高速混合陶瓷球轴承动力学仿真-ABAQUS

高速混合陶瓷球轴承动力学仿真

喻炜

(天津大学机械工程学院天津300072)

摘要：对高速球轴承较突出的热问题进行分析需要知道球在内外圈滑动摩擦规律。经典准静态分析理论基于套圈控制假说，对球轴承中球的滑动分析并不准确。本文用ABAQUS对高速混合陶瓷球轴承进行动力学仿真分析，得到球在内外圈滑动规律。

关键词：混合陶瓷球轴承；旋滚比；自旋摩擦功率；ABAQUS

1 介绍

Jones[1]的经典套圈控制假说有争议，且与试验不大符合。相比钢球轴承，高速旋转的陶瓷球的离心力要小40%，使得对于钢球轴承来说的高速（例如1M DN）工况，对混合陶瓷球轴承来说可能只是中速，套圈控制假说可能并不适用。而且对于中速工况的钢球轴承，套圈控制假说不适用，基于该假说的经典准静态方法[1, 2]也就不适用了。

非线性有限元分析软件ABAQUS能方便的仿真包含摩擦和离心作用的高速动力学问题。本文主要目标是用ABAQUS对高速混合陶瓷球轴承进行动力学仿真，获得接触角、接触载荷、旋滚比、自旋摩擦功率等结果，然后将这些结果与基于套圈控制假说的准静态理论[1, 2]计算的结果（以下简称准静态理论值）对比。

2 有限元模型

使用商业非线性有限元分析软件ABAQUS对混合陶瓷角接触球轴承进行显式动力学分析，所用轴承几何尺寸参数和材料参数分别见表1和表2。

表1 几何尺寸表2 材料参数

为方便分析而采取的模型简化：

（1）只施加轴向载荷；

（2）陶瓷球的杨氏模量是钢套圈的1.6倍，因此将陶瓷球简化为解析刚体，并在球心位置处定义点质量单元，球的质量和转动惯量定义于该点质量单元。该简化使球与套圈的接触应力可能偏大、接触变形可能偏小，但对球与套圈的接触力、接触角以及球的运动影响很小。本文主要是获取接触角、接触载荷以及球运动等参数，接触应力和接触变形完全可以用接触载荷和接触角等参数通过静态分析方法获得精确值；

（3）保持架由于几何形状复杂，不方便定义为解析刚体，本文将之定义为离散刚体以减少计算量；

（4）球与套圈、球与保持架之间的摩擦定义为库仑摩擦，摩擦系数取两个固定值：0.05和0.11以分别仿真两种不同的润滑。

边界条件：外圈底平面固定，内圈和保持架只保留轴向转动与轴向移动两个自由度。接触：定义球与内外圈、球与保持架的接触，接触属性里的库伦摩擦系数分别定义为0.05和0.11。网格和单元：由于球与套圈接触区域狭长，需要对内外圈进行局部网格细化，所选单元为增强沙漏控制、二次精度的8节点三维实体减缩积分单元（C3D8R），划分了网格的模型见图1，内外圈的单元数共为430 000。分析步：为考虑离心效果，选取显示动态分析步，第一步加载轴向载荷，第二步用角加速度的方式加载内圈转速至规定值，第三步匀速转动。

图1 角接触球轴承FEM

3 结果与分析

取轴向载荷为16和24kN、内圈转速为10、16、20、25k rpm、摩擦系数为0.05和0.11进行分析，稳定运转阶段的球轴承球与内外圈的接触载荷、球角速度等参数是平稳波动的，分别取平均值，并做相应处理，所得结果如图2至图8。

图2示出球与内外圈接触载荷的FEA值和准静态理论值吻合。滑动摩擦系数对球与内外圈接触载荷的FEA 值影响不大。

图3示出球与内圈接触角的FEA结果与Harris准静态理论结果接近，球与外圈接触角的FEA结果小于Harris 准静态理论结果。滑动摩擦系数对内外圈接触角的FEA值影响不大。

图2 接触载荷随内圈转速变化图3 接触角随内圈转速变化图4示出球公转角速度

n（即保持架转速）的FEA值与Harris准静态理论值吻合较好。滑动摩擦系数μ对球

公转角速度的FEA值影响不大。

图5示出球自转角速度

n的FEA值小于Harris准静态理论值，b n的FEA值与Harris准静态理论值随内圈转

速和轴向载荷的变化趋势一致。滑动摩擦系数μ对球公转角速度的FEA值影响不大。

图6示出随着转速的增加，Pitch angle的仿真值趋近于Harris准静态理论值。滑动摩擦系数μ对Pitch angle 的FEA值影响不大。

图4n m/n i 随内圈转速变化图5 n b/n i随内圈转速变化

图6Pitch angle 随内圈转速变化

图7、8示出球与外圈滚道接触处的旋滚比并不为零（理论认为是零）。当轴向载荷为16kN且内圈转速小于12k rpm时，球与内圈滚道接触处的旋滚比小于球与外圈滚道接触处的旋滚比，套圈控制假说并不适用于这些工况。摩擦系数对球与内外圈旋滚比的FEA值影响不大。

