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東莞市西力軸承有限公司
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項(xiàng)目 氮化硅Si3N4 氧化鋯ZrO2 氮化硼B(yǎng)N 軸承鋼GCr15
密度(g/cm3) 3.2 5.8~6.05 1.8~2.19 7.85
硬度(HV) 1700(9) 1300(7) 莫氏2 700
抗彎強(qiáng)度(MPa) 700 1200 600~800 2400
斷裂韌性(MPa·m1/2) 6~8 7~14 25 -
彈性模量(GPa) 320 150~220 80 208
熱膨脹系數(shù)(10-6/K) 3.2 8.7~11.4 2~7.5 11.8
電阻率(Ω·mm2/m) 1017~1018 1010 1016 0.1~1
使用溫度(℃) 800 800 900 300
尺寸穩(wěn)定性 好 好 好 差
耐腐蝕性能 好 好 好 差
2、氮化硅陶瓷材料

其特點(diǎn)是：

①多晶材料，晶體結(jié)構(gòu)屬六方晶系。
②氮化硅陶瓷外觀呈灰白、藍(lán)灰、灰黑色。
③理論密度：3.19±0.1g/cm3，密度低。
④高硬度，良好的耐磨性，低磨擦系數(shù)(自配磨0.02~0.07)，自潤滑性好。
⑤耐高溫，抗熱震性較好。
⑥具有較高的斷裂韌性，抗沖擊性能較好。
⑦耐腐蝕性好，能耐所有酸(除氫氟酸以外)腐蝕，能抗弱堿腐蝕，對(duì)大多數(shù)強(qiáng)堿和熔鹽不穩(wěn)定。
⑧與軸承鋼相近的接觸疲勞壽命，相似的疲勞剝落形式。
⑨氮化硅粉末性能：
粒度0.5~0.8μm，低的雜質(zhì)含量和氧含量＜2wt%，α相含量＞90wt%。
⑩氮化硅粉末制造方法：

A、硅粉直接氮化法3Si+2N2→Si3N4
國內(nèi)普遍采用的方法，需經(jīng)球磨得到細(xì)粉，易引入雜質(zhì)。
B、硅亞胺分解法SiCl4+6NH3→Si(NH)2+4NH4Cl
3Si(NH)2→Si3N4+N2+3H2
粉末純度高，細(xì)度細(xì)且均勻，制造成本高。
C、碳熱還原氮化法3SiO2+2N2+6C→Si3N4+6CO
D、化學(xué)氣相沉積法3SiCl4+4NH3→Si3N4+12HCl
需激化誘導(dǎo)，粉末純度高，細(xì)度細(xì)且均勻，制造成本極高。
(11)致密氮化硅陶瓷制造方法：

A、熱壓氮化硅(HP SN)

方法：氮化硅混合粉末在石墨模具中，同時(shí)加熱和但軸向加壓，燒結(jié)溫度1650~1850℃，壓力15~30MPa，保溫時(shí)間1~4h。特點(diǎn)：致密，基本達(dá)到理論密度(99~)，制品形狀簡單，難于批量化生產(chǎn)，可制造滾子毛坯，成品價(jià)格昂貴。

B、常壓燒結(jié)氮化硅(S SN)

方法：氮化硅混合粉末經(jīng)模壓或冷等靜壓成形，用燒結(jié)爐在N2氣氛中燒結(jié)，溫度1700~1800℃，時(shí)間幾小時(shí)，壓力0.1MPa(1atm)。

特點(diǎn)：成本低，易于批量生產(chǎn)，相對(duì)密度95~99%，孔隙較多，不適宜制造軸承球。

C、氣氛壓力燒結(jié)氮化硅(GSP SN)

方法：氮化硅混合粉末經(jīng)冷等靜壓成形，用氣氛壓力燒結(jié)爐在高壓N2氣氛中燒結(jié)，燒結(jié)溫度1800℃，時(shí)間數(shù)小時(shí)，壓力5~10MPa。
特點(diǎn)：性能好，致密(相對(duì)密度97~99%)，易于批量生產(chǎn)，國內(nèi)普遍采用，可制造軸承球，成本較高。

D、熱等靜壓燒結(jié)氮化硅(HIP SN)

方法：氮化硅混合粉經(jīng)模壓或冷等靜壓成形，S或GPS燒結(jié)后，用熱等靜壓爐，Ar2或N2氣做壓力傳遞介質(zhì)，在高溫(1700~1999℃)高壓(150~200MPa)下使氮化硅致密，使原已燒結(jié)過的RBSN、SSN、SRBSN進(jìn)一步排除氣孔。添加劑含量低。

特點(diǎn)：性能優(yōu)異，基本完全致密(99~)，可批量生產(chǎn)，可制造高性能陶瓷軸承球，國外普遍采用，成本高。

(12)小結(jié)

陶瓷軸承滾動(dòng)子：HP SN HIP SN
陶瓷軸承球：GPS SN HIP SN
一般用途的陶瓷球：S SN SRB SN

3、氧化鋯陶瓷材料
上述變形量的測量，可利用例如將千分表頭抵在軸承端面或軸的適當(dāng)部位，觀察其讀數(shù)隨預(yù)緊負(fù)荷變化的方法。

預(yù)緊法有其不利的方面，例如使軸承的摩擦力矩增大、溫升提高、壽命縮短等，所以要全面考慮，權(quán)衡得失，選擇合適的預(yù)緊量。

(3)軸承的配置 軸承的配置對(duì)軸承剛性的影響也很大，一般地說，對(duì)于向心推力型的球軸承和滾子軸承，在成對(duì)使用時(shí)宜采取外圈大端面相對(duì)(即其壓力線所構(gòu)成的壓力錐尖向外)的配置，這樣配置軸承抗顛覆力矩的能力大，在溫度變化時(shí)其調(diào)得的預(yù)緊量也較少發(fā)生變化。

