CN102606627A - 一种固体润滑的滚动轴承制作方法及滚动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种由热塑性聚合物保持固体润滑材料进行润滑的滚动轴承制作方法及滚动轴承。本发明的方法是将热塑性聚合物和固体润滑材料的混合材料或复合材料先加热后冷却，使聚合物包裹固体润滑材料塑化在轴承内腔，形成塑化定型体，轴承工作时，保持器和滚动体与塑化定型体的微观接触和碰撞使得固体润滑材料脱落，从而在轴承零件的工作面形成固体转移润滑膜，实现轴承的终生免维护润滑。与现有技术相比，本发明的固体润滑材料可从塑化定型体上脱落，持续不断地为轴承工作表面提供固体润滑材料，实现了转移膜润滑，可终生润滑免维护，从而降低了轴承的制造成本和维护成本，大幅度提高了轴承在低温超低温、高温超高温情况下的运行可靠度和运行寿命。

Description

一种固体润滑的滚动轴承制作方法及滚动轴承

技术领域

本发明涉及特种滚动轴承的技术领域，特别涉及一种由热塑性聚合物保持固体润滑材料进行润滑的滚动轴承的制作方法及滚动轴承。

背景技术

工作在低温超低温、高温超高温、辐射、强化学介质侵袭、真空及不允许对在制品有任何油剂污染下的滚动轴承，由于润滑脂、润滑油等流体润滑剂难以适应这些工况，采用固体润滑材料进行固体润滑往往成为最佳的甚至是唯一的选择。

固体润滑滚动轴承需要选择固体润滑材料并将其引入轴承内部，但是，现行的固体润滑滚动轴承在固体润滑材料的选用上或将固体润滑材料引入轴承内部的方式上存在以下缺陷：

1、直接往轴承中加入石墨、二硫化钼等固体润滑粉末，因是一次性加入，加入的量势必较多，这样就会形成粉末的聚集，锲入滚动体和滚道收敛间隙之间的粉末过多，消除轴承应有的工作游隙，妨碍阻滞滚动体和保持器的正常运行，甚至导致轴承卡死；若加入的粉末量过少，则会导致轴承发生欠润滑，引起轴承的磨损失效，从而影响轴承的运行寿命；

2、往轴承中每两个滚动体之间插入石墨等固体润滑材料制成的隔离棒或隔离块，隔离棒或隔离块因自由度过多，在轴承运转过程中容易偏斜，进而妨碍阻滞轴承的正常运转；再之，隔离棒块只适合于无保持器轴承，但轴承一旦没有保持器，各滚动体就得不到很好的隔离和运动引导；因此，这样的引入方式只适合于极低速轴承；

3、采用聚四氟乙烯、聚醚醚酮等有机自润滑材料制成整体冠状带锁口保持器插入轴承内腔，聚四氟乙烯、聚醚醚酮不属于易切削材料，会带来加工成本的升高；轴承运动过程中较难有固体润滑材料脱落，会导致滚动体和滚道之间的贫油润滑，从而影响轴承的运行寿命；

4、采用碳石墨等无机自润滑材料制成整体冠状保持器插入轴承内腔，碳石墨等无机自润滑材料，质硬且脆，很难加工，切削效率很低，这必然引起轴承成本的显著升高，另外，还要加装防尘盖或卡圈等，防止保持器在轴承运转过程中沿轴向退出轴承。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种固体润滑的滚动轴承制作方法，以解决现有技术中现有的滚动轴承在润滑时，直接往轴承中加入石墨、二硫化钼等固体润滑粉末，因是一次性加入，加入的量势必较多，这样就会形成粉末的聚集，锲入滚动体和滚道收敛间隙之间的粉末过多，消除轴承应有的工作游隙，妨碍阻滞滚动体和保持器的正常运行，甚至导致轴承卡死；若加入的粉末量过少，则会导致轴承发生欠润滑，引起轴承的磨损失效，从而影响轴承的运行寿命的技术性问题。

