CN109114112A - 一种低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，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、将滚动体沿圆周方向均匀分隔的保持器、对轴承工作表面进行润滑的润滑剂以及安置在轴承两侧的密封装置，轴承外圈、轴承内圈和滚动体均由导电材料制成，润滑剂为低电压导通润滑剂，能够导通小于3伏特的电压，其电阻小于1000欧姆。同时本发明还分别公开了基于脂润滑密封滚动轴承和油润滑滚动轴承的制作方法。本发明的滚动轴承由于避免了电腐蚀而极大地提高了轴承和主机运行的平稳性、可靠度和服役寿命，具有重要的工程实际意义和价值。
Description
技术领域
本发明涉及特种滚动轴承技术领域，特别涉及一种低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承及其制作方法。
背景技术
滚动轴承应用范围越来越广，有些应用场合，轴承在运转过程中，会在轴承内圈和轴承外圈上分别产生正负电荷，在轴承外圈和轴承内圈之间形成电势差，由于润滑剂的电阻很高(一般大于108欧姆，至少也大于104欧姆)，这些正负电荷在绝大多数时间内被润滑油膜隔开，无法导通，只能越积越多，越积越强，但因为滚动轴承的润滑油膜厚度处于纳米至微米尺度之间，具体厚度取决于轴承运行环境和运行工况，而接触副表面(外圈滚道面同滚动体表面，内圈滚道面同滚动体表面)并非几何规范中理想表面，在接触区里，当接触副微粗糙峰在某些条件下穿破油膜直接接触时，或电势差过大时，正负电荷就会瞬间导通，突然放电，电弧在接触区局部产生1500度乃至更高的温度，将接触副烧蚀，在套圈滚道面和滚动体表面上，轻则留下灰区或灰帯，重则留下坑穴或搓衣板状损伤，同时，放电引起的高温导致放电区域的润滑脂裂解、氧化，无法正常履行润滑功能，严重影响滚动轴承的运行平稳性和运行可靠度，导致轴承过早失效。
导致正负电荷在轴承内圈和轴承外圈上集聚并在轴承内圈和轴承外圈之间形成电势差的几种工况如下：(1)工作在电场或磁场中的轴承，如新能源汽车驱动电机轴承、变频电机轴承、变速电机轴承、换向电机轴承、汽车发电机轴承、风力发电机轴承等。磁场强度的变化会在轴承内圈和轴承外圈间产生电势差，另外，轴承从严格意义上讲都不是恒速运转的(即便是名义上运转速度不变的轴承，在启动或停止阶段，也会经历速度急剧变化的过程)，而且轴承内部三大件(轴承外圈、轴承内圈和滚动体)的运转速度也不相同，例如滚动体自转的速度远大于内圈旋转速度，速度的变化也会导致电势差的产生；(2)皮带驱动轴承套圈旋转轴承，如汽车张紧轮轴承、汽车空调电磁离合器轴承、汽车发电机轴承、汽车水泵轴连轴承等。这类轴承采用非刚性皮带传动，带轮(一般是非标形状的轴承外圈，或标准形状的轴承外圈和一个壳体的紧配合件)和皮带之间靠摩擦传动，摩擦生电，在轴承内圈和轴承外圈之间产生正负电荷和电势差；(3)静电环境中的轴承，如打印机轴承、复印机轴承等。
在正负电荷在轴承内圈和轴承外圈之间集聚产生电势差的情况下，为了避免突然放电引起的电腐蚀，有两种解决思路，一是“堵”，二是“疏”，堵就是采用绝缘轴承。目前技术条件下，绝缘轴承一般是轴承三大件中至少有一件整体由绝缘陶瓷材料制成或至少有一件进行绝缘陶瓷材料涂层，其制作效率低、精度低而且成本高，限制了它的工程应用。因此，采用“疏导”的思路，设计制作一种能够导通低电压的滚动轴承，在实际应用中有效避免轴承的电腐蚀，保证轴承运行的平稳性、可靠度和服役寿命，显得十分迫切和必要。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，以解决现有技术存在滚动轴承在某些工况条件下发生电腐蚀，严重影响轴承运行平稳性、可靠度和寿命的技术质量问题。
本发明的第二目的在于提供一种低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承的制作方法，以确保该轴承的正确制作和使用。
本发明的第一目的和第二目的是通过如下技术手段实现的。
一种低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，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、将滚动体沿圆周方向均匀分隔的保持器、对轴承工作表面进行润滑的润滑剂以及安置在轴承两侧的密封装置，其特征在于，所述轴承外圈、轴承内圈和滚动体均由导电材料制成，所述润滑剂为低电压导通润滑剂，能够导通小于3伏特的电压，其电阻小于1000欧姆。
所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，其特征在于，所述轴承外圈、轴承内圈和滚动体导电材料为钢材或导电塑料。
所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，其特征在于，所述低电压导通润滑剂为润滑脂或润滑油。
