CN102052395A - 用碳石墨或电化石墨作整体保持器的滚动轴承及制作方法 - Google Patents

Abstract

一种用碳石墨或电化石墨作整体保持器的滚动轴承，包括轴承外圈、内圈、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体和将滚动体沿圆周方向均匀分隔的保持器，保持器是由碳石墨或电化石墨管料或环料经机械加工一体制成。本发明采用由耐高温、耐低温、耐腐蚀、高强度、自润滑性能和机械加工性能均良好的碳石墨或电化石墨制成的整体保持器，使保持器不再成为制约轴承使用温度上限、使用温度下限和抗腐蚀能力的短板。在润滑油或润滑脂不能胜任的超高温、超低温或强酸碱盐介质侵袭的环境下，使用碳石墨或电化石墨整体保持器，轴承可以不加注润滑油或润滑脂，是一个非常有工程应用价值的发明。

Description

用碳石墨或电化石墨作整体保持器的滚动轴承及制作方法

技术领域

本发明涉及特种滚动轴承技术领域，特别涉及一种用碳石墨(carbon graphite)或电化石墨(electrographite)作整体保持器的滚动轴承、整体保持器以及制作整体保持器的方法。

背景技术

很多在高温或低温环境下工作的主机需要耐高温或低温的轴承支撑其运转。目前，现有的耐高温或耐低温轴承，其套圈和滚动体普遍采用耐高温或低温的钢材或陶瓷，其润滑剂采用耐高温或低温的润滑油、润滑脂或固体润滑剂，其保持器普遍采用聚四氟乙烯(PTFE)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)或聚醚醚酮(PEEK)。当在特别高(高于+260℃)或特别低(低于-60℃)温度的环境下或酸、碱、盐等强介质腐蚀的环境下，轴承套圈和滚动体可以采用高低温性能和抗腐蚀性能均特别优异的陶瓷，这时，润滑剂和保持器，尤其是保持器，就变成了制约整套轴承的使用温度范围和抗腐蚀性能的短板。

目前市场上常见的耐高温或耐低温滚动轴承，存在以下缺陷：

首先，保持器普遍采用聚四氟乙烯(PTFE)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)和聚醚醚酮(PEEK)为原料制作而成，其均不能在高于260度或低于-60度的环境或强酸碱盐介质侵袭的环境里长期稳定地工作。

其次，没有能在260度以上或-60度以下长期稳定地工作的润滑油或润滑脂，而固体润滑剂如石墨等虽然能在上述的特殊环境下稳定工作，但其不能在轴承工作面均匀覆布，且存在局部聚集过多而将滚动体卡滞的危险。

再次，采用若干个石墨棒(或称隔块)代替整体保持器将各滚动体分隔开的方案，存在各石墨棒之间沿圆周方向相对位置不固定，运动不同步，进而严重制约轴承运转速度的问题。

最后，不采用保持器的满装滚动体轴承，一是滚动体数目增加使轴承成本升高明显，二是极大地限制了轴承的运转速度，使得满装滚动体轴承只适合于超低速运转的环境。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种用碳石墨或电化石墨作整体保持器的滚动轴承，以解决现有技术中现有的保持器材料采用的聚四氟乙烯(PTFE)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)和聚醚醚酮(PEEK)均不能在高于260度或低于-60度的环境或强酸碱盐介质侵袭的环境里长期稳定地工作、进而影响整个滚动轴承使用环境受限的技术性问题。

本发明的第二目的在于提供一种用碳石墨或电化石墨制作而成的新型整体保持器，以扩大整体保持器的使用范围。

本发明的第三目的在于提供一种整体保持器的制作工艺，以扩大整体保持器的使用范围。

一种用碳石墨或电化石墨作整体保持器的滚动轴承，包括轴承外圈、轴承内圈、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体和将滚动体沿圆周方向均匀分隔的保持器，所述保持器是由碳石墨或电化石墨一体制成，所述保持器兜孔沿保持器轴向切面形状为直口型或外敞口型，所述各个滚动体分别空置在对应兜孔内，并且在保持器非开口平底端外侧可设置有防止保持器沿轴向移位的限位装置。

