【軸承網(wǎng)】
滾動軸承是機(jī)械傳動中不可缺少的重要零件，它對于提高傳動效率，降低能耗起著不可替代的作用。在現(xiàn)代滾動軸承技術(shù)發(fā)展過程中，為提高軸承的承載能力，對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用新材料新技術(shù)。塑料，特別是工程塑料以及特種工程塑料已日益顯示出它們在軸承行業(yè)所具有的優(yōu)越性和重要性。塑料比重小，耐磨損、耐腐蝕、耐輻射、韌性好，能抗震、能嵌埋固體異物，并能根據(jù)設(shè)計(jì)和使用要求進(jìn)行有針對性的改性以提高其相應(yīng)的性能，加工方便，可直接注塑成型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，提高了設(shè)計(jì)的靈活性和自由度，這一切為塑料在滾動軸承中的應(yīng)用提供了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可行性。
塑料在滾動軸承中的應(yīng)用概況自1930年以熱固性樹脂制成的軸承首次面市以來，在軸承領(lǐng)域里各種聚合物和以聚合物為主的各種混合物的應(yīng)用不斷增加，應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。塑料在軸承保持架上獲得應(yīng)用第二次世界大戰(zhàn)后，瑞典SKF軸承公司用PA66成功制作了“0”類軸承塑料保持架；上世紀(jì)70代美國鐵姆肯軸承公司對汽車前輪主軸圓錐軸承采用PA66保持架進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)和研究，行車試驗(yàn)16萬公里以上，尼龍保持架良好無損，證明了其性能壽命優(yōu)于鋼保持架。應(yīng)用塑料保持架最為突出的是德國。
SKF公司在上世紀(jì)80年代，己有70％圓柱滾子軸承和80％的新一代圓柱滾子軸承都采用了塑料保持架；FAG軸承公司在它為每輛汽車提供的50多套軸承中絕大多數(shù)采用了塑料保持架，“E”型對稱球面滾子軸承(D≤320mm)100％采用PA66/GF保持架，滾子加長數(shù)量增多，從而使軸承承載能力提高了7％-37％，使用溫度為-60-+120℃。SKF公司在有高速、高溫，化學(xué)侵蝕要求的場合，已廣泛使用PEEK/GF。為了滿足汽車領(lǐng)域極為苛刻的應(yīng)用需要，SKF的工程師在深槽滾珠軸承的設(shè)計(jì)中開始轉(zhuǎn)而使用VICTREXPEEK等高性能聚合材料我國應(yīng)用塑料保持架起步于上世紀(jì)60年代中期。
上世紀(jì)80年代，在國外各類軸承結(jié)構(gòu)的塑料保持架都在興起并廣泛應(yīng)用的影響下，國內(nèi)也有不少單位慎重開展了塑料保持架的研究開發(fā)和應(yīng)用工作，并在軍品軸承和一些專用軸承中獲得較好的應(yīng)用。另外在電機(jī)軸承、軋機(jī)軸承、冷凍機(jī)軸承、直線運(yùn)動軸承、重大型軸承等方面，塑料保持架也逐步得到應(yīng)用。保持架是滾動軸承中的重要零件。它不但要受到摩擦力、張力和慣性力等機(jī)械應(yīng)力的作用，而且還要受某些潤滑劑、潤滑添加劑或其老化產(chǎn)物、有機(jī)溶劑或冷卻劑產(chǎn)生的化學(xué)作用，它們的影響程度還可能受到諸如高溫、沖擊、振動、輻射等因素及其因素組合的影響。