图7 旋滚比随内圈转速变化, F a=16kN 图8 旋滚比随内圈转速变化, F a=24k

4 结论

本文提出的运用有限元法对高速混合陶瓷角接触球轴承进行显式动力学仿真是成功和有效的。球与内外圈接触载荷、接触角、球公转角速度、Pitch angle的仿真值与Harris准静态理论值吻合。仿真和Harris准静态理论计算的球自转角速度、球与内圈旋滚比随内圈转速和轴向载荷的变化规律一致。轴向载荷从16kN到24kN、内圈转

速从10krpm到25krpm，球与外圈接触处旋滚比不为零且不容忽视，球在外圈自旋摩擦功率虽小于球在内圈自旋摩擦功率但也不容忽视。Harris准静态理论对整个轴承的自旋摩擦功率的估计值偏低。

摩擦系数对接触角、接触载荷、球公转和自转角速度、Pitch angle、内外圈旋滚比的FEA值影响不大。

参考文献

1Jones, A.B. A General Theory for Elastically Constrained Ball and Radial Roller Bearings Under Arbitrary Load and Speed Conditions. ASME Journal of Basic Engineering, 1960, 309–320.

2Harris, T.A. Rolling bearing analysis. (Wiley, New York, 2006).

3Walters, C.T. The Dynamics of Ball Bearings. ASME Journal of Lubrication Technology, 1971, 93, 1-10.

4Gupta, P.K. The Dynamics of Rolling Element Bearings, Part III: Ball Bearing Analysis. ASME Journal of Lubrication Technology, 1979, 101, 312-318.

5Gupta, P.K. Dynamics of Rolling-Element Bearings, Part IV Ball Bearing Results. ASME Journal of Lubrication Technology, 1979, 101, 319-326.

6Meeks, C.R., and Ng, K. The Dynamics of Ball Separators In Ball Bearings-Part I: Analysis. ASLE Transaction, 1985, 28(3).

7Meeks, C.R., and Ng, K. The Dynamics of Ball Separators in Ball Bearings-Part II: Results of Optimization Study. ASLE Transaction, 1985, 28(3).

8Meeks, C.R. and Tran, L. Ball Bearing Dynamic Analysis Using Computer Methods---Part I: Analysis. Journal of Tribology, 1996, 118(1), 52-58.

ABAQUS(显式动力学)求解子弹侵彻

ABAQUS显式动力求解子弹侵入（基于米制国际单位）1. part模块创建靶part-target及子弹part-bullet模型如上 2. 属性模块 2.1 柔性损伤力学>>延性金属损伤>>柔性损伤： 2.31 - 3.33 0.001 2.31 -0.3333 0.001 2.18 -0.267 0.001 2.06 -0.2 0.001 1.95 -0.133 0.001 1.85 -0.0667 0.001 1.76 0 0.001 1.67 0.0667 0.001 1.59 0.133 0.001 1.52 0.2 0.001 1.46 0.267 0.001 1.4 0.333 0.001 1.35 0.4 0.001 1.3 0.467 0.001

1.26 0.533 0.001 1.23 0.6 0.001 1.2 0.667 0.001 1.15 0.73 0.001 1.06 0.851 0.001 0.945 1.02 0.001 0.816 1.24 0.001 0.685 1.51 0.001 0.202 3.33 0.001 子选项>>损伤演化>>能量>>指数>>最大>>断裂能>>500 2.2 剪切损伤力学>>延性金属损伤>>剪切损伤： Ks=0.03 0.86 -10 0.001 0.86 1.7 0.001 0.859 1.72 0.001 0.86 1.73 0.001 0.865 1.75 0.001 0.874 1.77 0.001 0.886 1.78 0.001 0.901 1.8 0.001 0.921 1.81 0.001 0.944 1.83 0.001 0.97 1.85 0.001 1 1.86 0.001 1.04 1.88 0.001 1.08 1.89 0.001 1.12 1.91 0.001 1.17 1.92 0.001 1.22 1.94 0.001 1.28 1.96 0.001 1.34 1.97 0.001 1.41 1.99 0.001 1.48 2 0.001 1.56 2.02 0.001 1.56 10 0.001 子选项>>损伤演化>>能量>>指数>>最大>>断裂能>>500 2.3 密度 7800 2.4 弹性 2.1e11 0.3