优选地，所述限位装置包括一设置在保持器非开口平底端外侧并与保持器相隔一定距离的防尘盖。

较佳地，所述限位装置还包括设置在防尘盖外侧并与防尘盖相隔一定距离的卡环或挡圈。

较佳地，所述限位装置包括设置在保持器非开口平底端外侧并与保持器相隔一定距离的卡环或挡圈。

较佳地，保持器的兜孔沿保持器轴向切面形状为直口型或外敞口型，敞口角度不超过60度，保持器外径小于外圈挡边直径，保持器内径大于内圈挡边直径，保持器宽度小于轴承宽度。

较佳地，滚动体为球、圆柱滚子、圆锥滚子、滚针、球面滚子和螺旋滚子的其中之一或组合，相应保持器为由碳石墨或电化石墨制成的球保持器、圆柱滚子保持器、圆锥滚子保持器、滚针保持器、球面滚子保持器和螺旋滚子保持器的其中之一或组合，相应轴承可以是用碳石墨或电化石墨作整体保持器的球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承、球面滚子轴承和螺旋滚子轴承。

较佳地，根据轴承大小尺寸不同，防尘盖、卡环或挡圈与所述保持器平底端的轴向距离为5微米至5000毫米。

一种滚动轴承用保持器，其由碳石墨或电化石墨一体制成，所述保持器的兜孔沿保持器的轴向切面形状为直口型或外敞口型。

优选地，保持器材料包括碳石墨、树脂浸渍碳石墨、盐浸渍碳石墨、金属浸渍碳石墨、电化石墨、树脂浸渍电化石墨、盐浸渍电化石墨和金属浸渍电化石墨。

优选地，当保持器的兜孔沿保持器的轴向切面形状为外敞口型时，敞口角度不超过60度。

一种滚动轴承用保持器的制作方法，包括：

提供一碳石墨管或电化石墨管，管子的外径大于保持器的设计外径；管子的内径小于保持器的设计内径；管子的宽度大于保持器的设计宽度；

沿横截面切割一碳石墨管或电化石墨管，得到若干碳石墨环或电化石墨环，环的高度大于保持器的设计高度；

采用机械加工方法对碳石墨环或电化石墨环进行加工至其外径、内径和宽度分别等于保持器的设计外径、设计内径和设计宽度；

采用机械加工方法在碳石墨环或电化石墨环上加工出兜孔，兜孔沿保持器轴向切面形状为直口型或外敞口型，敞口角度不超过60度；

进行倒角、去除毛刺等精整加工，制成碳石墨或电化石墨整体保持器。

与现有技术相比，本发明采用机械加工性能良好的碳石墨或电化石墨制成整体保持器，使整套轴承可在高于260度或低于-60度的环境或强酸碱盐介质侵袭的环境里长期稳定地工作，同时，碳石墨和电化石墨本身具有良好的自润滑特性，在润滑油和润滑脂不能胜任的超高温、超低温和强酸碱盐介质侵袭的环境下，可以不加注润滑油或润滑脂而保证滚动轴承能够正常稳定地工作。

附图说明

图1为滚动轴承的剖面图；

图2为保持器的立体结构图；

图3为保持器的结构图；

图4为保持器的单个兜孔的轴向切面图。

具体实施方式

以下结合附图，详细说明本发明。

使用相应的原材料和制作工艺，可以制作出碳石墨和电化石墨。申请人发现碳石墨和电化石墨都具有耐高温、耐低温、抗腐蚀等优良特性。申请人将碳石墨和电化石墨应用至滚动轴承，以解决现有滚动轴承保持器在高温、低温或强腐蚀介质下呈短板效应的技术问题。但是，目前传统的耐高低温轴承保持器一般是由聚四氟乙烯(PTFE)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)或聚醚醚酮(PEEK)这些材质制作而成，这些材质本身带有一定的弹性，因此，保持器的兜孔可做成开口处宽度小于滚动体直径的收口形状，以便滚动体容置在兜孔中空处，并且由开口处卡固。而在本发明中，由于碳石墨和电化石墨自身的理化特性，制作而成的保持器不能任意做成各种形状以达到保持滚动体的目的。为此，申请人对保持器进行了相应的结构上的改进。