保持架材料的性能和運(yùn)行的可靠性是保證軸承正常工作的關(guān)鍵之一。高分子材料保持架能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度和彈性的完美結(jié)合，它在潤滑的鋼材表面有良好的滑動性能，極低的摩擦力，從而使軸承的磨損和發(fā)熱保持在最低的水平。低密度材料的慣性低，即使在缺乏潤滑劑的條件下，塑料保持架也仍具有優(yōu)良的運(yùn)行性能，因此軸承即使是連續(xù)工作也不會有卡死和二次損傷的風(fēng)險。塑料保持架可在相同外形尺寸和截面條件下容納數(shù)量更多、尺寸更大的滾動體，從而提高軸承的承載能力，另外在存貯潤滑劑改善潤滑條件、減少振動、自調(diào)適應(yīng)性和節(jié)約材料、提高生產(chǎn)效率方面都具有明顯的優(yōu)越性。
目前塑料保持架主要用材是玻璃纖維增強(qiáng)尼龍66，玻璃纖維含量25％-30％。隨著工程塑料改性技術(shù)的發(fā)展和新材料的出現(xiàn)，將會進(jìn)一步擴(kuò)大塑料在軸承保持架中的應(yīng)用。塑料在滾動軸承中應(yīng)用的進(jìn)一步拓展塑料在軸承保持架的廣泛應(yīng)用，己突顯了塑料在滾動軸承中應(yīng)用的優(yōu)越性。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，塑料新材料的成功開發(fā)及應(yīng)用范圍的延伸，為塑料在滾動軸承中的應(yīng)用進(jìn)一步拓展了空間。
(1)、軸承保持架用塑料己從PA66/GF，逐漸開始使用PTFE、PTFE/GF、PEI、PVDF、PEEK/GF、PEEK/CF、PPS、PI、UHMWPE等材料，以適應(yīng)不同的工況要求。如PTFE、PVDF主要用于有耐腐蝕要求的工況條件；UHMWPE有較好的強(qiáng)度、低的摩擦性以及低溫應(yīng)用特性(最低可至-150℃)，PEEK/GF或CF主要用于耐高溫、耐輻射、低摩擦等工況條件。
(2)、內(nèi)、外圈已出現(xiàn)用塑料制造。種類較多，用途各異。例如：內(nèi)、外圈用POM或PA，保持架采用PA66/GF(wt25％)，滾動體為玻璃、不銹鋼或陶瓷(主要是氧化鋯ZrO2、氮化硅Si3N4、碳化硅SiC)。此種軸承在堿性環(huán)境下表現(xiàn)良好，但不適用酸性腐蝕環(huán)境下運(yùn)行。內(nèi)、外圈用HDPE、PP或UHMWPE，保持架采用HDPE、PP或UHMWPE的軸承，可用于相對較弱酸堿交變環(huán)境(通過30％CuCL2溶液和30％NaOH溶液測試)，可適用于大多數(shù)酸/堿/鹽/溶劑/油/氣體及海水腐蝕環(huán)境。內(nèi)、外圈采用PEEK/CF、PEEK/GF、PI、PPS等材料也有使用。以POM或PEEK為內(nèi)、外圈，保持架為PA66或PA66/GF或PEEK的塑料軸承，其精度和公差比一般的塑料軸承提高很多，可適用于精密機(jī)械、特殊工況和轉(zhuǎn)速要求較高的場合。
(3)、目前滾動體材料基本上是使用不銹鋼為主，陶瓷、玻璃的滾動體也有采用。近年來已出現(xiàn)了用PEEK、PI制造的滾動體。軸承主要原料為SiC
(4)、目前滾動體材料基本上是使用不銹鋼為主，陶瓷、玻璃的滾動體也有采用。近年來已出現(xiàn)了用PEEK、PI制造的滾動體。塑料的發(fā)展，為其在軸承中的應(yīng)用提供了有力技術(shù)支撐在國外，塑料軸承發(fā)展很快，應(yīng)用范圍也較廣泛，這首先得益于塑料的發(fā)展。據(jù)報(bào)道，美國TIMKEN軸承公司研發(fā)了一種先進(jìn)的軸承材料，這是繼NSK軸承公司開發(fā)塑料軸承材料和SKF軸承公司研發(fā)高性能的汽車塑料軸承保持架之后又一個新發(fā)展。
