氮化硅陶瓷轴承
氮化硅陶瓷轴承
1.应用背景
高性能氮化硅基结构陶瓷利用其耐磨、耐腐蚀、抗氧化、低比重和高强度等性能作为结构材料广泛用于机械、冶金、化工、交通、能源、环保和纺织等行业，是高性能陶瓷材料最优秀、最有应用前景的结构陶瓷之一。
氮化硅在轴承上最直接的应用是制作混合轴承。球或滚子是氮化硅材料，内外圈由金属制作的轴承称作混合轴承，作为混合轴承的球或其它滚子，氮化硅的应用市场越来越大，下表列出氮化硅陶瓷作为轴承材料的优点及具体应用。氮化硅在磨损时表现出与轴承钢相似的特性，即发生剥落形成麻点，而不是完全破碎，摩擦阻力增加噪音增大，但轴承仍可运转。在贫润滑甚至干运转时，遇材质突然破坏时，也能运转，表现良好的应急状态。
氮化硅陶瓷作为轴承材料的优点及具体应用
性能应用
重量轻
耐磨
耐腐蚀
高扬氏模量绝缘
无磁性
耐高温车床主轴轴承涡流分子泵
牙医用电机轴承真空设备轴承食品工业用轴承航空轴承
体育竞技轴承
混合轴承与钢轴承相比有特殊的优点，例如作为机床主轴轴承具有以下特性：
使用寿命大大增加
高刚性，低振动
高精度，即使有油脂润滑
突然破坏时有前兆，且可维持一定运转
摩擦小因而温升小
在密封工况下，整个使用过程中，润滑维护费用低
混合轴承这些优点主要是由于氮化硅高表面光洁度，刚性大而与滚道接触面积小及氮化硅与钢之间摩擦系数小。混合轴承对润滑条件要求小，对于普通钢轴承有效的油脂润滑、贫润滑直至苛刻的干运转，混合轴承都能完全胜任。
氮化硅陶瓷轴承其它用途举例：
1)利用氮化硅材料的电绝缘性，混合轴承可用于电动汽车而不需另外的绝缘条件。
2)另一个氮化硅轴承很好应用是在航天器主机燃料泵中，混合轴承可以在液氧液氢温度下工作，这时通常的润滑条件是不可能的。
3)由于对润滑条件要求不高，混合轴承可用于不能使用油脂润滑的领域，如激光扫描仪心轴轴承、食品工业或高腐蚀环境的化工泵或仪器中，金属轴承已不能胜任。在磁力泵中，轴承是由酸性介质润滑的，氮化硅的耐腐蚀性发挥了不可替代的作用。氮化硅陶瓷可用于除王水和氢氟酸外的腐蚀介质如磷酸、硫酸、硝酸、盐酸及氢氧化钠水溶液中。在液晶、半导体制造业中，要在弱酸、弱碱液体或蒸汽中清洗元件，这时氮化硅陶瓷轴承就发挥者不可替代的作用。
4)在镀锌工艺中，氮化硅轴承同载体一道通过锌熔体，这里如果用钢轴承寿命只有两星期，氮化硅轴承寿命可延长5-10倍。
2.公司生产的陶瓷轴承球品种
热等静压，气压烧结氮化硅，氧化铝，氧化锆及碳化硅陶瓷精球及毛坯球
3.产品性能
（1）公司生产的氮化硅陶瓷轴承球材料
性能材料CH-30材料CH-25密度,克/厘米3 3.25 3.28
气孔率,体积%<0.1<1
三点抗弯强度（室温）900800
断裂韧性,MPa·m1/266
显微硬度(Hv10),GPa1515
杨氏模量,GPa (室温)310310
热导率,W/m·K (室温)2525
线膨胀系数20-1000oC,10-6K-1 3.2 3.2（2）几种陶瓷材料性能及应用比较
Si3N4Al2O3ZrO2SiC 滚动接触疲劳最好差差差
密度（g/cm3） 3.25 3.90 6.00 3.16
显微硬度(Hv10),GPa15151118
三点抗弯强度（室温）(MPa)900300800400
断裂韧性,MPa·m1/26384
热导率,W/m·K (室温)37105
抗热震性最好一般一般较好
钢Si3N4评价
滚动接触疲劳好最好提高5-10倍
密度（g/cm3）7.6 3.25轻60%
显微硬度(Hv10),GPa715硬度提高1倍以上
弹性模量(GPa)190320刚性好，变形小
最高使用温度(oC)3001000提高700 oC以上
线膨胀系数
12.33低约70%以上
20-1000oC,10-6K-1
（3）氮化硅陶瓷与钢性能比较
钢Si3N4评价
滚动接触疲劳好最好提高5-10倍
密度（g/cm3）7.6 3.25轻60%
显微硬度(Hv10),GPa715硬度提高1倍以上
弹性模量(GPa)190320刚性好，变形小
最高使用温度(oC)3001000提高700 oC以上
线膨胀系数
12.33低约70%以上
20-1000oC,10-6K-1
（4）不同尺寸球在本公司可加工到的精度：
尺寸精度
英寸毫米35102040
0.800??
1.00??
3/64" 1.191??
1/16" 1.588??
2.000??
3/32" 2.381??
2.500??
7/64" 2.778??
3.000??
1/8" 3.175??
3.500??
5/32" 3.969??
4.000??
3/16" 4.763??
7/32" 5.556??
15/64" 5.953??
6.000??
1/4" 6.350??
17/64" 6.747??
7.000??
9/32"7.144??
5/16"7.938??
11/32"8.731??
3/8"9.525??
13/32"10.318??
7/16"11.113??