请参阅图1-4，一种用碳石墨或电化石墨作整体保持器的滚动轴承，包括轴承外圈1、轴承内圈2、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体3和将滚动体3沿圆周方向均匀分隔的保持器4，保持器4是由碳石墨或电化石墨一体制成，所述保持器4的兜孔41沿保持器轴向切面的形状为直口型或外敞口型。各个滚动体3分别空置在对应兜孔41内，在保持器4的平底端42外侧可设置有防止保持器4沿轴向移位的限位装置。限位装置主要的目的在于防止保持器轴向移位，丧失对滚动体3沿轴承圆周方向均匀分隔的功能。实现这种限位功能的结构非常多，以下举例说明。

限位装置可以仅包括一设置在保持器4平底端42一侧的防尘盖5，该防尘盖5通过冲压方式与轴承外圈1固定在一起，对保持器4的轴向移位起到限制作用。限位装置还可以包括防尘盖5和设置在防尘盖5外侧的卡环6或挡圈，以达到更好的卡固作用。另外，需要说明的是，防尘盖在起到防止保持器沿轴向移位的同时还起到防止外部异物进入轴承内腔的作用。限位装置也可以仅包括设置在保持器平底端42外侧的卡环6或挡圈。并且，根据轴承尺寸大小不同，防尘盖、卡环或挡圈与所述保持器平底端的轴向距离为5微米至5000毫米。

保持器4包括中空圆柱体本体43，中空圆柱体本体43的一端沿圆周方向均匀设置若干兜孔41。请参阅图3，兜孔41的径向切面形状为局部圆周，且此圆周的直径略大于滚动体直径。请参阅图4，其为保持器4中一个兜孔沿保持器轴心线方向的剖面图，兜孔切面呈直口型或外敞口型。并且，在本实例中，敞口角度β不超过60度。

保持器4的材料包括碳石墨、树脂浸渍碳石墨、盐浸渍碳石墨、金属浸渍碳石墨、电化石墨、树脂浸渍电化石墨、盐浸渍电化石墨和金属浸渍电化石墨。

由于碳石墨或电化石墨自身的理化特性，保持器的兜孔41沿保持器轴心线方向设置为直口型或外敞口型，保持器4的外径小于外圈1的挡边直径，保持器4的内径大于内圈2的挡边直径，保持器4的宽度小于轴承宽度。

另外，滚动体3可为球、圆柱滚子、圆锥滚子、滚针、球面滚子和螺旋滚子的其中之一或组合，相应的保持器为由碳石墨或电化石墨制成的球保持器、圆柱滚子保持器、圆锥滚子保持器、滚针保持器、球面滚子保持器和螺旋滚子保持器的其中之一或组合。相应轴承可以是用碳石墨或电化石墨作整体保持器的球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承、球面滚子轴承和螺旋滚子轴承。

本发明还提供了一种滚动轴承用保持器的制作工艺，其包括：

首先，提供一碳石墨管或电化石墨管，碳石墨管或电化石墨管目前可直接进口。管子的外径大于保持器的设计外径；管子的内径小于保持器的设计内径；管子的宽度大于保持器的设计宽度；

沿横截面切割一碳石墨管或电化石墨管，得到若干碳石墨环或电化石墨环，环的高度大于最终保持器的高度；

采用机械加工方法对碳石墨环或电化石墨环进行加工至其外径、内径和宽度分别等于保持器的设计外径、设计内径和设计宽度；

采用机械加工方法在碳石墨环或电化石墨环上加工出兜孔，兜孔沿保持器径向切面形状为局部圆周，且此圆周的直径略大于滚动体直径，兜孔沿保持器轴向切面形状为直口型或外敞口型，敞口角度β不超过60度；