本发明的第二目的在于提供一种固体润滑的滚动轴承，以解决现有技术中现有的滚动轴承在润滑时，直接往轴承中加入石墨、二硫化钼等固体润滑粉末，因是一次性加入，加入的量势必较多，这样就会形成粉末的聚集，锲入滚动体和滚道收敛间隙之间的粉末过多，消除轴承应有的工作游隙，妨碍阻滞滚动体和保持器的正常运行，甚至导致轴承卡死；若加入的粉末量过少，则会导致轴承发生欠润滑，引起轴承的磨损失效，从而影响轴承的运行寿命的技术性问题。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种固体润滑的滚动轴承制作方法，包括以下步骤：

（1）制作包含热塑性聚合物和固体润滑材料的混合材料或复合材料，所述固体润滑材料的体积占所述混合材料或复合材料总体积的1%-90%；

（2）制作塑化定型体，可采用以下任意一种方法制成：

方法一：将混合材料或复合材料加入并保持在轴承内腔，然后对轴承整体加热，加热温度高于聚合物的黏流化温度并低于聚合物的热分解温度，混合材料或复合材料呈现熔融状态填充在轴承内腔，然后冷却，聚合物包裹固体润滑材料塑化在轴承内腔，形成塑化定型体；

方法二：以混合材料或复合材料为原料，利用注塑机，采用注塑成型工艺，将熔融状态的混合材料或复合材料注射入轴承内腔，冷却后，聚合物包裹固体润滑材料塑化在轴承内腔，形成塑化定型体；

（3）在轴承工作时，所述塑化定型体随轴承保持器一起运转，与滚动体、保持器、外圈和内圈接触碰撞，促使所述塑化定型体中的固体润滑材料脱落，在轴承零件的工作表面形成固体转移润滑膜，使轴承免于磨损和失效。

进一步地，所述热塑性聚合物包括单一热塑性聚合物、若干种热塑性聚合物的组合及其填充、增强、复合、改性产品。

进一步地，所述热塑性聚合物包括聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）、聚苯硫醚酮（PPSK）、聚酰亚胺（PI）、聚砜（PSU/PSF）、聚芳砜（PASU）、聚醚砜（PES/PESU）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚全氟乙丙烯（PFEP）和聚四氟乙烯（PTFE）。

进一步地，所述固体润滑材料包括软金属固体润滑材料、金属化合物固体润滑材料、无机物固体润滑材料和有机物固体润滑材料的其中之一或其组合。

进一步地，所述金属化合物固体润滑材料包括二硫化钼。

进一步地，所述无机物固体润滑材料包括石墨。

进一步地，所述塑化定型体的体积占所述轴承内腔自由空间的15%-100%。

进一步地，所述滚动体、保持器、外圈和内圈采用钢材制造，制成后进行化学热处理，所述化学热处理方法包括锰系磷化、盐浴渗氮或达克罗涂层。

一种滚动轴承，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，还包括嵌设在所述外圈和所述内圈之间的塑化定型体，所述塑化定型体分别与所述滚动体和所述保持器接触，所述塑化定型体包括热塑性聚合物和固体润滑材料。

进一步地，所述热塑性聚合物包括聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）、聚苯硫醚酮（PPSK）、聚酰亚胺（PI）、聚砜（PSU/PSF）、聚芳砜（PASU）、聚醚砜（PES/PESU）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚全氟乙丙烯（PFEP）、聚四氟乙烯（PTFE）的其中之一或其组合，以及它们的填充、增强、复合、改性产品。

进一步地，所述固体润滑材料包括软金属固体润滑材料、金属化合物固体润滑材料、无机物固体润滑材料和有机物固体润滑材料的其中之一或其组合。

进一步地，所述金属化合物固体润滑材料包括二硫化钼。

进一步地，所述无机物固体润滑材料包括石墨。

进一步地，所述固体润滑材料的体积占所述塑化定型体总体积的1%-90%。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

1、本发明的固体润滑材料可从塑化定型体上脱落，持续不断地为轴承工作表面提供固体润滑材料，实现了转移膜润滑，可终生润滑免维护，从而降低了轴承的制造成本和维护成本，提高了轴承的运行可靠度，并延长了轴承的使用寿命；

