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陶瓷球轴承Ceramic Ball Bearing 鲁豫鑫 导师：李松生 陶瓷轴承介绍 性能比较 制作加工 国内外技术 高速数控机床是装备制造业的技术基础和发展方向之一。随着高速切削技术的发展，对轴承的要求也越来越高。 传统钢制轴承由于自身材料的原因，密度大，在运转过程中存在较大的离心力，抗疲劳寿命短， 所以不太适用于高速机床。 目前，国内外数控机床采用较多的支承形式有磁悬浮轴承、动静压轴承和陶瓷轴承，其中应用最广泛的是陶瓷轴承。 陶瓷轴承介绍 陶瓷轴承是近三十年来兴起、发展并逐步走向工程应用的一种高性能产品。 分为全陶瓷轴承(套圈、滚动体均为陶瓷)和复合陶瓷轴承(仅滚动体为陶瓷，套圈为金属)两种。 陶瓷轴承具有以下特点： (1)由于陶瓷耐腐蚀，所以，陶瓷滚动轴承适宜用于在带腐蚀性介质的恶劣环境，例如中等酸 、中等碱、海水等。 (2)由于陶瓷的密度(6.00g／cm)比钢低，重量轻，可减少因离心力产生的动体载荷的增加和打滑，进而使用寿命大大延长。 (3)陶瓷硬度是钢轴承的1倍，耐磨性高，可减少因高速旋转产生的沟道表面损伤。 (4)陶瓷的弹性模量高于钢轴承1.5倍，受力弹性小，可减少因载荷大所产生的变形，因此有利于提高工作速度，并达到较高的精度。 (5)陶瓷的摩擦系数小于钢轴承30％，可减少因摩擦产生的热量，可减少因高温引起的轴承提前剥落失效。 (6)热膨胀系数小于钢轴承20％。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。 高速旋转：金属加工机床主轴、燃气轮机、离心分离器、高速电机主轴； 耐腐蚀：半导体制造设备、电镀装置、化工制药设备、海洋机械； 高真空：航空航天、真空机器； 耐高温：各种热处理炉、加热辊、医疗灭菌装置、化学纤维机械、发动机； 非磁性：半导体制造设备、超导装置、原子能发电设备； 重量轻：摩托车(赛车)曲轴、航空发动机、宇航相关机器 高刚性：金属加工机床主轴； 绝缘：电镀装置、铁路机车索引电机、各种电机。 一般采用热等静压成型技术生产陶瓷球坯。 合理的陶瓷球加工工序为：粗研→半精研→精研→超精研→抛光。 研磨磨料使用金刚石磨料，也可以使用SiC、B4C磨料。 陶瓷轴承零部件的材料及生产过程决定了它比钢制轴承零部件更容易产生偶然性缺陷。因此需要根据零件的大小和用途采取不同的检测手段和检测方法。 陶瓷球的检测方法：1)目测或光学显微镜检测；2)荧光染着色检测；3)超声波检测技术。 陶瓷球的额定静负荷 在设计和选择轴承时，最重要的依据是其额定静载荷和额定动载荷。前者是轴承所能承受的最大静载荷，后者则涉及轴承的滚动疲劳寿命。 图为日本工业标准JISB1501中 所规定的测量球体压碎负荷的 试验方法。 本试验试验球分别为3.1753、3.6988、4.7625、5、5.9531、6.5和7.5mm氮化硅精密球,精密陶瓷球精度G5 级；所用钢球为同规格的军甲钢(ZGCr15) 球。 试验时采用两种方法, 一种为三粒 试球均为陶瓷球,另一种为上下两 粒试球为钢球,中间试球为陶瓷球， 以考察在同等接触面积下陶瓷球的 承载能力。钢球的压碎载荷采用标 准值。 氮化硅精密陶瓷球压碎载荷试验结果(3 粒试球均为陶瓷球) 　 氮化硅精密陶瓷球压碎载荷试验结果 注: (1) 实测接触圆直径是未破碎钢球的压痕直径。(2)“- ”表示陶瓷球未压碎。(3) 上下试球为钢球,中间试球为陶瓷球。 结论 1)单纯比较压碎负荷时，陶瓷球的最小压碎负荷约为钢球的1/2-1/3。这是因为钢球塑性变形引起的接触面增大，导致其压碎负荷较大。 2)在基本相同的接触状态下，陶瓷球比钢球有更高的压碎载荷。 3)根据陶瓷球的压碎负荷值，可以计算出其破坏时的最大接触应力约为ISO-TC4标准中所规定的6-7倍，这不仅证明陶瓷球用于滚动轴承是安全的，而且也说明它完全可以承受比钢轴承更大的静负荷。 陶瓷球的额定动载荷 图为日本光洋精工和东芝公司 采用的推力负荷型球轴承疲劳 试验机。 表中所列是其试验条件。在这 样的试验条件下，氮化硅试验 片与钢球之间所产生的最大接 触应力为605kg/mm2。 从实验结果可以看出：氮化硅陶 瓷比高碳铬轴承钢的滚动疲劳寿 命长。 对于深沟球或角接触球轴承，其 疲劳寿命与球和套圈滚道间的最 大接触应力有关。这一接触应力， 一方面来自正常的工作载荷，另一方面来自滚动体的离心力。由于陶瓷的密度大约为钢的40%，所以在高速条件