15/32"11.906??
1/2"12.700??
17/32"13.494??
9/16"14.288??
19/32"15.081??
5/8"15.875??
21/32"16.669??
11/16"17.462??
23/32"18.256??
3/4"19.05??
13/16"20.638??
27/32"21.431??
7/8"22.225??
15/16"23.813?
1"25.400?
1 1/8"28.575?
1 1/4"31.750?
1 5/16"33.338?
1 3/8"34.925?
1 7/16"36.513?
1 1/2"38.100?
1 11/16"42.863?
2"50.800?
三、常见问题问答
1.为什么要用陶瓷球作轴承？
答：陶瓷球具有重量轻、耐磨、耐高温及耐腐蚀等特点，用于制备高速轴承可以提高使用寿命比刚球轴承高5-10倍，可用于高温环境及酸碱腐蚀环境。
2.陶瓷球不是易碎吗？
答：氮化硅陶瓷因为具有高的强度，用其制备的球压碎强度足以承担高速轴承应用及不是特别大载荷应用环境。
3.陶瓷轴承使用温度是多少？
答：一般钢制轴承使用温度在300oC以下，氧化锆全陶瓷满球轴承一般使用温度在400oC以下，氮化硅全陶瓷满球轴承一般使用温度在1000oC以下。
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深沟球轴承尺寸表
深沟球轴承尺寸表 深沟球轴承在工业领域应用的范围比较广，它是滚动轴承中的一种，主要用于承受纯径向载荷，也可以同时承受径向载荷和轴向载荷，摩擦系数很小，极速转速也很高。深沟球轴承除基本型外，还有各种变型结构，如：带防尘盖的深沟球轴承；带橡胶密封圈的深沟球轴承；有止动槽的深沟球轴承；有装球缺口的大载荷容量的深沟球轴承；双列深沟球轴承。 1、带防尘盖的深沟球轴承 标准的带防尘盖深沟球轴承Z型和2Z型两种，一面带防尘盖的是Z型，两面带防尘盖的是2Z型。 带防尘盖的轴承用在单独润滑较为困难、安置润滑油路和检查情况不方便的条件下，轴承在制造厂已填注了定量、定牌号的防锈、润滑两用锂基脂。每套轴承注入的脂量通常是轴承内有效空间的1/4～1/3，也可根据用户要求增减用脂量。注入的润滑脂通常能保证轴承在-40～+120℃的工况下运转。如果用户对轴承还有更高的要求，也可根据情况填注其他性能、牌号的润滑脂。带防尘盖的轴承经过注脂就可长期有效的工作，不需在使用期间再添加润滑脂。 带防尘盖轴承多用于中小型发电机、电动机的转子两端、汽车、拖拉机、空调器、风扇等处，以及对轴承的噪声振动有特别要求的场合。 2、带密封圈的深沟球轴承 标准型带密封圈的深沟球轴承有接触式密封轴承RS型（一面密封）、2RS型（两面密封）和非接触式密封轴承RZ型（一面密封）、2RZ型（两面密封）。 带密封圈的轴承的性能、添脂和用途与带防尘盖轴承基本相同。不同的是带防尘盖轴承的防尘盖与内圈之间有较大间隙，而非接触式密封圈轴承的密封唇与内圈之间间隙很小，接触式密封圈轴承的密封唇与内圈之间没有间隙，密封效果好，但摩擦有所增加。 有低噪声要求的场合，多用60和62系列的较小尺寸的深沟球轴承。不论开式轴承、带防尘盖型或带密封圈型的轴承，都可在订货时提出低噪声、低振动的要求。在我国JB（机械行业标准）中规定了V1、V2、V3各振动等级的低、中、高三个频带的振动允许值。在SKF公司还可提供超低噪声的轴承，这种轴承标有后置代号QE5。 3、有止动槽的和带止动环的深沟球轴承
陶瓷轴承的优缺点
陶瓷轴承的优缺点 陶瓷轴承是一个总称呼，大分两种，全陶瓷轴承和半陶瓷轴承（混合陶瓷轴承），若是在不考虑其它（如转速、寿命、使用环境等）前提条件下，单独就陶瓷轴承的负荷（载荷、承重）来说：同一型号的轴承，轴承钢6204ZZ，基本额定动载荷13.5kN，混合陶瓷轴承 6204ZZC：基本额定动载荷大概在27kN左右，若是全氧化锆陶瓷轴承6204CE,基本额定动载荷大概在2kN左右，单独的陶瓷轴承负荷（载荷、承重）来说是比不上同型号规格的轴承钢轴承或是混合陶瓷轴承。 但若是综合使用环境来说，陶瓷轴承有以下几点明显优势： 陶瓷轴承的优缺点： 陶瓷轴承原子结构，非金属固有的共价键。这意味着它们共享电子，此原子有强烈的吸附力，由于这个原因，陶瓷轴承提供一些好的性能比金属轴承。它们通常有很高的硬度，有弹性，轻巧。这意味着在形状改变时，负荷与提高耐磨特性一起应用。 陶瓷轴承运行免润滑。这是因为陶瓷材料不微焊接。微焊接发生时，通常与金属，当滚动元件和滚道表面上的瑕疵与另一种引起电弧相互作用。这降低了表面并大大降低了轴承的寿命。陶瓷材料不具有这样的问题，这使得它们适合于需要一个自由润滑油环境的各种应用。他们通常在高温下这意味着有较少的热膨胀以稳定的方式行事。
它需要大量的更多的能量，以增加一个共价键的键长相比，金属离子键。 陶瓷是非金属的，非铁材料。当暴露于水和其它有害化学品它们不以同样的方式作为金属腐蚀。它们的高的耐蚀性的允许它们在潮湿和化学腐蚀环境中优异的性能。许多工程陶瓷也具有低的密度，导致在轴承'工作速度，这是改善由于低向心力和减少摩擦。由于缺乏在大多数陶瓷自由电子，它们是非磁性和优良的绝缘体。研究陶瓷轴承，当人们可能会注意到的第一件事情是，他们基本上比金属更加昂贵。有许多原因。 有与以达到高档原料烧结过程所需要的温度所需要的大量的能量有关极高能量和加工成本。由于陶瓷是这么辛苦，加工和磨削成本制造精密轴承时迅速增加。所有这一切都必须在一个干净的环境中具有熟练的劳动力来完成。陶瓷是在他们的毛孔杂质难以置信的敏感，所以任何污染物可能会导致过早失效。随着尺寸的增加，价格也增加了指数，因为成本高，加工方法的要求。这些包括，以克服在生坯的温度梯度，均匀施加压力的量在较大体积和所得机器成本需要较慢的烧结过程。 陶瓷轴承具有较低的承载能力相比，金属和对热冲击敏感。热冲击是当材料内的温度梯度会导致不同的膨胀，这会导致内部应力。这种压力可以超过这样的材料形成裂纹的实力。