进行倒角、去除毛刺等精整加工，制成碳石墨或电化石墨整体保持器。

以上仅是一举例说明，并非用于限定本发明。

下面以单列向心混合陶瓷球轴承为例说明用碳石墨或电化石墨作整体保持器的滚动轴承的制造工艺过程：

1.按正常轴承装配工艺，取现行经过机械或物理化学加工、清洗、分选完毕的轴承外圈、内圈和陶瓷球，进行合套，用专用辅具使各陶瓷球沿圆周均匀分布；

2.购置碳石墨或电化石墨管料、环料或棒料进行机械加工制成整体保持器并插入滚动轴承中对陶瓷球起到圆周位置均匀分布和保持作用；

3.此处选择不加注润滑剂；

4.冲压防尘盖，防尘盖在起到防止外部异物进入轴承内腔的同时还起到对碳石墨或电化石墨保持器的轴向限位功能。

即可制成用碳石墨或电化石墨作整体保持器的单列向心混合陶瓷球轴承。

在高温、超高温环境下，如果内圈和外圈的材料采用高温钢或陶瓷，滚动体的材料采用陶瓷，使用碳石墨或电化石墨制作的整体保持器，不加注润滑剂的滚动轴承能够在高于260度或低于-60度或强酸碱盐等介质侵袭的环境中长期稳定地工作。由于碳石墨或电化石墨耐高温、耐低温、抗介质侵袭的能力强，并具有良好的自润滑性能，因此，用碳石墨或电化石墨做成的保持器，可以选择加注或不加注润滑剂，极大地提高了滚动轴承的耐高低温范围和抗介质侵袭的能力，大大延长了滚动轴承在高温、超高温环境下或低温、超低温环境下或酸碱盐等强介质侵袭环境下的使用寿命。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (11)

1.一种用碳石墨或电化石墨作整体保持器的滚动轴承，包括外圈、内圈、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体和将滚动体沿圆周方向均匀分隔的保持器，其特征在于，所述保持器是由碳石墨或电化石墨一体制成，所述保持器兜孔沿保持器轴向切面形状为直口型或外敞口型，所述各个滚动体分别空置在对应兜孔内，并且在保持器非开口平底端外侧可设置有防止保持器沿轴向移位的限位装置。

2.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述限位装置包括一设置在保持器非开口平底端外侧并与平底端相隔一定距离的防尘盖。

3.如权利要求2所述的滚动轴承，其特征在于，所述限位装置还包括设置在防尘盖外侧并与防尘盖相隔一定距离的卡环或挡圈。

4.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述限位装置包括设置在保持器非开口平底端外侧并与保持器相隔一定距离的卡环或挡圈。

5.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，保持器的兜孔沿保持器轴向切面形状为直口型或外敞口型，敞口角度不超过60度，保持器外径小于外圈挡边直径，保持器内径大于内圈挡边直径，保持器宽度小于轴承宽度。

6.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，滚动体为球、圆柱滚子、圆锥滚子、滚针、球面滚子和螺旋滚子的其中之一或组合，相应保持器为由碳石墨或电化石墨制成的球保持器、圆柱滚子保持器、圆锥滚子保持器、滚针保持器、球面滚子保持器和螺旋滚子保持器的其中之一或组合，相应轴承可以是用碳石墨或电化石墨作保持器的球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承、球面滚子轴承和螺旋滚子轴承。

7.如权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，根据轴承尺寸大小，防尘盖、卡环或挡圈与所述保持器平底端的轴向距离为5微米至5000毫米。

8.一种滚动轴承用保持器，其特征在于，其由碳石墨或电化石墨一体制成，所述保持器的兜孔沿保持器的轴向切面形状为直口型或外敞口型。

9.如权利要求8所述的保持器，其特征在于，保持器材料包括碳石墨、树脂浸渍碳石墨、盐浸渍碳石墨、金属浸渍碳石墨、电化石墨、树脂浸渍电化石墨、盐浸渍电化石墨和金属浸渍电化石墨。

10.如权利要求8所述的保持器，其特征在于，当保持器的兜孔沿保持器的轴向切面形状为外敞口型时，敞口角度不超过60度。

11.一种滚动轴承用保持器的制作方法，其特征在于，包括：

提供一碳石墨管或电化石墨管，管子的外径大于保持器的设计外径；管子的内径小于保持器的设计内径；管子的宽度大于保持器的设计宽度；

沿管子横截面切割一碳石墨管或电化石墨管，得到若干碳石墨环或电化石墨环，环的高度大于保持器的设计高度；

采用机械加工方法对碳石墨环或电化石墨环进行加工至其外径、内径和宽度分别等于保持器的设计外径、设计内径、设计宽度；

采用机械加工方法在碳石墨环或电化石墨环上加工出兜孔，兜孔沿保持器轴向切面形状为直口型或外敞口型，敞口角度不超过60度；

进行包括倒角、去除毛刺在内的精整加工，制成碳石墨或电化石墨整体保持器。

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