所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，其特征在于，所述低电压导通润滑剂能够导通1伏特以内的电压，其电阻小于100欧姆。
所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，其特征在于，所述的低电压导通润滑脂或润滑油包含微米或纳米级碳颗粒或石墨颗粒或铜颗粒或铝颗粒，这些颗粒占润滑脂或润滑油总量的比例不超过20％，并以添加剂的形式均匀分布在润滑脂或润滑油中。
所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，其特征在于，所述的滚动轴承在安装状态下，低电压可以在如下相接触的介质中及时导通，从而避免电荷积累后突然放电所导致的轴承外圈、轴承内圈和滚动体工作表面的电腐蚀现象，提高了轴承运行的可靠度和运行寿命。相接触的介质顺序为：
安装轴承的轴承室—轴承外圈—外圈滚道面和滚动体之间的润滑油膜—滚动体—滚动体和内圈滚道面之间的润滑油膜—轴承内圈—安装轴承的轴。
所述润滑油膜的厚度介于0.01微米至3.0微米之间。
所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，其特征在于，包括球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、调心滚子轴承和滚针轴承。
所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承的制作方法，其特征在于，该滚动轴承是脂润滑密封滚动轴承，包括如下制作工序：将轴承外圈、轴承内圈和滚动体合套并压装保持器得到开式滚动轴承，然后进行清洗、烘干，在滚动轴承工作表面(外圈滚道面、内圈滚道面和滚动体表面)不涂抹防锈油，直接注入低电压导通润滑脂，然后在轴承两侧安放密封装置，制成低电压导通的抗电腐蚀密封滚动轴承。
所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承的制作方法，其特征在于，该滚动轴承是油润滑滚动轴承，包括如下制作工序：将轴承外圈、轴承内圈和滚动体合套并压装保持器得到开式滚动轴承，然后进行清洗、烘干，在滚动轴承工作表面(外圈滚道面、内圈滚道面和滚动体表面)涂抹低电压导通润滑油，制成低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，轴承在安装使用时，采用低电压导通润滑油进行润滑。
需要说明的是，能导通低电压的滚动轴承一定能导通高电压，但能导通高电压的滚动轴承未必能导通低电压和电荷，而且，尽管本发明所述滚动轴承能够导通高电压，却不建议使用在高电压导通的场合，因为高电压导通后极高的电流密度对轴承零件和润滑剂本身都具有比较大的危害作用。
轴承实际运行工况无外乎会使轴承内圈和轴承外圈之间产生三种电压情况：高电压、低电压、无电压/电荷。对高电压情况，只有从轴承与之配套的主机本身检讨如何避免高电压的产生，如果主机本身实在无法彻底避免，轴承本身的应对方案只能是采用精度低、成本高的绝缘轴承，彻底阻断电压的导通。对低电压情况，采用本发明所述低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，就能将轴承内圈和轴承外圈间产生的正负电荷及时导通，避免现行技术滚动轴承因电荷集聚突然放电引起的电烧蚀/电腐蚀现象。对无电压情况，采用本发明所述低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承也是百益而无一害，因为无电荷/电压只是相对的，而不是绝对的。
现行技术滚动轴承，在某些工况下会发生电腐蚀，当通过轴承接触区瞬间导通的电流密度小于0.3A/mm2时，放电产生的电腐蚀坑穴直径不到1微米，会在后续运转过程中被滚动体碾平，但碾平部分却不再具有受损前的镜面光泽，而是呈现金属灰色，滚道面上会看到沿滚动体滚动方向的灰帯，滚动体上会看到灰帯或灰区，润滑剂部分程度劣化，影响到轴承的运行平稳性和运行可靠度；当通过轴承接触区瞬间导通的电流密度大于0.5A/mm2时，放电产生的电腐蚀坑穴的直径达1～5微米，滚动体运转过程中会“跳过”坑穴的边界，从而在轴承的承载区域留下瓦楞状(搓衣板状)痕迹，导致轴承振动噪音和摩擦热急剧增大，润滑剂严重劣化，导致轴承发生早期失效。本发明低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承则不会发生突然放电引起的电腐蚀现象。