轴承型号含义说明
滚动轴承型号含义 现在网络上一般所写的轴承型号含义的文章都为介绍的滚动轴承型号含义的文章，滚动轴承型号含义一般有3部分组合：基本代号、前置代号和后置代号，关于这部分内容航五瑞在以前的文章中写过一篇“”，可以参考，这篇文章主要介绍了滚动轴承的基本代号构成，类型代号、尺寸系列代号和内径代号。在这里补充一下常见的滚动轴承前置代号和后置代号含义： 常见轴承前置代号含义 ?L：可分离轴承的可分离内圈或外圈 ?R：不带可分离内圈或外圈的轴承（滚针轴承仅适用于NA型） ?K：滚子和保持架组件 ?WS：推力圆柱滚子轴承轴圈 ?GS：推力圆柱滚子轴承座圈 ?F：凸缘外圈的向心球轴承（仅适用于内径小于等于10mm） ?KOW-：无轴圈推力轴承 ?KIW-：无座圈推力轴承 ?LR：带可分离的内圈或外圈与滚动体组件轴承 轴承后置代号含义 轴承的后置代号一般表示轴承的内部结构、密封、外部形状变化、保持架结构、轴承材料改变、公差等级、游隙代号、配置等内容，下面分别介绍。轴承内部结构代号含义
轴承保持架代号含义，包括了保持架材料、结构等内容。 1，轴承保持架材料 ?F：钢、球墨铸铁或粉末冶金实体保持架，用附加数字表示不同的材料。 ?F1：碳钢； ?F2：石墨钢； ?F3：球墨铸钢； ?F4：粉末冶金。 ?Q：青铜实体保持架，用附加数字表示不同的材料。 ?Q1：铝铁锰青铜； ?Q2：硅铁锌青铜； ?Q3：硅镍青铜； ?Q4：铝青铜。 ?M：黄铜实体保持架。 ?L：轻合金实体保持架，用附加数字表示不同的材料。 ?L1：LY11CZ ?L2：LY12CZ ?T：酚醛层压布管实体保持架。 ?TH：玻璃纤维增强酚醛树脂保持架（筐型）。
机械设计课程设计轴承的设计及校核
第七章轴承的设计及校核 7.1轴承种类的选择 查《机械设计课程设计手册》第二版吴宗泽罗圣国主编高等教育出版社出版P62 滚动轴承由于采用两端固定，采用深沟球轴承。型号为6303和6300。 7.2深沟球轴承结构 深沟球轴承一般由一对套圈，一组保持架，一组钢球组成。其结构简单，使用方便，是生产最普遍，应用最广泛的一类轴承。 该类轴承主要用来承受径向负荷，但也可承受一定量的任一方向的轴向负荷。当在一定范围内，加大轴承的径向游隙，此种轴承具有角接触轴承的性质，还可以承受较大的轴向负荷。 深沟球轴承装在轴上以后，可使轴或外壳的轴向位移限制在轴承的径向游隙范围内。同时，当外壳孔和轴（或外圈对内圈）相对有倾斜时，（不超过8~—16~根据游隙确定）仍然可以正常地工作，然而，既有倾斜存在，就必然要降低轴承的使用寿命。 深沟球轴承与其它类型相同尺寸的轴承相比，摩擦损失最小，极限转速较高。在转速较高不宜采用推力球轴承的情况下，可用此类轴承承受纯轴向负荷。如若提高其制造精度，并采用胶木、青铜、硬铝等材质的实体保持架，其转速还可提高。 型号 内径d 外径D 宽度B 倒角r 额定负荷kN 钢球极限转速rpm 重量 kg mm inch mm inch mm inch mm inch 动态静态数量大小油脂油 635 5 .1969 19 .7840 6 .2362 0.3 .012 2.34 0.885 9 2.381 34000 40000 0.008 6300 10 .3937 35 1.3780 11 .4331 0.6 .024 8.20 3.50 7 6.350 15000 21000 0.053
陶瓷滚动轴承
第一，由于陶瓷几乎不怕腐蚀，所以，陶瓷滚动轴承适宜于在布满腐蚀性介质的恶劣条件下作业。 第二，由于陶瓷滚动小球的密度比钢低，重量更要轻得多，因此转动时对外圈的离心作用可降低40%，进而使用寿命大大延长。 第三，陶瓷受热胀冷缩的影响比钢小，因而在轴承的间隙一定时，可允许轴承在温差变化较为剧烈的环境中工作。 第四，由于陶瓷的弹性模量比钢高，受力时不易变形，因此有利于提高工作速度，并达到较高的精度。 能够在高温、高速、深冷、易燃、易爆、强腐蚀、真空、电绝缘、无磁、干摩擦等特殊工况下工作 （1）、高速轴承：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。 氧化锆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。 氮化硅全陶瓷轴承套圈及滚动体采用氮化硅（Si3N4）陶瓷材料，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。
深沟球轴承设计
深沟球轴承设计计算 Ⅰ.编制说明: 1.沟道曲率半径必须满足Rimax<,Remax<,且Rimax 9. JB/T 10239-2001 滚动轴承零件冲压保持架技术条件 10. CSBTS 滚动轴承零件深沟和角接触球轴承套圈公差 11. CSBTS 深沟和角接触球轴承套圈沟形公差 12. CSBTS 深沟及角接触球轴承套圈沟道圆形偏差 设计轴承型号：6020 一. 轴承的基本(外形)尺寸的确定 依据型号算d,查GB(GB 276-1994,GB 274-2000) 可知D、B、r 轴承公称内径d=(mm) 轴承公称外径D=(mm) 轴承公称宽度T=(mm) 轴承单向最小倒角rsmin=(mm) 二、滚动体直径的设计 钢球直径Dw按下式计算: Dw=Kw (D-d) Kw分档取值见表1,Dw的取值精度为. 计算出Dw后,应从表2中选取接近计算值的标准钢球尺寸. 