(4)采用多軸承支承方式 在軸向位置允許的條件下，每一支點(diǎn)采用兩只或兩只以上 的軸承作為徑向支承，可以提高支承剛性。例如近來在機(jī)床主軸部件中，就廣泛采用以軸向 預(yù)緊安裝的，幾套向心推力軸承作為同一支點(diǎn)的軸支承。1．高速軸承的配合和游隙

由于高速軸承既要按高精度軸承要求，又要按高溫軸承要求，所以在考慮其配合和游隙時(shí)，要顧及下面兩點(diǎn)：

(1)由常溫升至高溫時(shí)的尺寸變化和硬度變化；
(2)高速下離心力所引起的力系變化和形狀變化。

總之，在高速、高溫的條件下，從配合和游隙的選擇上要力求保持軸承的精度和工作性能，這是有難度的。

為了保證軸承安裝后的滾道變形小，過盈配合的過盈量不能取得太大，而高速下的離心力和高溫下的熱膨脹，或是抵銷配合表面的法向壓力?；蚴鞘古浜厦嫠沙?，因此過盈量必須 在考慮上述兩種因素的前提下審慎地加以計(jì)算，在常溫常速下有效的過盈量對(duì)于高速軸承 可能是無效的。

如果計(jì)算結(jié)果這個(gè)矛盾太大(通常只有在超高速下才有這種情況)，只有采取環(huán)下潤滑法與靜壓潤滑法并用的雙重潤滑措施，而這種方案有可能使軸承的dmn值突破300萬的大 關(guān)。

在考慮高速軸承游隙時(shí)不但要考慮上述各項(xiàng)因素，而且要考慮軸的熱伸長對(duì)游隙的影響，要求軸承在工作狀態(tài)下，即在工作溫度下有佳的游隙，而這種游隙是在內(nèi)、外圈球溝中心對(duì)位的狀態(tài)下形成的。由于高速軸承力求降低相對(duì)滑動(dòng)和內(nèi)部摩擦，好不要采用 將內(nèi)、外圈沿軸向相對(duì)錯(cuò)位的方法來調(diào)整球軸承的游隙。

在考慮軸承的配合過盈量和游隙時(shí)，要注意到材料在高溫下變得松軟而容易變形的特點(diǎn)，以及多次由常溫到高溫的溫度改變引起一定變形的可能性。

2．對(duì)主機(jī)相關(guān)零件的要求

高速軸承要求軸承所在回轉(zhuǎn)系統(tǒng)經(jīng)過精密的動(dòng)平衡，軸與座孔安裝軸承的部位應(yīng)具有高于一般要求的尺寸精度和形位精度，特別是同軸度和擋肩對(duì)座孔或軸頸的垂直度，而在考 慮這些問題的時(shí)候，同樣必須注意到軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的高速因素和高溫因素。

軸支承系統(tǒng)既要求剛性高，又要求質(zhì)量盡可能地輕，為克服這個(gè)矛盾，可以采取諸如降低表面粗糙度和提高表面強(qiáng)化等措施以提高支承剛度，利用空心軸以減少系統(tǒng)質(zhì)量等。

3．超高速軸承的開發(fā)實(shí)例

茲以超高速HA型圓錐滾子軸承的開發(fā)為例。

(1)問題的提出

在燃?xì)廨啓C(jī)及某些機(jī)床及工程機(jī)械中，高速而且軸向負(fù)荷大，使用球軸承則使用壽命過短，使用短圓柱滾子軸承則軸向負(fù)荷能力不足，軸向游隙難于調(diào)整，希望利用圓錐滾子軸承突破這個(gè)難題。

(2)必須解決的技術(shù)關(guān)鍵

提高圓錐滾子軸承高速限制的技術(shù)關(guān)鍵在于改進(jìn)內(nèi)圈大擋邊與滾子大端面間的潤滑狀態(tài)，這個(gè)部位在高速時(shí)易發(fā)生劇烈磨損和燒傷，是限制其高速化的主要原因。

(3)解決辦法

普通結(jié)構(gòu)的圓錐滾子軸承中，潤滑油的流通路線在內(nèi)圈大擋邊與滾子大端面接觸部位很難得到潤滑油，而此部位相對(duì)滑動(dòng)大，恰恰又需要潤滑油。

因此，日本等國開發(fā)了HA 型圓錐滾子軸承，這種軸承擋邊在外圈，這樣流通的潤滑油就能潤滑外圈擋邊和滾子大端面的接觸部位，同時(shí)此處即使在靜止時(shí)也能儲(chǔ)存些油，避免了起動(dòng)時(shí)貧油燒傷的事故，但外圈擋邊上按需要開設(shè)幾個(gè)排油孔，以避免油無排出通道，潴留于某部位造成油攪拌的動(dòng)力損失和溫升過高。由于內(nèi)圈無擋邊，溫度有所降低，因而減少了內(nèi)圈與軸之間配合面間發(fā)生蠕動(dòng)的可能性。這種結(jié)構(gòu)的軸承對(duì)保持架采用外圈引導(dǎo)方式，使得保持架能較平穩(wěn)地引導(dǎo)滾子不致歪斜地正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免發(fā)生振動(dòng)和過度磨損，這也有利于高速。

(4)能達(dá)到的效果

這種HA型軸承的dmn值可達(dá)200萬，比普通結(jié)構(gòu)的提

其特點(diǎn)是：

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