本发明低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承的润滑剂，由于加入了一定量的微米级或纳米级导电颗粒，这些颗粒之间的距离很近，与电子的固有波长很相近，所以在一定的电压势能下导电材料的电子发生定向跃迁移动，从而形成电流通电，这种导电方式与金属(铜线等)的导电相比，效果较差。但是如果在相对大面积范围内发生这种效应，其导电效果就比较可观；同时如果减小这些导电颗粒之间的距离，使其直接接触，同样能增加其导电性能。由此也可以看出，应优选纳米级导电颗粒。
本发明低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承的润滑剂，能够导通的电压越低越好，所以本发明优选小于1伏特；本身的电阻越小越好，所以本发明优选小于100欧姆。因为能够导通的电压越低，越能更及时更彻底地导通微小电荷，从而避免(轴承外圈和轴承内圈间)高电势差的形成，并因此越能更彻底地避免电腐蚀。
微纳米导电颗粒在润滑剂中除履行本发明所期望的低电压导通功能外，微纳米导电颗粒本身就是固体润滑剂，因此还能和润滑剂中的其它组份形成良好的抗磨减摩效应，进一步提高润滑剂的性能和轴承的性能。
在制作低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承时，不管是脂润滑密封轴承还是油润滑开式轴承，均不能在轴承零件工作表面涂抹现行技术的防锈油或润滑油，否则将影响轴承的低电压导通性。
本发明所述低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，包括各种类型和尺寸的滚动轴承，如球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承等等，其设计制作原理相同。
根据现行技术滚动轴承发生电腐蚀时的寿命只有不发生电腐蚀时寿命的1/4～1/3，不难推断，在电荷和低电压形成的工况场合，本发明低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承的寿命将为现行技术滚动轴承寿命的3～4倍，这极大地提高了轴承和主机运行的平稳性、可靠度和服役寿命，具有重要的工程实际意义和价值。
附图说明
图1为本发明一实施例的低电压导通的抗电腐蚀球轴承的剖面图。
图中，11-轴承外圈；12-轴承内圈；13-滚珠；14-保持器；15-润滑脂；16-防尘盖，h表示轴承运转时在套圈沟道面和滚珠之间建立起来的油膜厚度。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。
如图1所示，一种低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，包括轴承外圈11、轴承内圈12、嵌入外圈沟道和内圈沟道之间的滚珠13、将滚珠13沿圆周方向均匀分隔的保持器14、对轴承工作表面进行润滑的润滑剂(润滑脂15)以及安置在轴承两侧的密封装置(防尘盖16)，轴承外圈11、轴承内圈12和滚珠13均由导电材料制成，润滑剂为低电压导通润滑剂，能够导通小于1伏特的电压，其电阻小于100欧姆。
一种所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承的制作方法，该滚动轴承是脂润滑密封球轴承，包括如下制作工序：将轴承外圈11、轴承内圈12和滚珠13合套并压装保持器14得到开式球轴承，然后进行清洗、烘干，在外圈沟道面、内圈沟道面和滚珠13表面不涂抹防锈油的情况下，直接注入低电压导通润滑脂15，然后在轴承两侧安放密封装置(防尘盖16)，制成低电压导通的抗电腐蚀密封球轴承。
一种所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承的制作方法，该滚动轴承是油润滑球轴承，包括如下制作工序：将轴承外圈11、轴承内圈12和滚珠13合套并压装保持器14得到开式球轴承，然后进行清洗、烘干，不加注图示润滑脂15，不安放图示密封装置16，在外圈11沟道面、内圈12沟道面和滚珠13表面涂抹低电压导通润滑油，制成低电压导通的抗电腐蚀开式球轴承，轴承在安装使用时，采用低电压导通润滑油进行润滑。
本发明低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承在设计和制作方法上与现行技术滚动轴承的主要区别在于：(1)轴承外圈11、轴承内圈12和滚珠13均采用导电材料，比如GCr15轴承钢制成；(2)润滑脂15包含微米级或纳米级导电颗粒，能够导通电荷和低电压，为低电压导通润滑脂；(3)轴承在加注低电压导通润滑脂前，进行彻底清洗烘干，并且不涂抹现行技术防锈油或润滑油。
低电压导通的抗电腐蚀密封滚动轴承的注脂量与现行技术的滚动轴承一样，一般为轴承内部自由空间的25％～35％，具体根据轴承运行工况进行设计确认。
轴承在安装使用时，轴承外圈11安装在由金属材料(典型的如铸造铝合金)制作而成的轴承室中，轴承内圈12安装在由金属材料(典型的如中碳钢)制作而成的轴上，如果有正负电荷出现在轴承外圈11和轴承内圈12上，即便电势差很小，也能顺着介质接触的路径导通，不至于集聚，也就不存在突然放电引起的电腐蚀问题。低电压在相接触的介质中导通的顺序为：