表1 Kw值 直径系列 100200300400 d(mm) d≤35~~~~ 35＜d≤120~~~~ 20＜d≤240~~~~ 标准钢球直径Dw mm 见GB/T 308-2002 滚动轴承钢球钢球与保持架中心圆直径Dwp da da Da ra min max max max ZRO2SI3N4 POM 684CE 9 2.50.1 4.8/8.20.10.00050.00030.0001P684694CE 1140.15 5.2/9.80.150.00130.00070.0003P694604CE 1340.2 5.6/10.40.20.00170.00090.0004P604624CE 1650.2 5.6/11.40.20.00230.00130.0006P624634CE 1650.36/140.30.00400.00220.0010P634685CE 1130.15 6.2/9.80.150.00090.00050.0002P685695CE 1340.2 6.6/11.40.20.00190.00100.0005P695605CE 1450.2 6.6/12.40.20.00270.00150.0007P605625CE 1650.37/140.30.00380.00210.0010P625635CE 1960.37/170.30.00660.00360.0016P635686CE 13 3.50.157.2/11.80.150.00150.00080.0004P686696CE 1550.27.6/13.40.20.00300.00160.0007P696606CE 1760.38/150.30.00460.00250.0011P606626CE 1970.38/170.30.00630.00340.0016P626636CE 2290.38/200.30.01080.00580.0027P636687CE 14 3.50.158.2/12.80.150.00170.00090.0004P687697CE 1750.39/150.30.00400.00220.0010P697607CE 1960.39/170.30.00590.00320.0015P607627CE 2270.39/200.30.00980.00530.0024P627637CE 2690.39/240.30.01850.01000.0046P637688CE 1640.29.6/14.40.20.00250.00140.0006P688698CE 1960.310/170.30.00560.00300.0014P698608CE 2270.310/200.30.00930.00500.0023P608628CE 2480.310/220.30.01300.00720.0033P628638CE 2890.310/260.30.02200.01200.0054P638689CE 1740.210.6/15.40.20.00270.00150.0007P689699CE 2060.311/180.30.00650.00350.0016P699609CE 2470.311/220.30.01100.00600.0028P609629CE 2680.311/240.30.01500.00810.0038P629639CE 30100.613/260.60.02800.01500.0070P6396800CE 1950.31212170.30.00380.00220.0010P68006900CE 2260.31212.5200.30.00850.00490.0017P69006000CE 26 8 0.3 12 13 24 0.3 0.0146 0.0085 0.0035 P6000 67深沟球轴承尺寸表 size of angular contact ball bearing 轴承型号外型尺寸（mm)相关安装尺寸重量 轴承型号 d(内径）D(外径)B(厚度)r 参考（kg)4 58910 轴承型号大全 混合陶瓷球轴承 陶瓷球特别是氮化硅球具有高硬度、低密度、低摩擦系数，耐磨、自润滑、抗磁电绝缘及刚性好等特点，特别适合做高精度、高速以及长寿命混合陶瓷球轴承的滚动体（内外圈为金属）。一般内圈、外圈采用轴承钢（GCr15）或者不锈钢（AISI440C或316304），陶瓷球可选用Si3N4，ZrO2或SiC材料。 混合陶瓷球轴承特性： 1、自润滑：即使润滑条件很差或在无润滑状态下，陶瓷轴承独特的自润滑功能也可以保证轴承的正常工作。 2、高速：由于相对滑动、磨损量和发热量大大减少，油雾润滑最高可达到350万DN，脂润滑最高可达到120万DN。 3、高刚性：陶瓷材料的弹性模量比轴承钢约高50%，从而大大提高了轴承的刚性。 4、耐腐蚀：具有很好的耐腐蚀性能，在腐蚀性条件下也能够正常工作。 5、重量轻：陶瓷材料比钢轻60%，从而大大减少了离心力和轴承的整体重量。 6、长寿命：在适宜的工作环境下陶瓷轴承的寿命是全钢轴承的3到5倍。 7、耐磨损：陶瓷材料硬度高达HV1700，从而大大提高了轴承耐磨损的性能。 混合陶瓷球轴承主要用途： 混合陶瓷球轴承主要应用于低温工程、印刷机械、医疗器械、光学仪器、高速电机、高速机床、食品加工机械。 氮化硅全陶瓷轴承 氮化硅全陶瓷轴承套圈以及滚动体采用的是氮化硅（Si3N4）陶瓷材料，保持器使用的是聚四氟乙烯（PTFE）作为标准配置，一般也可使用PEEK，PI，GRPA66-25以及酚醛夹布胶木管等。SiN4制全陶瓷轴承与ZrO2材料相比可适用于更高转速及负荷能力，以及更高的环境温度。同时还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。 特性： 1、高速：具有受力弹性小、抗压力大、耐寒性、导热性能差、摩擦系数小、自重轻等优点，可应用在12000转/分~75000转/分的高速主轴以及其它高精度设备中。 2、防磁：因无磁不吸粉尘，可以减少轴承提前剥落、噪声大等问题。可用在精密仪器、退磁设备等领域。 3、耐高温：材料本身具有耐高温1200℃，且自润滑好，使用温度在100℃-800℃间不会产生因温差造成的膨胀。可应用在炉窑、制钢、制塑等高温设备中。 4、真空：因陶瓷材料独具的无油自润滑特性，在超高真空环境中，氮化硅全陶瓷轴承可克服普通轴承无法实现润滑难题。 