日本精工在2005年通過優(yōu)化PA原材料分子量、GF直徑以及與GF的混合比例等，將材料的剛性和拉伸強(qiáng)度分別比以前應(yīng)用的材料提高了70％和45％，從而提高了材料的承載能力和抗蠕變性能，這對于提高軸承的性能提供了有力的技術(shù)支撐。在國內(nèi)，原材料的生產(chǎn)尤其是軸承專用塑料品種的研發(fā)和生產(chǎn)起步較晚，與國外有較大的差距。我國的工程塑料及特種工程塑料不少品種還主要依靠進(jìn)口，有的所謂“戰(zhàn)略物資”國外對我國仍實(shí)行封鎖，這在一定程度上制約了我國塑料軸承的發(fā)展。塑料在軸承中應(yīng)用需注意的問題塑料的不少性能特點(diǎn)與金屬相比使其在軸承中獲得了廣泛的應(yīng)用，但塑料一些固有的特性也使其在軸承中應(yīng)用時不得不要給予充分的考慮。
如強(qiáng)度相對較低、硬度較差，熱膨脹系數(shù)比金屬大得多，導(dǎo)熱系數(shù)低，導(dǎo)熱性差，熱變形溫度低，有的塑料耐酸堿性能相對較差，還有高溫蠕變等問題，有的塑料耐油性差等，下面就有關(guān)一些問題提出我們的看法。配合精度在GB和ISO標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了軸承的精度等級，除普通精度P0級外，還有P6、P5、P4級，精度依次提高，這一標(biāo)準(zhǔn)只適用于鋼軸承和陶瓷軸承而不適用于塑料軸承。塑料軸承的精度與上兩類軸承相比相對較低。游隙值的設(shè)定和控制是決定軸承精度非常重要的指標(biāo)。滾動軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中的內(nèi)部游隙值的大小，對其疲勞壽命、振動噪音、溫升等軸承性能影響很大。所謂游隙值是指軸承內(nèi)圈（或外圈）一方固定，將另一方的套圈上下或左右方向移動的移動量。對鋼軸承和陶瓷軸承的游隙值國家有相關(guān)規(guī)定。但對內(nèi)，外圈或內(nèi)、外圈滾動體全部是塑料制造的，該規(guī)定不適用，這可能是因?yàn)樗芰系臒嵝阅茌^差，使游隙值較大而且難以控制的原因。
同樣，使用塑料軸承時其徑向配合間隙比金屬軸承要大。例如對碳纖維填充的PTFE而言，通常取軸承內(nèi)徑間隙為(0.006-0.015)D，D為軸徑(mm)。一般情況下，總徑向間隙不得小于0.1mm(當(dāng)D<10mm時，其間隙值可小于0.1mm)，這樣可避免軸承因材料膨脹而抱死。熱膨脹系數(shù)的大小與制品精度密切相關(guān)。一般熱膨脹系數(shù)的降低會使材料的成型收縮率減少、制品精度提高，因此為減少塑料軸承的游隙值，提高配合精度，必須使材料的熱膨脹系數(shù)降低。另外需注意的是對纖維增強(qiáng)塑料而言，由于纖維在流動方向的取向，使流動方向上的熱膨脹系數(shù)要大于垂直方向，產(chǎn)生各向異性，使制品撓曲，尺寸穩(wěn)定性變差。相對運(yùn)動的零件要有較高的剛性和一定的硬度差金屬軸承其內(nèi)、外圈與滾動體，滾動體與保持架的材質(zhì)之間均有一定的硬度差。這對塑料軸承來說，也有同樣的要求。塑料的硬度與剛性密切關(guān)聯(lián)。凡能提高材料剛性的措施都有提高硬度的效果。塑料與不同材料配合時會產(chǎn)生不同類型的磨損。當(dāng)嚙合材料為金屬時，與較硬金屬（如鋼）配合時磨損較小，而與較軟金屬（如黃銅、鋁合金等）配合時磨損較大。如金屬表面不平則會產(chǎn)生“剝蝕磨損”；如金屬表面很光滑，則會產(chǎn)生“粘著磨損”。
當(dāng)嚙合材料為異種樹脂時，粘著磨損一般會較大，其程度視品種而異，如PBT、PA與P