2、本发明的塑化定型体不会干扰轴承保持器和滚动体的正常运转，且本发明的滚动轴承无需轴向限位装置，是一个非常具有工程实际意义的发明；

3、本发明的滚动轴承在高温、超高温、低温、超低温、介质侵袭、忌讳油剂污染等场合具有广阔的应用前景。

附图说明

图1 为本发明的热塑性聚合物聚醚醚酮（PEEK）保持石墨进行润滑的滚动轴承的结构示意图；

图2为本发明的热塑性聚合物聚苯硫醚（PPS）保持二硫化钼进行润滑的滚动轴承的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，详细说明本发明。

实施例一

    在本实施例中，热塑性聚合物采用聚醚醚酮（PEEK），固体润滑材料采用石墨制成双面防尘盖密封深沟球轴承，如图1所示，该轴承制造过程及方法如下：

（1）将粒状或粉状聚醚醚酮和石墨混合匀化，制成混合材料；

（2）外圈11、内圈12和滚动体13均采用轴承钢制成，并根据轴承使用温度范围进行淬火回火，经磨削、超精等机械加工成型后进行化学热处理，在本实例中，进行锰系磷化处理；

（3）保持器14采用中碳钢板制造，机械加工成型后进行锰系磷化处理；

（4）按照现行深沟球轴承的装配工艺，对磷化过的轴承外圈11、内圈12和滚动体13进行清洗、烘干、分组合套，放置保持器14并铆合成开式滚动轴承；

（5）将粒状或粉状聚醚醚酮和石墨混合材料加入轴承内腔，并用两片金属盖板将混合材料保持在轴承内腔中，混合材料的体积可占据轴承内腔自由空间的15%-100%，这里选择注入量为轴承内腔自由空间的100%；

（6）将已加入混合材料的深沟球轴承连同金属盖板一起放入烘箱，在聚醚醚酮的黏流化温度之上、热分解温度之下进行加热，聚醚醚酮呈黏流态充填轴承内部自由空间；

（7）将轴承冷却，包含石墨粉的聚醚醚酮从黏流状态转变成塑料状态（塑化），形成塑化定型体15，移除金属盖板；

（8）按照现行深沟球轴承防尘盖冲压方法，冲压经过磷化的双面金属防尘盖16，即制成由热塑性聚合物聚醚醚酮保持石墨进行润滑的双面防尘盖密封深沟球滚动轴承。

石墨是一种非常好的固体润滑材料，被热塑性聚合物聚醚醚酮塑化保持在轴承内腔，形成与轴承内腔自由空间相吻合的塑化定型体15后，在轴承运转过程中，保持器14与塑化定型体15、滚动体13与塑化定型体15之间的微观接触和碰撞，促使石墨从塑化定型体15上脱落，从而在轴承内部各工作表面间形成石墨转移润滑膜。这种微观接触和碰撞是小幅的、持续的，因此，石墨从塑化定型体上的脱落也是少量的、持续的，轴承因此得到持续稳定的石墨转移膜润滑，保护轴承免于磨损，实现终生免润滑维护。

对外圈11、内圈12、滚动体13、保持器14和防尘盖16进行锰系磷化处理，其磷化膜除使这些零件在无油情况下免于锈蚀外，还有利于提高固体润滑材料石墨对轴承零件工作表面的吸附，提高轴承的润滑性能。此外，锰系磷化的处理方法也可用盐浴渗氮处理方法或达克罗涂层的方法代替。

双面防尘盖16密封，可以限制固体润滑材料石墨从轴承内腔向轴承外部泄漏，也具有防止外部异物进入轴承内腔污染润滑材料的功效。

实施例二

    在本实施例中，热塑性聚合物采用聚苯硫醚，固体润滑材料采用二硫化钼制成冲压金属保持器调心滚子轴承，如图2所示，该轴承制造过程及方法如下：

（1）制作聚苯硫醚和二硫化钼的粒状或粉状混合材料或复合材料，作为注塑成型工艺的原料；

（2）外圈21、内圈22、球面滚子23和中档圈25均采用轴承钢制成，并根据轴承使用温度范围进行淬火回火，经磨削、超精等机械加工成型后进行化学热处理，在本实例中，进行锰系磷化处理；