5、耐腐蚀：材料本身具有耐腐蚀的特性，可应用在强酸、强碱、有机盐、无机、海水等领域，如：电子设备，电镀设备，船舶制造、化工机械等。 6、电绝缘：因电阻力高，可以免电弧损伤轴承，可用在各种需要绝缘的电力设备中。 型号内径外径厚度型号内径外径厚度型号 内径外径厚度型号内径外径厚度型号 内径外径厚度60227 3.562331046333135691 1.55268113160339562441356344165692263681 1.5426044124625516563551966933846822526055145626619663662276944114683373606617662772276377269695513468449460771966288248638828969661556855115608822762992686399301069771756866135609924762001030963001035116988196687714560001026862011232106301123712699920668881656001122886202153511630215421369001022668991756002153296203174012630317471469011224668001019560031735106204204714630420521569021528768011221560042042126205255215630525621769031730768021524560052547126206306216630630721969042037968031726560063055136207357217630735802169052542968042032760073562146208408018630840902369063047968052537760084068156209458519630945100256907355510680630427600945751662105090206310501102769084062126807354776010508016621155100216311551202969094568126808405276011559018621260110226312601303169105072126809455876012609518621365120236313651403369115580136810506576013651001862147012524631470150356912608513681155729601470110206215751302563157516037691365901368126078106015751152062168014026631680170396914701001668136585106016801252262178515028631785180416915751051668147090106017851302262189016030631890190436916801101668157595106018901402462199517032631995200456917851201868168010010601995145246220100180346320100215476918901251868178511013602010015024622110519036632110522549691995130186818901151360211051602662221102003863221102405069201001402068199512013602211017028622412021540632412026055692110514520682010012513型号内径外径厚度型号内径外径厚度型号内径外径厚度型号内径外径厚度型号内径外径厚度671121MR5225 2.5R1-4 1.984 6.350 3.571160001028862200103014672242MR6226 2.5R1-5 2.3807.938 3.57116001122876220112321467336 2.5MR72273R133 2.380 4.762 2.38016002153286220215351467447 2.5MR82 2.58 2.5R144 3.175 2.380 2.77916003173586220317401667558 2.5MR63362R2-5 3.1757.938 3.5711600420428622042047186766103MR6336 2.5R2-6 3.1759.525 3.5711600525478622052552186777113MR8338 2.5R155 3.9677.938 3.175160063055962206306220678812 3.5MR83383R156 4.7627.938 3.175160073562962207357223679914 4.5MR9339 2.5R166 4.7629.525 3.175160084068962208408023670010154MR93394R168 6.3509.525 3.1751600945751062209458523670112184MR74472R188 6.35012.700 3.1751601050801062210509023670215214MR7447 2.5R18107.93812.700 3.967629001022763000102612670317234MR84482R2 3.1759.525 3.967628001019663001122812670420274MR84483R2A 3.17512.700 4.366638001019763002153213670525324MR1044103R3 