CN108343670A - 一种绝缘轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绝缘轴承，包括外圈、内圈、保持架和滚动体，所述保持架设于外圈和内圈之间，所述滚动体设于保持架上且可自由转动，所述外圈和内圈中至少有一个是由金属制成的，且所述外圈和内圈中至少有一个涂有绝缘层，所述绝缘层是以碳化硅和/或氮化铝作为添加剂分散在氧化铝基体中的混合物，所述添加剂的含量为混合物总量的1～30质量％。本发明提供的一种绝缘轴承避免了轴承的电蚀失效，从而提高了轴承的运行可靠度和运行寿命，非常具有工程实际意义。

Description

一种绝缘轴承

技术领域

本发明涉及轴承领域，公开了一种绝缘轴承。

背景技术

轴承是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。轴承被广泛应用在机械设备中，但是，由于机械设备的多样化，有时候对轴承的性能要求不同，当现有的轴承不能满足使用要求的时候，就需要对特定的设备设计一款特定的轴承来满足工作需要。

在一些安装在电动机旋转轴、发电机或类似装置中的轴承上，因电机设计和制造方面的原因，其转子上往往产生较高的轴电压，并通过相互连接的电机主轴、轴承、端盖和机座形成回路电流(称为轴向电流或轴电流)，轴电流的产生不仅使轴承套圈滚道和滚动体表面产生具有相当深度的损伤，而且还会使轴承内的润滑剂加速劣化，从而严重威胁着轴承及主机运行的安全性和运行可靠度。同时由于摩擦、打滑等原因也常导致静电荷在轴承外圈和内圈两极的不断积累，一旦电荷积累到一定程度，当套圈滚道和滚动体之间的金属微凸体发生接触导致外圈、内圈和滚动体形成连通回路时，电荷将在瞬间释放，对滚动体和滚道微小接触区域造成损伤的同时，也使处在接触区域的润滑脂发生劣变，同样威胁着轴承及主机运行的安全性和运行可靠度。这两种情况造成的轴承损伤统称为电蚀，是轴承的一种非正常早期失效方式。

目前使用的陶瓷绝缘轴承存在成本问题和制造精度问题，全陶瓷轴承的制造成本是钢制轴承成本的几倍甚至几十倍，且很难获得比较高的精度等级，因此限制了全陶瓷绝缘轴承的使用，而陶瓷球混合轴承指滚珠采用陶瓷材料制成，外圈和内圈仍然用轴承钢制成的轴承。陶瓷球混合轴承已经比较多地应用在机床主轴上，在高速特性、温升特性和刚性等方面显示出比全钢主轴轴承的优越性。但是，陶瓷球混合轴承被作为绝缘轴承使用，则存在明显问题。这是因为陶瓷球混合轴承内部充填的润滑剂，会将作为绝缘隔离体的陶瓷球“短路”而直接“连接”轴承的外圈和内圈，而润滑剂并非严格意义上的绝缘材料，其绝缘强度与润滑剂采用的基础油类型、稠化剂种类、添加剂成分有关，再之经过一段时间运转，润滑剂中难免混入金属类粉粒(金属保持器上的磨粒或外部侵入)，这将进一步降低润滑剂的绝缘能力，尽管陶瓷球自身的绝缘等级很高，但使用陶瓷球的陶瓷球混合轴承其绝缘等级和绝缘可靠度则存在问题。另外用陶瓷制作微小陶瓷球的成本尚可接受，但制作较大陶瓷球或制作陶瓷滚子(圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子)的工艺并不很成熟、效率也不高，因此较大陶瓷球和陶瓷圆柱滚子的价格都非常高，而陶瓷圆锥滚子和陶瓷球面滚子迄今都未曾见到报道和实物，因此采用陶瓷滚动体制作绝缘轴承也并非理想的技术方案。

现行绝缘轴承存在的诸多问题，限制了绝缘轴承的使用和普及。因此，设计、制作一种绝缘可靠度高、绝缘寿命长而且经济易行的绝缘轴承产品以解决上述问题，显得十分迫切和必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种安装在可能具有流动电流装置中的绝缘轴承，例如安装在电动机的旋转轴、发电机或类似装置中的轴承。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种绝缘轴承，包括外圈、内圈、保持架和滚动体，所述保持架设于外圈和内圈之间，所述滚动体设于保持架上且可自由转动，所述外圈和内圈至少有一个涂有绝缘层，所述绝缘层是以碳化硅和/或氮化铝作为添加剂分散在氧化铝基体中的混合物，所述添加剂的含量为混合物总量的1～30质量％。

