以期在這些工況下滾動軸承仍能可靠履行減摩和支撐功能。需要說明的是，全陶瓷滾動軸承是指外圈、內圈和滾動體全部由陶瓷制成，混合陶瓷滾動軸承是指外圈、內圈和滾動體不全由陶瓷制成。

雖然全陶瓷滾動軸承/混合陶瓷滾動軸承存在減摩的功效，但是，全陶瓷滾動軸承/混合陶瓷滾動軸承存在下列問題：

（1）陶瓷材料雖然有一定的自潤滑性，但其自潤滑性與石墨等相比，差距很大，且不具備石墨的轉移膜潤滑功能，因此在高溫、超高溫等所有流體潤滑劑都無法勝任的工況下，“干”陶瓷軸承的壽命滿足不了主機的要求；

（2）陶瓷質脆且堅硬，機加工性能很差，對形狀比較復雜的軸承保持器，基本無法用陶瓷材料制造加工，因此，通常所說的全陶瓷軸承也并非四大件均用陶瓷材料制造的滾動軸承；

（3）陶瓷材料的加工制造成本仍然很高。因此，在某些苛刻工況下，陶瓷軸承還不是最佳的選擇，甚至可以說陶瓷軸承根本滿足不了該工況下對軸承運行可靠度和壽命的要求。

隨著碳石墨技術的發(fā)展，使得用碳石墨制造滾動軸承成為可能。

以下先介紹一下碳石墨。碳石墨又稱機械用碳，它的基礎材料可分為：（1）碳質材料：主要由非結晶質（低規(guī)則性）的炭素原料構成，質硬、硬度高、流體潤滑下耐磨性好，在大氣中的氧化開始溫度約300?度；（2）石墨質材料：主要由結晶質的炭素原料構成，質軟硬度低，自潤滑性能好，有良好的耐高溫性能，在大氣中的氧化開始溫度約450度；（3）碳石墨質材料，主要由非結晶炭與結晶炭原料構成，質硬硬度高，自潤滑性能較好，機械強度高，耐磨性能好，耐溫性略低于石墨質材料，在大氣中的氧化開始溫度約400度。采用這些基礎材料，選擇不同的粘結原料、浸漬材料等便可進一步提高碳石墨的機械強度、耐磨性、耐腐蝕性、自潤滑性、不透性和成膜性，通常的浸漬材料有樹脂、鹽和金屬。由于碳石墨良好的耐高溫性、耐低溫性、自潤滑性、耐酸堿腐蝕性和可獲得的高的機械強度，碳石墨已經被廣泛地用來制造滑動軸承（僅包含軸瓦和軸套），獲得了良好的技術效果和經濟效益。

但是因為碳石墨的特性，迄今尚未見到用碳石墨制造滾動軸承的報道。本領域的技術人員雖然知道碳石墨能夠適應非常苛刻的環(huán)境，比如，高溫、超高溫、低溫、超低溫、酸堿腐蝕、射線輻射等環(huán)境，也一直都希望能用碳石墨制成全碳石墨滾動軸承或混合碳石墨滾動軸承，這樣，該些滾動軸承就能克服用鋼材制造軸承并采用流體潤滑不能適用以上苛刻的環(huán)境的缺陷。但是，由于存在以下的技術問題，使得本領域的技術人員認定用碳石墨制造滾動軸承不具有可實施性：

首先，現有的滾動軸承一般包括外圈、內圈、保持器和若干個滾動體，為保證軸承在裝配過程中滾動體不散落和盡可能地提高承載能力，其設計填球角一般均大于180度，這就使得最后1~2粒滾動體的填入需要借助外圈的徑向彈性變形才能實現，這對彈性比較好的鋼制套圈沒有問題，但碳石墨材料較脆，如對對碳石墨外圈整體施加同樣的徑向變形力，就有發(fā)生脆斷的危險，因此對碳石墨外圈，無法采用套圈變形裝填最后1~2粒滾動體法制作滾動軸承。

接著，現有的鋼制滾動軸承往主機中安裝時，一般，外圈與殼體孔過渡或過盈配合，內圈與支撐軸過盈配合。由于鋼材具有一定的彈性，使得現有鋼制滾動軸承與其它部件在徑向上的過盈配合成為可能，但是，用碳石墨制成外圈或內圈時，由于碳石墨的脆性，不宜直接進行徑向過盈安裝。

隨后，由于鋼材具有比較強的熱脹冷縮的特征，因此利用鋼材制成滾動軸承的外圈、內圈和滾動體時，需要在滾動體與內外圈之間具有一個相應的游隙，這些游隙的選擇均有標準可依。而利用碳石墨制成外圈、內圈和滾動體時，軸承游隙的選擇無標準可查，需要進行專業(yè)的針對性計算方能選得適宜的游隙。

最后，現行滾動軸承保持器由金屬材料制成時，一般采取沖壓變形法（塑形變形）進行裝配，由工程塑料制成時，采用彈性變形進行裝配。但碳石墨具有脆性，無法采用現行的塑形變形和彈性變形法進行裝配。