4.76212.700 4.978638011221763003173514670630374MR1044104R3A 4.76215.875 4.978638021524763004204216670735445MR85582R4 6.35015.875 4.978638031726763005254716670840506MR8558 2.5R4A 6.35019.0507.412620001030963006305519670945556MR9559 2.5R69.52522.2257.4126200112281063007356224671050626MR95593R812.70028.5757.93860/2222441263008406821671155687MR1055103R1015.87534.9258.73162/2222501462300103517MR1177113MR1055104R1219.05041.27511.11363/2222561662301123717MR1377134MR1155114R1422.22547.62512.70060/2828521262302154217MR128812 2.5MR106610 2.5R1625.40050.80012.70062/2828581662303174719MR128812 3.5MR1066103R1828.57553.97512.70063/2828681862304205221MR148814 3.5MR1266123R2031.75057.15012.70060/3232581362305256224MR1488144MR1266124R2234.92563.50014.28862/3232651762306307227MR137 713 3 MR117 711 2.5 R24 38.10063.500 14.288 63/32 327520 62307 358031 633系列691系列681系列附： 常规深沟球轴承尺寸对照表(供参考) 671系列MR系列 R型英制系列薄壁系列 加厚系列 602系列623系列 陶瓷轴承在中国市场的可行性分析 一、引言 陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件，由于具有金属轴承所无法比拟的优异性能，近年来，在国计民生的各个领域中得到了日益广泛的应用。在航空航天、核工业、石油工业、化学工业、轻纺工业、食品工业、高速机床等高温、高速、耐腐蚀、真空、电绝缘、无磁、干摩擦的特殊环境下，陶瓷轴承不可或缺的替代作用正在被人们逐渐地认识。随着加工技术的不断进步，工艺水平的日益提高，陶瓷轴承的成本不断下降，已经从过去中在一些高精尖类领域小范围内应用，逐步推广到可以接受的程度，陶瓷轴承大面积应用的时代已经到来。 二、陶瓷轴承在国外的发展历程 六十年代初，研究者发现工程陶瓷具有作为轴承材料的优良性能，如耐高温、耐腐蚀、耐磨、硬度高、密度小、热膨胀系数小、自润滑性好等，但陶瓷材料的弹性模量大，会增加轴承滚动体作用在内外圈上的接触应力，降低了轴承的使用寿命。研究者对陶瓷材料的各种性能进行了大量的试验研究，认为在所有的陶瓷材料中热压氮化硅最适于作为轴承材料。 七十年代，材料专家们把探索新型轴承材料的注意力由全部陶瓷材料集中到氮化硅陶瓷材料上。Scot t 、Dalal 等人认为：氮化硅是一种可湿润且能使润滑油在轴承中形成适当厚度油膜的材料，在不润滑时热压氮化硅陶瓷是最耐磨的材料, 在高温下使用固体润滑剂可消除热压氮化硅材料的磨损，在重载润滑条件下热压氮化硅作为轴承材料不比轴承钢好。在相同应力条件下，氮化硅混合轴承的使用寿命L 10比其他陶瓷混合轴承寿命L 10要大许多倍。氮化硅陶瓷球的疲劳破坏形式与轴承钢疲劳破坏形式相似，都为疲劳剥落，而非断裂破碎。在混合轴承性能方面，Parker 等人认为由于氮化硅弹性模量高、密度小，分别对内、外圈影响，这样混合轴承内圈使用寿命的减小值大于其外圈使用寿命的增加值，最终使混合陶瓷轴承总的使用寿命降低；混合轴承在轻载和高速下其使用寿命相对于钢轴承会有所改善；对于氮化硅滚动体来说，滚动体表面加工质量的好坏对其疲劳寿命、耐腐蚀性和耐磨性有很大影响，同时，混合陶瓷轴承的寿命也受到钢制套圈滚道寿命的限制。 进入八十年代，对陶瓷轴承的研究日益加深、加宽。1982 年美国润滑工程协会的Mo rrison 等人对混合轴承的使用寿命进行研究，认为混合陶瓷轴承的寿命仍然是载荷的指数函数，寿命指数的最大似然估计值为4 .29，而钢轴承寿命公式中寿命指数值为3，这说明混合轴承的寿命比钢轴承对外载荷的依赖性大。日本机械部的菊地滕男等人在1983 年对混合陶瓷轴承和全陶瓷轴承作了疲劳试验，得出如下结论：①常压烧结碳化硅、氮化硅和热压碳化硅不适合作轴承材料；②热压氮化硅陶瓷寿命相当于或好于轴承钢的寿命，如果保证陶瓷材料具有良好的微观结构和表面质量可提高其性能，轴承的破坏形式是疲劳剥落；③常压和热压材料的损伤形状无明显区别，和寿命长短也没有联系；④在运行中，陶瓷套圈滚道表面变形极小，特别是热压氮化硅陶瓷材料几乎没有变形。他们 同时得出热压氮化硅陶瓷球疲劳寿命L 与赫兹应力P 的关系: n mox L P -∞ , 其中n =16 .0。 1987年日本的藤原孝志在轴承材料的疲劳试验中研究了氮化硅陶瓷材料的额定静负荷，结果表明氮化硅陶瓷材料的额定静载荷比轴承钢的额定静载荷要大，同时藤原孝志讨论了陶瓷材料和轴承钢的接触应力，认为在接触区内的应力都是压应力，而在接触区外, 沿接触区的径向上产生的是拉应力, 最大拉应力产生在接触界线上。