Abaqus-中显示动力学分析步骤

准静态分析——ABAQUS/Explicit 准静态过程（guasi-static process）在过程进行的每一瞬间，系统都接近于平衡状态，以致在任意选取的短时间dt内，状态参量在整个系统的各部分都有确定的值，整个过程可以看成是由一系列极接近平衡的状态所构成，这种过程称为准静态过程。无限缓慢地压缩和无限缓慢地膨胀过程可近似看作为准静态过程。准静态过程是一种理想过程，实际上是办不到的。准静态原为一个热力学概念，在这里引用主要是指模型在加载的过程中任意时刻所经历的中间状态都可近似地视为静力状态，因此当加载过程进行得无限缓慢时，在各个时刻模型所处的状态就可近似地看作是静态，该过程便是准静态过程。准静态啮合过程仿真主要考虑的是弧齿锥齿轮副在加载时的接触状态，以及齿面和齿根的应力变化规律，其前提是不考虑齿轮副惯性的影响。 ABAQUS/Explicit准静态分析显式求解方法是一种真正的动态求解过程，它的最初发展是为了模拟高速冲击问题，在这类问题的求解中惯性发挥了主导性作用。当求解动力平衡的状态时，非平衡力以应力波的形式在相邻的单元之间传播。由于最小稳定时间增量一般地是非常小的值，所以大多少问题需要大量的时间增量步。在求解准静态问题上，显式求解方法已经证明是有价值的，另外ABAQUS/Explicit在求解某些类型的静态问题方面比ABAQUS/Standard更容易。在求解复杂的接触问题时，显式过程相对于隐式过程的一个优势是更加容易。此外，当模型很大时，显式过程比隐式过程需要较少的系统资源。将显式动态过程应用于准静态问题需要一些特殊的考虑。根据定义，由于一个静态求解是一个长时间的求解过程，所以在其固有的时间尺度上分析模拟常常在计算上是不切合实际的，它将需要大量的小的时间增量。因此，为了获得较经济的解答，必须采取一些方式来加速问题的模拟。但是带来的问题是随着问题的加速，静态平衡的状态卷入了动态平衡的状态，在这里惯性力成为更加起主导作用的力。目标是在保持惯性力的影响不显著的前提下用最短的时间进行模拟。准静态（Quasi-static）分析也可以在ABAQUS/Standard中进行。当惯性力可以忽略时，在ABAQUS/Standard中的准静态应力分析用来模拟含时间相关材料响应（蠕变、膨胀、粘弹性和双层粘塑性）的线性或非线性问题。关于在ABAQUS/Standard中准静态分析的更多信息，请参阅ABAQUS分析用户手册（ABAQUS Analysis User’s Manual）的第6.2.5节“Quasi-static analysis”。 1. 显式动态问题类比假设两个载满了乘客的电梯。在缓慢的情况下，门打开后你步入电梯。为了腾出空间，邻近门口的人慢慢地推他身边的人，这些被推的人再去推他身边的人，如此继续下去。这种扰动在电梯中传播，直到靠近墙边的人表示他们无法移动为止。一系列的波在电梯中传播，直到每个人都到达了一个新的平衡位置。如果你稍稍加快速度，你会比前面更用力地推动你身边的人，但是最终每个人都会停留在与缓慢的情况下相同的位置。在快速情况下，门打开后你以很高的速度冲入电梯，电梯里的人没有时间挪动位置来重新安排他们自己以便容纳你。你将会直接地撞伤在门口的两个人，而其他人则没有受到影响。