（3）保持器24采用中碳钢板制造，机械加工成型后进行锰系磷化处理；

（4）按照现行调心滚子轴承的装配工艺，清洗烘干轴承外圈21、内圈22、球面滚子23、保持器24和中档圈25，然后分选合套，装配成调心滚子轴承；

（5）采用注塑机将准备好的原料在聚苯硫醚的黏流化温度之上、热分解温度之下加热，然后注塑机将包含二硫化钼的熔融态聚苯硫醚注射入调心滚子轴承，这里选择注射物体积占轴承内腔自由空间的90%，经冷却，热塑性聚合物聚苯硫醚包裹二硫化钼塑化，形成塑化定型体26，保持在轴承内腔，即制成热塑性聚合物聚苯硫醚保持固体润滑材料二硫化钼进行润滑的带冲压金属保持器调心滚子轴承。

二硫化钼是一种非常好的固体润滑材料，被热塑性聚合物聚苯硫醚塑化保持在轴承内腔，形成与轴承内腔自由空间相吻合的塑化定型体26后，在轴承运转过程中，保持器24与塑化定型体26、调心滚子23与塑化定型体26以及中隔圈25与塑化定型体26之间的微观接触和碰撞，促使二硫化钼从塑化定型体26上脱落，从而在轴承内部各工作表面间形成二硫化钼转移润滑膜。这种微观接触和碰撞是小幅的、持续的，因此，二硫化钼从塑化定型体上的脱落也是少量的、持续的，轴承因此得到持续稳定的二硫化钼转移膜润滑，保护轴承免于磨损，实现终生免润滑维护。

对外圈21、内圈22、调心滚子23、保持器24和中档圈25进行锰系磷化处理，其磷化膜除使这些零件在无油情况下免于锈蚀外，还有利于提高固体润滑材料二硫化钼对轴承零件工作表面的吸附，提高轴承的润滑性能。

在本发明中，热塑性聚合物还可采用不同热塑性聚合物的混合物以及热塑性聚合物的增强、复合、改性产品。

在本发明中，固体润滑材料也可采用其它的无机物固体润滑材料和金属化合物固体润滑材料，或软金属固体润滑材料和有机物固体润滑材料。

再请参阅图1，本发明的滚动轴承，包括外圈11、内圈12、嵌入外圈滚道和内圈滚道之间的滚动体13和将滚动体13沿圆周方向均匀分隔的保持器14，还包括嵌设在外圈和内圈之间的塑化定型体15，塑化定型体15分别与滚动体13和保持器14接触，塑化定型体15包括热塑性聚合物和固体润滑材料。

进一步地，热塑性聚合物包括聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）、聚苯硫醚酮（PPSK）、聚酰亚胺（PI）、聚砜（PSU/PSF）、聚芳砜（PASU）、聚醚砜（PES/PESU）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚全氟乙丙烯（PFEP）、聚四氟乙烯（PTFE）的其中之一或其组合，以及它们的填充、增强、复合、改性产品。固体润滑材料包括软金属固体润滑材料、金属化合物固体润滑材料、无机物固体润滑材料和有机物固体润滑材料的其中之一或其组合。其中，金属化合物固体润滑材料中优选二硫化钼，无机物固体润滑材料中优选石墨。并且，固体润滑材料的体积占塑化定型体总体积的1%-90%。

需要说明的是，上述所说的滚动轴承（或轴承）涵盖所有类型和结构的滚动轴承，包括球轴承、圆柱轴承、滚针轴承、圆锥轴承、调心滚子轴承、直线运动轴承、关节轴承以及它们的双列和多列轴承、变形和组合轴承等。

本发明的固体润滑材料可从塑化定型体上脱落，持续不断地为轴承工作表面提供固体润滑材料，实现了转移膜润滑，可终生润滑免维护，从而降低了轴承的制造成本和维护成本，提高了轴承的运行可靠度，并延长了轴承的使用寿命。并且，本发明的塑化定型体不会干扰轴承保持器和滚动体的正常运转，本发明的滚动轴承也无需轴向限位装置，是一个非常具有工程实际意义的发明。此外，本发明的滚动轴承在低温超低温、高温超高温、介质侵袭、忌讳油剂污染等场合具有广阔的应用前景。

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 (14)

