[發(fā)明專利]一種超高速磨鉆用微型球軸承的設(shè)計方法

在審

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• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN104033488A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫北奇;葛世東;程俊景;于曉凱;馬小梅;韓濤;張文濤;屈馳飛
• 申請（專利權(quán)）人: 洛陽軸研科技股份有限公司
• 主分類號: F16C19/02
• 分類號: F16C19/02;F16C33/62;F16C33/32;F16C33/44
• 代理公司: 洛陽市凱旋專利事務(wù)所 41112
• 代理人: 陸君

【技術(shù)領(lǐng)域】

????本發(fā)明涉及軸承技術(shù)領(lǐng)域，具體地說本發(fā)明涉及一種超高速磨鉆用微型球軸承的設(shè)計方法。

【背景技術(shù)】

公知的，高速磨鉆微型軸承在工作運轉(zhuǎn)中，手持式高速磨鉆微型軸承工作轉(zhuǎn)速為8萬轉(zhuǎn)/分~30萬轉(zhuǎn)/分，要求軸承在2秒之內(nèi)能夠達(dá)到最高轉(zhuǎn)速30萬轉(zhuǎn)/分，單次使用時間3~5小時，累積壽命大于200小時，在手術(shù)過程中有生理鹽水、人體體液、血液滲入到軸承位置，軸承能耐受酶清洗液浸泡后清水沖洗；能耐受高溫壓力蒸汽（150℃）消毒、消毒液（戊二醛等）浸泡消毒、低溫等離子體消毒環(huán)境滅菌后其性能，壽命，耐腐性無影響；軸承受力為隨機交變載荷，軸承噪音≤60dB，由于軸承工作條件十分苛刻，在實際使用過程中軸承出現(xiàn)了以下幾種失效模式：

①無法達(dá)到最高轉(zhuǎn)速；

②高速下軸承保持架運動不穩(wěn)定導(dǎo)致軸承掉速以及保持架劇烈磨損甚至斷裂；

③軸承在沖擊載荷作用下滾道破壞，無法達(dá)到要求的壽命；

④高速條件下軸承接觸點溫度過高出現(xiàn)表面燒傷；

⑤普通不銹鋼軸承在反復(fù)使用及消毒過程中出現(xiàn)了輕微生銹的現(xiàn)象；

【發(fā)明內(nèi)容】

為了克服背景技術(shù)中的不足，本發(fā)明公開了一種超高速磨鉆用微型球軸承的設(shè)計方法，實現(xiàn)了超高速軸承的壽命由平均40小時提高到200小時以上，滿足了醫(yī)療手術(shù)動力裝置的要求，且提高超高速軸承壽命的目的。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種超高速磨鉆用微型球軸承的設(shè)計方法，包括軸承內(nèi)圈、軸承外圈、保持架、兜孔間隙、引導(dǎo)間隙和滾動體，在軸承內(nèi)圈的外部設(shè)有軸承外圈，多個滾動體設(shè)置在軸承內(nèi)圈與軸承外圈之間的滾道內(nèi)，所述保持架將多個滾動體一一隔開，所述軸承內(nèi)圈和軸承外圈的材質(zhì)為Cronidur30不銹鋼，所述滾動體的材質(zhì)為Si3N4陶瓷球，所述保持架的材質(zhì)為聚酰亞胺復(fù)合材料，并采用ADAMS系統(tǒng)CMD語言開發(fā)參數(shù)化角接觸球軸承剛?cè)岫嘈輨恿W(xué)仿真模塊，通過分析保持架的載荷、變形、溫度的參數(shù)，確定兜孔間隙與引導(dǎo)間隙的比值為D/Y=1.5，兜孔間隙和陶瓷球直徑的比值為D/T=0.09。

所述的超高速磨鉆用微型球軸承的設(shè)計方法，所述D/Y=1.5中的D為兜孔間隙，Y為引導(dǎo)間隙，所述D/T=0.09中的T為陶瓷球直徑。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性：

1、軸承內(nèi)圈1和軸承外圈2的材質(zhì)為Cronidur30不銹鋼材質(zhì)，由于Cronidur30是一種高氮鉻合金鋼，其中的鉻提高了材料的耐腐蝕性，鉬可以防止麻點產(chǎn)生，氮能夠顯著提高耐腐蝕性能，其抗腐蝕性是原軸承內(nèi)外套圈材料9Cr18不銹鋼的100倍；碳和氮又能增加鋼的硬度和耐磨性，其疲勞磨損壽命是普通9Cr18不銹鋼的4倍；通過軸承內(nèi)圈1和軸承外圈2材質(zhì)的改進，解決了軸承在沖擊載荷作用下由于滾道破壞，而無法達(dá)到要求的壽命以及輕微生銹的現(xiàn)象，有效提高了套圈的承載能力，且滿足了軸承內(nèi)圈1和軸承外圈2在交變載荷下的工作可靠性，使超高速軸承的壽命由平均40小時提高到200小時以上，滿足了醫(yī)療手術(shù)動力裝置的要求；

2、將滾動體的材質(zhì)選用Si3N4陶瓷球，由于陶瓷材料的硬度可達(dá)到9Cr18不銹鋼的兩倍，彈性模量是原鋼球9Cr18的1.5倍，因此陶瓷球的承載能力也大大高于不銹鋼球的承載能力，提高了軸承抗交變載荷的能力；由于陶瓷球軸承的工作轉(zhuǎn)速達(dá)到了9Cr18不銹鋼極限轉(zhuǎn)速的1.3倍以上，且解決了不銹鋼軸承經(jīng)常達(dá)不到最高轉(zhuǎn)速的難題；陶瓷球軸承在30萬轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)時的溫升約為9Cr18不銹鋼軸承溫升的60%，在運行中摩擦溫升小，陶瓷球的質(zhì)量約為不銹鋼的40%，超高速運轉(zhuǎn)時，滾動體所受離心力和陀螺力矩小，自旋滑動小，因此摩擦損失明顯低于不銹鋼軸承；Si3N4陶瓷球能抵抗各類無機酸、有機酸的腐蝕，大大提高了軸承的耐腐蝕性；陶瓷球軸承可實現(xiàn)自潤滑，從而提高了對惡劣潤滑環(huán)境的適應(yīng)性；通過滾動體的材質(zhì)的改進，解決了滾道接觸點溫度過高出現(xiàn)表面燒傷、軸承無法達(dá)到最高轉(zhuǎn)速及輕微生銹的現(xiàn)象，提高了超高速軸承在惡劣工作環(huán)境中的適應(yīng)性；