1989 年Zaretsky 又在总结前人试验成果的基础上，对陶瓷轴承做了进一步研究，得出如下结论：①氮化硅陶瓷轴承的寿命比钢轴承的寿命长，但全氮化硅陶瓷轴承的额定动负荷仅为同型号钢轴承的5~20%；②对大部分陶瓷来说，混合轴承的寿命比同型号钢轴承寿命低，原因是其弹性模量比轴承钢的大；③轴承能量的损失和热量的产生不仅依赖于轴承材料本身的性质，更主要的是依赖于单个轴承的设计和运行状态；④陶瓷滚动体的寿命与温度指数函数的倒数成正比(L ∞1/△T m )。对氧化铝来说，当试验温度在1366K 时， m =1.8；⑤全陶瓷轴承在无润滑剂和664K 深沟球轴承设计院系：机电工程学院 专业：数控 班级：数控133 姓名：夏天驰 学号：1302313132 指导老师：杨咸启 前言 是滚动轴承中最为普通的一种类型。基本型的深沟球轴承由一个外圈，一个内圈、一组钢球和一组保持架构成。深沟球轴承类型有单列和双列两种，单列深沟球轴承类型代号为6，双列深沟球轴承代号为4。其结构简单，使用方便，是生产最普遍，应用最广泛的一类轴承[1]。 深沟球轴承 编辑本段工作原理 深沟球轴承主要承受径向载荷，也可同时承受径向载荷和轴向载荷。当其仅承受径向载荷时，接触角为零。当深沟球轴承具有较大的径向游隙时，具有角接触轴承的性能，可承受较大的轴向载荷，深沟球轴承的摩擦系数很小，极限转速也很高[1]。 编辑本段轴承构造 深沟球轴承结构简单，与别的类型相比易于达到较高的制造精度，所以便于成系列大批量生产，制造成本也较低，使用极为普遍。深沟球轴承除基本型外，还有各种变型结构，如：带防尘盖的深沟球轴承，带橡胶密封圈的深沟球轴承，有止动槽的深沟球轴承，有装球缺口的大载荷容量的深沟球轴承，双列深沟球轴承。 编辑本段轴承类型 1、单列深沟球轴承 2、带防尘盖的单列深沟球轴承 3、带防尘盖、密封圈的单列深沟球轴承 4、外圈上有止动槽及止动环的单列深沟球轴承 5、有装球缺口的深沟球轴承 6、双列深沟球轴承 编辑本段轴承特性 深沟球轴承是最具代表性的滚动轴承，用途广泛。适用于高转速甚至极高转速的运行，而且非常耐用，无需经常维护。该类轴承摩擦系数小，极限转速高，结构简单，制造成本低，易达到较高制造精度。尺寸范围与形式变化多样，应用在精密仪表、低噪音电机、汽车、摩托车及一般机械等行业，是机械工业中使用最为广泛的一类轴承。主要承受径向负荷，也可承受一定量的轴向负荷。选取较大的径向游隙时轴向承载能力增加，承受纯径向力时接触角为零。有轴向力作用时，接触角大于零。一般采用冲压浪形保持架，车制实体保 深沟球轴承设计方法 1外形尺寸 1.1轴承的基本尺寸d、D、B按GB/T 273.3的规定 1.2装配倒角r1、r2按GB/T 274的规定 2主参数的设计方法 2.1 钢球直径Dw Dw=Kw（D-d）取值精度0.001 为保证钢球不超出端面，要考虑轴承宽度B。 Kw取值见表1 表1 Kw值 2.1.1 常见钢球直径可查GB/T 308 2.1.2 计算出Dw后，应从中选取最接近计算值的标准钢球值，优先选非英制。 2.2 钢球中心圆直径P P=0.5（D+d）取值精度0.01 2.3 球数z 式中ψ为填球角，计算时按表2取值 表2 ψ值 2.4额定载荷的计算 2.5最后确定Dw、P、z的原则 2.5.1满足额定载荷的要求。 2.5.2应最大限度的通用化和标准化，对基本尺寸相同或相近的 承应尽可能采用相同的球径、球数。 2.5.3保证保持架不超出端面，对D≤200mm的1、2、3系列轴承要考虑安 防尘盖与密封圈的位置。优化设计时轴承兜孔顶点至端面的距离a b应满足如下要求： D≥52～120 ，a b≥2 ；D≤50 ，a b≥1.50 D＞125～200，a b≥2.5。 2.5.4填球角ψ的合理性。大批生产并需自动装球的轴承ψ角宜取 186°左右，为了使z获得整数并控制ψ角，允许钢球中心径适当加大至最大不得大于P+0.03P。 2.6 实取填球角ψψ=2（z-1）sin-1 （Dw/P） 实取填球角ψ下限不得小于180°，上限应满足下列要求： 8、9、1系列ψ≤195°2系列ψ≤194° 3系列ψ≤193°4系列ψ≤192° 3套圈设计 3.1 内沟曲率半径Ri Ri≈0.515Dw 3.2 外沟曲率半径Re Re≈0.525Dw Ri、Re取值精度0.01，允差见表3 表3 Ri和Re公差（上偏差） 3.3 内滚道直径di di=P-Dw 3.4 外滚道直径De De=P+Dw di和De取值精度0.001，允差见表43 表4 di和De公差（±） 3.5 沟位置a a=a i=a e=B/2 a取值精度0.1，允差见表5 陶瓷轴承： 普通轴承钢AISI52100(GCr15)、不锈钢AISI440(9Cr18)、氮化硅(Si3N4)和氧化锆(ZrO2)四种轴承材料性能对照情况，陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件，由于其具有金属轴承所无法比拟的优良性能，抗高温、超强度等在新材料世界一马当先。近十多年来，在国计民生的各个领域中得到了日益广泛的应用。 主要用途： 陶瓷轴承具有耐高温、耐寒、耐磨、耐腐蚀、抗磁电绝缘、无油自润滑、高转速等特性。可用于极度恶劣的环境及特殊工况，可广泛应用于航空、航天、航海、石油、化工、汽车、电子设备，冶金、电力、纺织、泵类、医疗器械、科研和国防军事等领域，是新材料应用的高科技产品。 陶瓷轴承的套圈及滚动体采用全陶瓷材料，有氧化锆（ZrO2）、氮化硅（Si3N4）、碳化硅（Sic）三种。保持器采用聚四氟乙烯、尼龙66，聚醚酰亚氨，氧化锆、氮化硅，不锈钢或特种航空铝制造，从而扩大陶瓷轴承的应用面。 应用领域： 医疗器械、低温工程、光学仪器、高速机床、高速电机、印刷机械、食品加工机械。 在航空航天、航海、核工业、石油、化工、轻纺工业、机械、冶金、电力、食品、机车、地铁、高速机床及科研国防军事技术等领域需要在高温、高速、深冷、易燃、易爆、强腐蚀、真空、电绝缘、无 磁、干摩擦等特殊工况下工作，陶瓷轴承不可或缺的替代作用正在被人们逐渐地认识。 