角接触轴承使用方法

角接触轴承使用方法角接触轴承的尺寸怎么测量和安装以单套角接触球轴承为例；外径和内径的测方法同单列深沟球轴承，角接触深沟球轴承的宽度称为装配高； AC接触类型的：以大端为基准，预紧力作用在外圈大端面上，实际受力的是在内圈的另一侧；反之，以大端为基准，预紧力作用在内圈的另一个端面上，实际受力的是在外圈的大端面。 BM接触类型的：与上述的情形类似。角接触球轴承的特点及用途：角接触球轴承极限转速较高，可以同时承受径向载荷和轴向载荷，也可以承受纯轴向载荷，其轴向载荷能力由接触角决定，并随接触角的增大而增大。单列角接触球轴承只能承受一个方向的轴向载荷，在承受径向载荷时，会引起附加轴向力，必须施向相应的反向载荷，因此，该种轴承一般都成对使用。双列角接触球轴承能承受较大的以径向载荷为主的径向、轴向双向联合载荷和力矩载荷，它能限制轴或外壳双向轴向位移，接触角为30度。成对安装角接触球轴承能承受以径向载荷为主的径向、轴向双向联合载荷，也可以承受纯径向载荷。串联配置只能承受单一方向的轴向载荷，其他两种配置则可承受任一方向的轴向载荷。这种类型的轴承一般由生产厂商选配组合成对提交用户，安装后有预压过盈，套圈和钢球处于轴向预加载荷状态，因而提高了整组轴承作为单个支承刚度和旋转精度。具体分类及型号对照： 1、a=15o的角接触球轴承（70000 C型） 2、a=25o的角接触球轴承（70000 AC型） 3、a=40o的角接触球轴承（70000 B型） 4、a=15o的高速密封角接触球轴承（B70000 C-2RZ型） 5、a=25o的高速密封角接触球轴承（B70000 AC-2RZ型） 6、a=15o的高速密封角接触陶瓷球轴承（B70000 C-2RZ/HQ1型） 7、a=25o的高速密封角接触陶瓷球轴承（B70000 AC-2RZ/HQ1型） 8、背靠背成对双联角接触球轴承［70000 C（AC、B）/DB型］ 9、面靠面成对双联角接触球轴承［70000 C（AC、B）/DF型］ 10、串联成对双联角接触球轴承［70000 C（AC、B）/DT型］ 11、有装球缺口的双列角接触球轴承（0000型a=30o） 12、无装球缺口的双列角接触球轴承（0000 A型a=30o） 13、一面带防尘盖的双列角接触球轴承（0000 A-Z型a=30o） 14、两面带防尘盖的双列角接触球轴承（0000 A-2Z型a=30o） 15、一面带密封圈的双列角接触球轴承（0000 A-RZ型a=30o） 16、两面带密封圈的双列角接触球轴承（0000 A-2RZ型a=30o） 17、四点接触球轴承（QJ型a=35o）成对使用是为了增加或平衡轴承作用力，根据轴向作用力的方向，可以选择DB背对背安装，DF面对面安装，DT串联安装，对于机床主轴而言，常用到三联安装、四联安装，甚至有五联安装，通常情况下，轴向负荷都是双向的，很少有纯单向的轴向负荷，所以角接触球轴承都是成对安装的。成对安装一方面能增加径向负荷能力，另一方面也能更有针对性的提供轴承负荷能力，增加主轴的韧性。

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。

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具体的角接触球轴承分类及对照型号

安昂商城具体的角接触球轴承分类及对照型号角接触球轴承具体分类及型号对照： 1、a=15o的角接触球轴承（70000C型） 2、a=25o的角接触球轴承（70000AC型） 3、a=40o的角接触球轴承（70000B型） 4、a=15o的高速密封角接触球轴承（B70000C-2RZ型） 5、a=25o的高速密封角接触球轴承（B70000AC-2RZ型） 6、a=15o的高速密封角接触陶瓷球轴承（B70000C-2RZ/HQ1型） 7、a=25o的高速密封角接触陶瓷球轴承（B70000AC-2RZ/HQ1型） 8、背靠背成对双联角接触球轴承［70000C（AC、B）/DB型］ 9、面靠面成对双联角接触球轴承［70000C（AC、B）/DF型］ 10、串联成对双联角接触球轴承［70000C（AC、B）/DT型］ 11、有装球缺口的双列角接触球轴承（0000型a=30o） 12、无装球缺口的双列角接触球轴承（0000A型a=30o） 13、一面带防尘盖的双列角接触球轴承（0000A-Z型a=30o） 14、两面带防尘盖的双列角接触球轴承（0000A-2Z型a=30o） 15、一面带密封圈的双列角接触球轴承（0000A-RZ型a=30o） 16、两面带密封圈的双列角接触球轴承（0000A-2RZ型a=30o） 17、四点接触球轴承（QJ型a=35o）角接触球轴承（Angular Contact Ball Bearings）可同时承受径向负荷和轴向负荷。能在较高的转速下工作。接触角越大，轴向承载能力越高。接触角为径向平面内球和滚道的接触点连线与轴承轴线的垂直线间的角度。高精度和高速轴承通常取15度接触角。在轴向力作用下，接触角会增大。

陶瓷球轴承介绍

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

陶瓷球轴承

定义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陶瓷球轴承应用的典型范例，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/ZZ 2.高温油脂, 3.采用陶瓷球轴承和普通轴承相比的优势: (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.计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)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。组成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