1.一种固体润滑的滚动轴承制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制作包含热塑性聚合物和固体润滑材料的混合材料或复合材料，所述固体润滑材料的体积占所述混合材料或复合材料总体积的1%-90%；

（2）制作塑化定型体，可采用以下任意一种方法制成：

方法一：将混合材料或复合材料加入并保持在轴承内腔，然后对轴承整体加热，加热温度高于聚合物的黏流化温度并低于聚合物的热分解温度，混合材料或复合材料呈现熔融状态填充在轴承内腔，然后冷却，聚合物包裹固体润滑材料塑化在轴承内腔，形成塑化定型体；

方法二：以混合材料或复合材料为原料，利用注塑机，采用注塑成型工艺，将熔融状态的混合材料或复合材料注射入轴承内腔，冷却后，聚合物包裹固体润滑材料塑化在轴承内腔，形成塑化定型体；

（3）在轴承工作时，所述塑化定型体随轴承保持器一起运转，与滚动体、保持器、外圈和内圈接触碰撞，促使所述塑化定型体中的固体润滑材料脱落，在轴承零件的工作表面形成固体转移润滑膜，使轴承免于磨损和失效。

2.如权利要求1所述的一种固体润滑的滚动轴承制作方法，其特征在于，所述热塑性聚合物包括单一热塑性聚合物、若干种热塑性聚合物的组合及其填充、增强、复合、改性产品。

3.如权利要求2所述的一种固体润滑的滚动轴承制作方法，其特征在于，所述热塑性聚合物包括聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）、聚苯硫醚酮（PPSK）、聚酰亚胺（PI）、聚砜（PSU/PSF）、聚芳砜（PASU）、聚醚砜（PES/PESU）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚全氟乙丙烯（PFEP）和聚四氟乙烯（PTFE）。

4.如权利要求1所述的一种固体润滑的滚动轴承制作方法，其特征在于，所述固体润滑材料包括软金属固体润滑材料、金属化合物固体润滑材料、无机物固体润滑材料和有机物固体润滑材料的其中之一或其组合。

5.如权利要求4所述的一种固体润滑的滚动轴承制作方法，其特征在于，所述金属化合物固体润滑材料包括二硫化钼。

6.如权利要求4所述的一种固体润滑的滚动轴承制作方法，其特征在于，所述无机物固体润滑材料包括石墨。

7.如权利要求1所述的一种固体润滑的滚动轴承制作方法，其特征在于，所述塑化定型体的体积占所述轴承内腔自由空间的15%-100%。

8.如权利要求1所述的一种固体润滑的滚动轴承制作方法，其特征在于，所述滚动体、保持器、外圈和内圈采用钢材制造，制成后进行化学热处理，所述化学热处理方法包括锰系磷化、盐浴渗氮或达克罗涂层。

9.一种滚动轴承，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，还包括嵌设在所述外圈和所述内圈之间的塑化定型体，所述塑化定型体分别与所述滚动体和所述保持器接触，所述塑化定型体包括热塑性聚合物和固体润滑材料。

10.如权利要求9所述的一种滚动轴承，其特征在于，所述热塑性聚合物包括聚醚醚酮（PEEK）、聚苯硫醚（PPS）、聚苯硫醚酮（PPSK）、聚酰亚胺（PI）、聚砜（PSU/PSF）、聚芳砜（PASU）、聚醚砜（PES/PESU）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚全氟乙丙烯（PFEP）、聚四氟乙烯（PTFE）的其中之一或其组合，以及它们的填充、增强、复合、改性产品。

11.如权利要求9所述的一种滚动轴承，其特征在于，所述固体润滑材料包括软金属固体润滑材料、金属化合物固体润滑材料、无机物固体润滑材料和有机物固体润滑材料的其中之一或其组合。

12.如权利要求11所述的一种滚动轴承，其特征在于，所述金属化合物固体润滑材料包括二硫化钼。

13.如权利要求11所述的一种滚动轴承，其特征在于，所述无机物固体润滑材料包括石墨。

14.如权利要求9所述的一种滚动轴承，其特征在于，所述固体润滑材料的体积占所述塑化定型体总体积的1%-90%。

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