随着加工技术的不断进步，工艺水平的日益提高，陶瓷轴承的成本不断下降，已经从过去只在一些高、精、尖领域小范围内应用，逐步推广到国民经济各个工业领域，产品市场价格也逐渐接近实用化，达到用户可接受的程度，陶瓷轴承大面积应用的浪潮已经涌来！ 1例： FAG高精系列主要以下几种： （1）双向推力角接触球轴承（主要用于支承机床精密主轴）接触角为60度，公差等级（精度）为SP级（特别精密级），一般选用FAG.L74V油脂。有2344XX 2347XX系列：如：2344 09.M.SP.CM/ CM表示机加工黄铜保持架。 （2）单列角接触球轴承（单列角接触中的通用结构常常成对使用），主要有：X型（面对面），D型（背对背），T型（串联）三种形式，其中较其它品牌特别的是：配置间隙的特别，有UO型与UA型。UA：X和O型布置中轴向游隙减小。UO：X和O型布置中轴向游隙为零。一般使用普通级，特别要求也可提供P5级，有铜保及玻璃纤维两种保持架。如：https://www.360docs.net/doc/c5937487.html,P UO https://www.360docs.net/doc/c5937487.html,P UA （3）单向推力角接触球系列。此为精密轴承。主要用于机床上的滚珠丝杆螺母组件。用于高速场合，接触角60度，一般选用FSG.L135V润滑脂，模压窗式玻璃标准保持架（TVP表示），单个及成对都可使用。有76020XX及76030XX系列如：https://www.360docs.net/doc/c5937487.html,P （4）主轴轴承,是一种特别设计的单列角接触球轴承，主要应用范围是要求导向精度高和转速高的机床主轴。有B70XX，B719XX，B72XX 后缀一般为CTP4 SUL或ETP4 SUL，其中C代表接触角15度，E代表25度，T代表树脂保持架，P4代表精度，UL代表自由组合。该系列中还有特别的，HSS70系列与HSS719型高速轴承及HCS70，HCS719型陶瓷混合轴承，该系列定货时，请具体咨询适用油脂为FAGL74V。 （5）用于机床主轴径向支承的圆柱滚子轴承，主要有：NN30XX系列及NNU49XX系列。如：NN3028ASK MSP A：内部结构改良，S：带油槽油孔，K：1/12锥度，M：铜保持架，SP精度为SP级，间隙为CINA非互换间隙。 例：FAG主轴轴承系列： B71900CTP4SUL-----B71948CTP4SUL B71900ETP4SUL-----B71948ETP4SUL B7000CTP4SUL------B7048CTP4SUL B7000ETP4SUL------B7048ETP4SUL B7200CTP4SUL------B7244CTP4SUL B7200ETP4SUL------B7244ETP4SUL NN3006ASKMSP---NN3096ASKMSP 7602012TVP------7602095TVP 7603020TVP------7603095TVP 234406MSP------234480MSP 234706MSP------234780MSP998-10-25 第三节主轴滚动轴承及其配置型式 常用轴承 滚动轴承 滑动轴承 滚动轴承优点 能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定地工作; 能在无间隙,甚至在预紧的条件下工作; 摩擦系数小,有利于减少发热; 润滑容易,脂或油; 由轴承厂专门生产,可以外购. 滚动轴承缺点 滚动体数量有限,在旋转中径向刚度变化,同时引起振动 阻尼较低 径向尺寸较大 主轴轴承的选用对主轴组件的工作性能有很大的影响. 陶瓷球轴承介绍 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。1.轴承配置：内外圈轴承钢/不锈钢+陶瓷球+PA66/不锈钢保持器 +2RS/ZZ2.高温油脂，3.采用陶瓷球轴承和普通轴承相比的优势： 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。 因为陶瓷球本身具有自润滑性能，所以润滑可以按使用要求，可以有润滑脂也可以不加润滑脂。密封件也是可以按使用要求，决定陶瓷球轴承是否带密封件。保持器也是可以按使用要求是否采用。那么套圈、滚动体是轴承两个不可缺少的要素，当这两个要素不是同一种材料时，就有了混合轴承(Hybrid construction bearing)的说法。当滚动体采用陶瓷材料时就定义为混合陶瓷球轴承(Hybrid construction ceramic ball bearing)。常用的陶瓷球材料有氧化锆（ZRO2）和氮化硅（SI3N4）；常用的套圈材料有轴承钢（GCR15）和不锈铁（440、440C）及不锈钢（304、316、316L）。 按照使用环境、转速、负荷、温度，及使用时的要求，陶瓷球轴承的套圈和滚动体可以由以上材料互相组合，并起到不同的使用效果。 陶瓷球轴承的代号： HY +套圈材料+轴承型号+密封型式——球的材料——保持器材料——润滑脂 套圈材料：S表示不锈铁 SS表示不锈钢具体用什么材料可以用挂号标注说明 实践证明，作为轴承材料还必须具有在不同温度下的尺寸稳定性，以保证轴承在温度变化的工作环境下，保持精密的尺寸和精确的配合，在特殊环境下还必须具备抗腐蚀、抗分解能力．总之，用以制造滚动轴承零件的陶瓷材料应具备以下性能特点： 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。 氮化硅陶瓷材料在轴承中的应用 陶瓷轴承的应用领域日益广泛，但在工业领域中成功应用的还是陶瓷球轴承．目前，应用较多的为氮化硅陶瓷球轴承．它的优点是：极限转速高、精度保持性好、启动力矩小、刚度高、干运转性好、寿命长，非常适深沟球轴承基本尺寸
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