角接触球轴承功能介绍

角接触球轴承功能介绍角接触球轴承可以同时承受一个方向的轴向力和径向力。滚动体受力点上下两点的连线，和径向方向有一定的夹角，此类轴承为角接触轴承。一、角接触球轴承属于什么轴承 ①【角接触轴承】属于【滚动轴承】中的【球轴承】 ②由于【角接触轴承】能同时承受径向力和一定的轴向力，其安装方式多为成对安装，有背对背形式、面对面形式， ③【角接触轴承】有整体式的、以及可分开式的两种，在安装中，一般都要给予一定的轴向力，用以消除轴承间隙，因此，轴承一般不给出【游隙】二、角接触球轴承和调心球轴承有什么区别角接触球轴承可同时承受径向负荷和轴向负荷。能在较高的转速下工作。接触角越大，轴向承载能力越高。因其内外圈的滚道可在水平轴线上有相对位移，所以可以同时承受径向负荷和轴向负荷——联合负荷（单列角接触球轴承只能承受单方向轴向负荷，因此一般都常采用成对安装）。调心球轴承由于外圈滚道面呈球面，具有调心性能，因此可自动调整因轴或外壳的挠曲或不同心引起的轴心不正圆锥孔轴承通过使用紧固件可方便地安装在轴上钢板冲压保持架内轮与钢珠可对外轮自由倾斜，因此，某程度的装配误差（不对心）或轴心的桡曲可以自动调整，不致损伤到轴承。三、角接触球轴承的用法角接触球轴承的特点及用途：角接触球轴承极限转速较高，可以同时承受径向载荷和轴向载荷，也可以承受纯轴向载

荷，其轴向载荷能力由接触角决定，并随接触角的增大而增大。单列角接触球轴承只能承受一个方向的轴向载荷，在承受径向载荷时，会引起附加轴向力，必须施向相应的反向载荷，因此，该种轴承一般都成对使用。双列角接触球轴承能承受较大的以径向载荷为主的径向、轴向双向联合载荷和力矩载荷，它能限制轴或外壳双向轴向位移，接触角为30度。成对安装角接触球轴承能承受以径向载荷为主的径向、轴向双向联合载荷，也可以承受纯径向载荷。串联配置只能承受单一方向的轴向载荷，其他两种配置则可承受任一方向的轴向载荷。这种类型的轴承一般由生产厂商选配组合成对提交用户，安装后有预压过盈，套圈和钢球处于轴向预加载荷状态，因而提高了整组轴承作为单个支承刚度和旋转精度。四、具体分类及型号对照： 1、a=15o的角接触球轴承（70000 C型） 2、a=25o的角接触球轴承（70000 AC型） 3、a=40o的角接触球轴承（70000 B型） 4、a=15o的高速密封角接触球轴承（B70000 C-2RZ型） 5、a=25o的高速密封角接触球轴承（B70000 AC-2RZ型） 6、a=15o的高速密封角接触陶瓷球轴承（B70000 C-2RZ/HQ1型） 7、a=25o的高速密封角接触陶瓷球轴承（B70000 AC-2RZ/HQ1型） 8、背靠背成对双联角接触球轴承［70000 C（AC、B）/DB型］ 9、面靠面成对双联角接触球轴承［70000 C（AC、B）/DF型］ 10、串联成对双联角接触球轴承［70000 C（AC、B）/DT型］ 11、有装球缺口的双列角接触球轴承（0000型a=30o） 12、无装球缺口的双列角接触球轴承（0000 A型a=30o）