进一步地，所述外圈和内圈中至少有一个是由金属制成的。

进一步地，所述绝缘层是使用含有碳化硅粉末和/或氮化铝粉末的喷涂混合物粉末形成的热喷涂涂层，其总含量为1～30质量％，其余为氧化铝粉末。

进一步地，所述作为添加剂的碳化硅粉末和氮化铝粉末平均粒径均为2μm以上且小于5μm，所述氧化铝粉末的平均粒径为15μm以上且小于25μm，目的在于：提高作为绝缘涂层的厚度尺寸的精度，并且提高构成镀层的氧化铝的沉积效率。

进一步地，所述热喷涂是以等离子喷涂的方式进行的。

具体地，除了相邻表面之间的连续折叠部外，所述绝缘涂层的厚度为50～300μm。

进一步地，所述保持架采用金属材料或绝缘材料制造，所述滚动体为GCr15钢球。

进一步地，所述轴承内圈两侧还设有密封圈，所述密封圈为橡胶材料。

进一步地，所述绝缘涂层喷涂在外圈和/或内圈的外表面及两侧端面。

本发明还提供一种用于上述绝缘轴承的热喷涂方法，所述喷涂方法用一个喷枪进行，喷枪的等离子火焰在待喷涂的表面上方运动。特别是通过喷枪的旋转来实现等离子火焰的运动，在供给等离子气体的情况下，通过电引燃电弧形成等离子火焰。其中，等离子气体为氩或氩的混合物、氦、氮和氢。喷涂材料通过供粉引入火焰中，在这种情况下，喷涂材料被加热、加速并沉积在轴承表面而形成涂层。

具体地，该方法包括以下步骤：

1)清洗，将由内、外圈之间的滚动件构成的轴承中的外圈投入清洗装置中清洗，以去除外圈表面的油污，得到清洁处理后的外圈；

2)遮蔽保护，对清洁处理后的外圈朝向外的表面以及外圈的上、下表面以外的其它非喷涂表面用遮蔽带进行遮蔽保护；

3)表面预处理，用喷砂装置对外圈朝向外的表面以及外圈的上、下表面喷砂，使外圈朝向外的表面及外圈的上、下表面形成粗糙面，得到待喷涂的外圈；

4)喷涂涂层，采用上述热喷涂方法进行喷涂；

5)磨削加工，用粗磨砂轮先对轴承表面粗磨，再用细磨砂轮进行精磨，得到绝缘层厚度为50～300μm的轴承。

采用上述技术方案，本发明所述的绝缘轴承具有如下有益效果：

1)本发明所述的绝缘轴承相比已有技术，具有优异的耐磨性、绝缘性和绝缘强度。

2)本发明所述的绝缘轴承能够同时确保高水平的耐电解腐蚀性和良好的导热性以及低成本。

3)本发明所述的绝缘轴承制备方法工艺步骤少，制备条件不苛刻，具有良好的外观且适合于工业化批量生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1所述的轴承的剖视图；

图2是本发明所述的实施例1保持架的示意图；

图中，1-外圈，2-内圈，3-保持架，4-滚动体，101-绝缘层。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“顶”、“底”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

实施例1：

为防止轴承中电解腐蚀，本发明提供了一种绝缘轴承。参阅图1所述，所述绝缘轴承包括外圈1、内圈2、保持架3和滚动体4，所述保持架3设于外圈1和内圈2之间，所述滚动体4设于保持架3上且可自由转动，所述外圈1上涂有绝缘层101，所述绝缘层101是以碳化硅和氮化铝作为添加剂分散在氧化铝基体中的混合物，所述添加剂的含量为混合物总质量的15％。

进一步地，所述轴承的外圈1是由金属制成的。

进一步地，所述绝缘层101是使用含有碳化硅粉末和氮化铝粉末的喷涂混合物粉末形成的热喷涂涂层，其总含量为混合物总质量的16％，其余为氧化铝粉末。

进一步地，所述作为添加剂的碳化硅粉末和氮化铝粉末平均粒径均为3μm，所述氧化铝粉末的平均粒径为20μm。

进一步地，所述热喷涂是以等离子喷涂的方式进行的，所述绝缘涂层101的厚度为300μm。

进一步地，所述保持架3采用金属铜材料制造，所述滚动体4为GCr15钢球。

进一步地，所述轴承内圈2两侧还设有密封圈，所述密封圈为橡胶材料。

进一步地，所述绝缘涂层101喷涂在轴承外圈1的外表面及两侧端面。

实施例2：

本实施例提供了一种绝缘轴承，包括外圈1、内圈2、保持架3和滚动体4，所述保持架3设于外圈1和内圈2之间，所述滚动体4设于保持架3上且可自由转动，所述外圈1和内圈2至少有一个涂有绝缘层101，所述绝缘层101是以碳化硅作为添加剂分散在氧化铝基体中的混合物，所述添加剂的含量为混合物总质量的30％。