轴承外圈11—润滑脂15在轴承外圈11和滚珠13之间形成的润滑油膜—滚珠13—润滑脂15在轴承内圈12和滚珠13之间形成的润滑油膜—轴承内圈12。
润滑油膜的厚度介于0.01至3.0微米之间，具体由润滑剂性能参数和轴承运行的温度、速度、载荷、介质环境等所决定。
低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承包括各种类型和尺寸的滚动轴承，如球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、调心滚子轴承、滚针轴承等。示例介绍了低电压导通的抗电腐蚀球轴承及其制作方法，低电压导通的抗电腐蚀的其它类型和尺寸的滚动轴承的设计制作原理与球轴承相同。
本发明的滚动轴承能够避免电荷集聚并突然放电时引起的电腐蚀，适用于新能源汽车驱动电机轴承、风力发电机轴承、汽车发电机轴承、汽车空调电磁离合器轴承、打印机轴承、复印机轴承、变频电机轴承、换向电机轴承、张紧轮轴承等具有电磁环境或/和静电环境或/和变速或/和换向或/和频繁启停或/和摩擦传动等工况特点的场合，能够大幅度提高轴承的运转平稳性，运行可靠度和服役寿命，是一个非常具有工程应用价值的发明。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，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、将滚动体沿圆周方向均匀分隔的保持器、对轴承工作表面进行润滑的润滑剂以及安置在轴承两侧的密封装置，其特征在于，所述轴承外圈、轴承内圈和滚动体均由导电材料制成，所述润滑剂为低电压导通润滑剂，能够导通小于3伏特的电压，其电阻小于1000欧姆。
2.根据权利要求1所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，其特征在于，所述轴承外圈、轴承内圈和滚动体由钢材或导电塑料制成。
3.根据权利要求1所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，其特征在于，所述低电压导通润滑剂为润滑脂或润滑油。
4.根据权利要求3所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，其特征在于，所述低电压导通润滑剂能够导通1伏特以内的电压，其电阻小于100欧姆。
5.根据权利要求1所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，其特征在于，所述低电压导通润滑剂包含微米或纳米级碳颗粒或石墨颗粒或铜颗粒或铝颗粒，这些颗粒占所述低电压导通润滑剂总量的比例不超过20％，并以添加剂的形式均匀分布在其中。
6.根据权利要求1至权利要求5中任意一项所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，其特征在于，所述滚动轴承在安装状态下，低电压在相接触的介质中导通的顺序为：安装轴承的轴承室—轴承外圈—外圈滚道面和滚动体之间的润滑油膜—滚动体—滚动体和内圈滚道面之间的润滑油膜—轴承内圈—安装轴承的轴。
7.根据权利要求6所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，其特征在于，所述润滑油膜的厚度介于0.01微米至3.0微米之间。
8.根据权利要求1所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，其特征在于，包括球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、调心滚子轴承和滚针轴承。
9.一种如权利要求1所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承的制作方法，其特征在于，该滚动轴承是脂润滑密封滚动轴承，包括如下制作工序：将轴承外圈、轴承内圈和滚动体合套并压装保持器得到开式滚动轴承，然后进行清洗、烘干，在外圈滚道面、内圈滚道面和滚动体表面不涂抹防锈油的情况下，直接注入低电压导通润滑脂，然后在轴承两侧安放密封装置，制成低电压导通的抗电腐蚀密封滚动轴承。
10.一种如权利要求1所述的低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承的制作方法，其特征在于，该滚动轴承是油润滑滚动轴承，包括如下制作工序：将轴承外圈、轴承内圈和滚动体合套并压装保持器得到开式滚动轴承，然后进行清洗、烘干，在外圈滚道面、内圈滚道面和滚动体表面涂抹低电压导通润滑油，制成低电压导通的抗电腐蚀滚动轴承，轴承在安装使用时，采用低电压导通润滑油进行润滑。
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