abaqus接触动力学分析

部件模态综合法随着科学和生产的发展，特别是航空、航天事业的发展，越来越多的大型复杂结构被采用，这使得建模和求解都比较困难。一方面，一个复杂结构势必引入较多的自由度，形成高维的动力学方程，使一般的计算机在内存和求解速度方面都难以胜任，更何况一般的工程问题主要关心的是较低阶的模态。仅为了获取少数的几个模态，必须为求解高维方程付出巨大的代价也是不合适的。另一方面，正是由于结构的庞大和复杂，一个完整的结构往往不是在同一地区生产完成的，可能一个结构的各个主要零部件不得不由不同的地区、不同的厂家生产。而且由于试验条件的限制只能进行部件的模态实验，而无法对整体结构进行模态实验。针对这些主要的问题，为了获得大型、复杂结构的整体模态参数，于是发展了部件模态综合法。部件模态综合法又叫子结构耦合法。它的基本思想是按工程观点或结构的几何轮廓，并遵循某些原则要求，把完整的结构进行人为抽象肢解成若干个子结构（或部件）；首先对子结构（或部件）进行模态分析，然后经由各种方案，把它们的主要模态信息（常为低阶主模态信息）予以保留，并借以综合完整结构的主要模态特征。它的主要有点是，可以通过求解若干小尺寸结构的特征问题来代替直接求解大型特征值问题。同时对各个子结构可分别使用各种适宜的数学模型和计算程序，也可以借助试验的方法来获得他们的主要模态信息。对于自由振动方程在数学上讲就是固有（特征）值方程。特征值方程的解不仅给出了特征值，即结构的自振频率和特征矢量——振兴或模态，而且还能使结构在动力载荷作用下的运动方程解耦，即所谓的振型分解法或叫振型叠加法。因此，特征值问题的求解技术，对于解决结构振动问题来说吧，是非常重要的。考虑阻尼的振型叠加法振型叠加法的定义：将结构各阶振型作为广义坐标系，求出对应于各阶振动的结构内力和位移，经叠加后确定结构总响应的方法。振型叠加法的使用条件： ?（1）系统应该是线性的：线性材料特性，无接触条件，无非线性几何效应。 ?（2）响应应该只受较少的频率支配。当响应中各频率成分增加时，例如撞击和冲击问题，振型叠加技术的有效性将大大降低。 ?（3）载荷的主要频率应在所提取的频率范围内，以确保对载荷的描述足够精确。 ?（4）由于任何突然加载所产生的初始加速度应该能用特征模态精确描述。 ?（5）系统的阻尼不能过大。

陶瓷轴承的优缺点

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！

陶瓷球轴承NEW

陶瓷球轴承陶瓷材料由于具有低密度，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，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。本公司生产,混合陶瓷轴承和全陶瓷轴承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，抗磁电绝缘、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，316 304），陶瓷球可选用ZrO2，Si3N4，或SiC材料满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，从而提高其径向负荷能力，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。因该轴承内外圈具填球缺口，故不适合有较大轴向负荷场合应用。

氧化锆全陶瓷轴承ZrO2 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氧化锆全陶瓷在600℃时，强度、硬度几乎不变，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（GRPA66-25），特种工程塑料（PEEK，PI），不锈钢（AISI SUS316、SUS304），黄铜（Cu）等。氮化硅全陶瓷轴承Si3N4 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GRPA66-25，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,氮化硅全陶瓷在800℃时，强度、硬度几乎不变。

ABAQUS分析教程

ABAQUS瞬态动力学分析瞬态动力学分析一、问题描述一质量块沿着长度为1500mm的等截面梁运动，梁的材料为钢（密度ρ=7.8E-9 ton/mm3，弹性模量E=2.1E5MPa，泊松比ν=0.3），宽为60mm，高为40mm。质量块的长为50mm，宽为60mm，高为30mm。质量块的密度ρ=1.11E-007 ton/mm3，弹性模量E=2.1E5MPa，泊松比ν=0.3，如图5.1所示。质量块以10000mm/s 的速度匀速通过悬臂梁（从固定端运动到自由端），计算梁自由端沿y方向的位移、速度和加速度。图1 质量块沿梁运动的示意图二、目的和要求掌握结构的动力学分析方法，会定义历史输出步。 1）用六面体单元划分网格，厚度方向有4排网格。 2）采用隐式算法进行计算。三、操作步骤 1、启动ABAOUS/CAE [开始][程序][ABAQUS 6.7-1][ABAQUS CAE]。启动ABAQUS/CAE后，在出现的Start Session（开始任务）对话框中选择Create Model Database（创建新模型数据库）。 2、创建部件在ABAQUS/CAE窗口顶部的环境栏中，可以看到模块列表Module：Part，这表示当前处在Part（部件）功能模块，可按照以下步骤来创建梁的几何模型。创建两个零件分别命名为mass（质量块）和beam（梁），均为三维实体弹性体。 3、创建材料和截面属性在窗口左上角的Module（模块）列表中选择Property（特性）功能模块。（1）创建梁材料 Name：Steel，Density：7.8E-9，Young’s Modulus（弹性模量）：210000，Poisson’s Ratio（泊松比）：0.3。（2）创建截面属性点击左侧工具箱中的（Create Section），弹出Create Sectio n对话框，Category：Solid，Type：Homogeneous，保持默认参数不变（Material：Steel；Plane stress/strain thickness：1 ），点击OK。