进一步地，所述轴承的内圈2是由金属制成的。

进一步地，所述绝缘层101是使用含有碳化硅粉末的喷涂混合物粉末形成的热喷涂涂层，其总含量为30质量％，其余为氧化铝粉末。

进一步地，所述作为添加剂的碳化硅粉末平均粒径均为2μm以上且小于5μm，所述氧化铝粉末的平均粒径为15μm以上且小于25μm，目的在于：提高作为绝缘涂层的厚度尺寸的精度，并且提高构成镀层的氧化铝的沉积效率。

进一步地，所述热喷涂是以等离子喷涂的方式进行的。

具体地，除了相邻表面之间的连续折叠部外，所述绝缘涂层101的厚度为250μm。

进一步地，所述保持架3采用绝缘材料聚酰胺制造，所述滚动体4为GCr15钢球。

进一步地，所述轴承内圈2两侧还设有密封圈，所述密封圈为橡胶材料。

进一步地，所述绝缘涂层101喷涂在轴承内圈的外表面及两侧端面。

实施例3：

本发明还提供一种用于上述绝缘轴承的热喷涂方法，所述喷涂方法用一个喷枪进行，喷枪的等离子火焰在待喷涂的表面上方运动。特别是通过喷枪的旋转来实现等离子火焰的运动，在供给等离子气体的情况下，通过电引燃电弧形成等离子火焰。其中，等离子气体为氩或氩的混合物、氦、氮和氢。喷涂材料通过供粉引入火焰中，在这种情况下，喷涂材料被加热、加速并沉积在轴承表面而形成涂层。

具体地，该方法包括以下步骤：

1)清洗，将由内、外圈之间的滚动件构成的轴承中的外圈投入清洗装置中清洗，以去除外圈表面的油污，得到清洁处理后的外圈；

2)遮蔽保护，对清洁处理后的外圈朝向外的表面以及外圈的上、下表面以外的其它非喷涂表面用遮蔽带进行遮蔽保护；

3)表面预处理，用喷砂装置对外圈朝向外的表面以及外圈的上、下表面喷砂，使外圈朝向外的表面及外圈的上、下表面形成粗糙面，得到待喷涂的外圈；

4)喷涂涂层，采用上述热喷涂方法进行喷涂；

5)磨削加工，用粗磨砂轮先对轴承表面粗磨，再用细磨砂轮进行精磨，得到绝缘层厚度为50～300μm的轴承。

采用上述技术方案，本发明所述的绝缘轴承具有优异的耐磨性、绝缘性和绝缘强度，同时确保高水平的耐电解腐蚀性和良好的导热性以及低成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种绝缘轴承，包括外圈、内圈、保持架和滚动体，所述保持架设于外圈和内圈之间，所述滚动体设于保持架上且可自由转动，其特征在于：所述外圈和内圈至少有一个涂有绝缘层，所述绝缘层是以碳化硅和/或氮化铝作为添加剂分散在氧化铝基体中的混合物，所述添加剂的含量为混合物总量的1～30质量％。

2.根据权利要求1所述的绝缘轴承，其特征在于：所述外圈和内圈中至少有一个是由金属制成的。

3.根据权利要求1所述的绝缘轴承，其特征在于：所述绝缘层是使用含有碳化硅粉末和/或氮化铝粉末的喷涂混合物粉末形成的热喷涂涂层，其总含量为1～30质量％，其余为氧化铝粉末。

4.根据权利要求3所述的绝缘轴承，其特征在于：所述作为添加剂的碳化硅粉末和氮化铝粉末平均粒径均为2μm以上且小于5μm，所述氧化铝粉末的平均粒径为15μm以上且小于25μm。

5.根据权利要求3所述的绝缘轴承，其特征在于：所述热喷涂是以等离子喷涂的方式进行的，所述绝缘涂层的厚度为50～300μm。

6.根据权利要求1所述的绝缘轴承，其特征在于：所述保持架采用金属材料或绝缘材料制造，所述滚动体为GCr15钢球。

7.根据权利要求1所述的绝缘轴承，其特征在于：所述轴承内圈两侧还设有密封圈，所述密封圈为橡胶材料。

8.根据权利要求1所述的绝缘轴承，其特征在于：所述绝缘涂层喷涂在外圈和/或内圈的外表面及两侧端面。