针对陶瓷轴承做进一步分析它的优势所在

针对陶瓷轴承做进一步分析它的优势所在近些年来，我国轴承行业迅猛前进，陶瓷轴承虽然是一种基础的轴承备件，但是它在机械运转过程中也是一种尤为重要的机械备件，当我们把陶瓷轴承与轴承钢相比较时，我们不难发现，陶瓷轴承自身的特性为陶瓷轴承的发展提供了相当大的作用，同时也推动了陶瓷轴承走向成熟化道路。近两年来轴承不论是在材料上，还是结构上，甚至各制造商和设计者在轴承的外观上性能上都力争做到高质量、低消费，环保的效果。其中，陶瓷轴承之所以被广大消费者追捧，主要是因为i它具有耐高温、耐寒、耐磨、耐腐蚀、抗磁电绝缘、无油自润滑、高转速等这些功能。因此，才被广泛的使用到航空、航天、航海、石油开采、化工、汽车、电子设备等等其他一些机械物中。是最新材料使用的高科技产品。由于陶瓷轴承运用了新的材料以及技术开发，在使用过程中还涉及到了医疗器械、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。在这些运用机构中，充分体现了陶瓷轴承在现在社会机械类工作中起到了相当大的作用。陶瓷轴承的主要特性有以下几点第一．达到了“三高”的性能，即极限转速高、耐久性高，承载能力高。陶瓷球轴承在工作的过程中，它的工作转速可达同型号轴承钢轴承极限转速的1.3倍以上。而陶瓷在材料的加工制造上，它自身材质硬度高、耐磨性极好，陶瓷球轴承的工作寿命一般是普通轴承钢轴承的2倍以上。由于陶瓷材料的硬度最高可达轴承钢的2倍，弹性模量时轴承钢的1.5倍。因此陶瓷轴承的承载能力也大大高于轴承钢制轴承。第二．达到“两小”的境界，即摩擦温升小和摩擦损失小。陶瓷球轴承在18000r/min 的转速下运转时的温升约为相同条件下轴承钢轴承温升60%。这在其他轴承当中，是前所未有的记录。与此同时，同型号的轴承，陶瓷材料的质量比钢小，运转时滚动体所受离心力和陀螺力矩小，自旋滑动小，因此摩擦损失明显低于轴承钢轴承。因此，陶瓷轴承市场开始迅速扩大，进行大批量的制造，销售。第三．陶瓷轴承达到了：两好“ 5.：。 6.： 7.耐腐蚀性好：陶瓷材料能抵抗盐酸、硫酸、硝酸、烧碱等各类无机酸、有机酸、盐、碱以及熔融金属的腐蚀，但在氟化氢和熔融铁中，其耐腐蚀性能较差，使用中务必注意。 8.绝缘性好，导磁率低：几乎为绝缘体，磁导远小于0.1H，适合做任何非磁性零件。 9.自润滑性：陶瓷轴承可实现自润滑。目前作为轴承材料使用最多的是氮化硅。

高性能陶瓷轴承球的研制

高性能陶瓷轴承球的研制李典基 1 概述陶瓷轴承作为“面向21世纪”的最具发展前景的新材料轴承，主要包括全陶瓷轴承和部分零件为陶瓷的混合轴承。目前，在工业界中应用最多的为混合轴承，其滚动体采用陶瓷，套圈采用高碳铬等材质的钢制造。西方发达国家60～70年代就开始了陶瓷轴承的研究，现阶段开始工业化应用的主要是以氮化硅（Si 3N 4 ）、碳化硅（SiC）、氧化铝（Al 2O 3 ）、氧化锆（Z r O 2 ）等陶瓷球代替钢球为主要形式的混合球轴承，其中以氮化硅球为主。该产品与同样型号的钢球相比主要有以下优点：（1）氮化硅球的密度是钢球的40％，高速运转时离心力小，轴承抗疲劳破坏能力强，寿命长。（2）滚动体的弹性模量比钢高，弹性变形小，轴承的动刚度高。（3）热膨胀系数为钢材的1/3～1/4，随温度变化的尺寸变化量小，适用于温度变化大的场合。（4）在润滑条件恶劣的环境中适应性强。（5）具有耐腐蚀、无磁性、绝缘性好等特点。（6）设计灵活性更大，因为陶瓷材料能使轴承设计者不必考虑许多参数的影响。目前，世界各国研究陶瓷球处于领先水平的公司主要有瑞典SKF，法国圣戈班戒，日本NSK、KOYO、NTN等公司。在国内，陶瓷混合轴承的研究较西方发达国家晚近20年。为使这一尖端基础部件更好地为经济建设服务，促进我国机械制造业的发展，我公司已开始了高性能氮化硅陶瓷轴承球的研究，现将有关研究成果做一下简述。 2 氮化硅陶瓷球的制造 2.1 原材料的制备原材料的状态对生产过程及产品的性质有明显的影响，精确控制原料的化学和物理性能是非常必要的。要求原材料具有以下特性：（1）纯度高；（2）高均匀而细的颗粒；（3）有用相含量高。针对上述要求，我们采用气相法制备氮化硅原料。其反应式为：3SiO 2+6C+2N 2 =Si 3 N 4 +6CO。用该技术生产的氮化硅原料，工艺操作较易，Si 3N 4 含量高，晶粒均匀、细小，有利于陶瓷球的制造。 2.2 配料将配制好的微细氮化硅粉末和氧化镁（MgO）、氧化钇（Y 2O 3 )等烧结助剂粉末混合均匀。混合在专用配料机中进行。配料机采用氮化硅内衬或氧化锆内衬。工作时将加工原料和一定数量的陶瓷球放入配料机，注入无水乙醇，开动机床，混合1～2天。 2.3 干燥造粒将混好的原料放入离心喷雾机中，加入粘合剂，反絮凝剂等配成料浆。使料浆流到高速旋转的圆盘上进行雾化。雾化后的小液滴在热风中迅速干燥，成为流动性

陶瓷轴承

新型陶瓷轴承的研究陈勇（山东轻工业学院材料科学与工程学院山东济南250300）摘要：近几年来，随着社会进步和科学技术的高速发展，轴承的使用环境和条件越来越多样化，对轴承的结构、材质和性能的要求也越来越高，一些高科技领域和某些特殊环境下工作的机械，如航空航天、核能、冶金、化工、石油、仪器、机械、电子、纺织、制药等工业，需要在高温、高速、高精度、真空、无磁性、无油润滑、强酸、强碱等特殊环境下工作。这些新的要求仅仅依靠对传统的金属轴承改进结构或改善润滑条件已经远远不能满足，必须开发新型材料，从根本上进行突破和创新。国内外研究发现某些陶瓷材料具有优异的性能，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷的工作环境，并且又具有轴承材料所要求的全部重要特性，因此将陶瓷材料应用于轴承制造，已成为世界高新技术开发与应用的热点，成为机械工作材料技术革命的标志。关键词：陶瓷；轴承；氧化锆；耐磨；引言：研究陶瓷轴承，使越来越多的人认识和了解陶瓷轴承的优越性，并使用它。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、简介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独领风骚。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。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。 2、主要特性 2.1、高速陶瓷材料的重量仅为同等钢材重量的４０％，密度小这一特点，可实现轴承的轻量化和高速化，使得陶瓷轴承在高速旋转时能够抑制因离心力作用引起的滚动体载荷的增加和打滑，陶瓷轴承的转速是钢制轴承的１．３～１．５倍，其Ｄ

陶瓷球轴承特性

陶瓷球轴承特性综合的滚动接触剥落试验和轴承试验均证明致密和均质的氮化硅材料具有良好的抗滚动接触疲劳特性, 使陶瓷球轴承具有普通轴承难以比拟的优势。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(si3N4) 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。适用于做轴承的陶瓷材料主要有氮化硅(si3N4) 、氧化锆(zrO2) 、氧化铝(Al2O3) 和碳化硅(sic) ，通过比较可知，si3N4综合性能优越，已成为陶瓷轴承的首选材质。Si3N4 的重要特点在于其失效形式与轴承钢相同，以具有先兆的剥落方式出现，而zrO2、Al2O3，和SiC 均以碎裂这种灾难性的失效形式出现。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。用陶瓷材料替代轴承钢等金属材料做轴承，目的在于利用前者比后者更好的或者后者本就不具备的耐磨、高强度、高刚度、比重小等性能。使用陶瓷材料可使轴承在速度更高、环境更苛刻及低润滑场合下正常运行，并能减少磨损、降低噪声、减少振动、使维护更容易，从而达到更长的轴承使用寿命，并大幅提高其性能和可靠性。滚动轴承由套圈、滚动体和保持器组成。由于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，抗疲劳寿命短，应用范围受到很大限制。

而陶瓷材料(si3N4) 具有低密度、中等弹性模量、热膨胀系数小等优点，目前，氮化硅陶瓷球和陶瓷球轴承已开始步人批量化生产阶段。氮化硅陶瓷材料具有如下特性： 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。虽然氮化硅材料在工业陶瓷中不是最硬的，韧性也l 不是最高的，但是在要求高性能的轴承应用中，氮化硅被认为具有最佳的机械物理综合特性。综合的滚动接触剥落试验和轴承试验均证明致密和均质的氮化硅材料具有良好的抗滚动接触疲劳特性，使陶瓷球轴承具有普通轴承难以比拟的优势。