CN111520407A - 一种轴承保持架及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轴承保持架及其制备方法。该轴承保持架主要由以下重量份的原料注塑而成：碳纤维15‑30份，聚苯并咪唑8‑15份，聚醚醚酮60‑75份，润滑剂1‑2份。本发明的轴承保持架主要由碳纤维、聚苯并咪唑、聚醚醚酮、润滑剂混合挤出造粒、注塑而成，在油润滑情况下与金属的滑动摩擦系数小于0.06，干摩擦系数小于0.3，磨损小，常温下拉伸强度不低于90MPa，具有很好的抗冲击和耐疲劳性，并能吸收振动，降低噪声，密度小易于高速运转；在断油情况下，保持架能形成转移润滑层，不会立即产生轴承抱死停转等极端情况。

Description

一种轴承保持架及其制备方法
技术领域
本发明属于轴承保持架领域，具体涉及一种轴承保持架及其制备方法。
背景技术
轴承作为一种重要的传动部件被广泛应用于机床等机械领域，轴承主要包括轴承内圈、轴承外圈、滚动体以及保持架。其中保持架的作用主要是使滚动体均匀分布、防止滚动体脱落并引导滚动体旋转。现有技术中按照保持架的材质可以分为金属材质保持架以及非金属材质保持架，这两种材质的保持架由于各自材质性能的不同应用于不同的应用场合。对于保持架强度要求高、轴承运转速度快的应用场合，一般采用金属材质保持架。
对于一些高温高速的应用场合，轴承在承受较大轴向和径向载荷的同时，还需要满足环境温度不低于200℃、速度因子DN值大于100万的特殊要求，由于这些极端条件的影响，轴承的润滑系统很容易发生不能正常供油的现象，为了使轴承的润滑性能得到保证，保持架的表面还常常通过表面镀银的方式来提高保持架的润滑性，但是受上述极端条件的影响，保持架表面的镀银极易发生磨损，当镀层磨损后，轴承由于摩擦发热的激增很容易导致轴承卡死，严重时甚至造成安全事故。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轴承保持架，用于解决现有技术中在一些高温高速的应用场合，轴承由于润滑系统不能正常供油，容易导致轴承卡死的技术问题。
本发明的目的还在于提供一种制备上述轴承保持架的制备方法。
为实现上述目的，本发明的轴承保持架采用如下的技术方案：
一种轴承保持架，主要由以下重量份的原料注塑而成：碳纤维15-30份，聚苯并咪唑8-15份，聚醚醚酮60-75份，润滑剂1-2份。
本发明的轴承保持架，主要由碳纤维、聚苯并咪唑、聚醚醚酮、润滑剂混合挤出造粒、注塑而成，在油润滑情况下与金属的滑动摩擦系数小于0.06，干摩擦系数小于0.3，磨损小，常温下拉伸强度不低于90MPa，具有很好的抗冲击和耐疲劳性，并能吸收振动，降低噪声，密度小易于高速运转；在断油情况下，保持架能形成转移润滑层，不会立即产生轴承抱死停转等极端情况。
优选的，所述润滑剂为二硫化钼和/或石墨。二硫化钼、石墨等润滑剂具有层状格子构造，层片之间可发生相对滑移，并在摩擦副表面上形成转移膜，可减小对保持架表面的摩擦阻力，进一步提高保持架的耐磨性。
优选的，所述轴承保持架上设置有用于引导润滑油的导油槽。导油槽的布置能够将润滑油引导至滚珠、轴承内圈、以及轴承外圈处，特别是轴承不能正常供油(断油)的情况下，导油槽能够将较少的润滑油进行引导，避免了润滑油的浪费。
进一步优选的，所述轴承保持架的外周或者内周或者内、外周设置有绕着保持架周向进行布置的环槽，所述环槽构成导油槽。保持架外圆设计导油槽能在润滑油减少的情况下把润滑油尽可能传递到滚动体与套圈，提高润滑油的有效供给率；导油槽的结构设计结合保持架基材在高温高速环境下的稳定性能，有利于提高轴承的高温高速表现，从而实现该类轴承的长寿命。
优选的，所述轴承保持架的径向厚度为应用于同种型号轴承的金属材质保持架径向厚度的1.2倍。保持架径向厚度的增加能够增强保持架的强度，使得轴承运转时保持架的强度得到保障。
本发明的轴承保持架的制备方法采用如下的技术方案：
一种轴承保持架的制备方法，包括以下步骤：
a)将表面氧化处理的碳纤维、聚苯并咪唑、聚醚醚酮、润滑剂混合挤出造粒以形成颗粒料；
b)将颗粒料经过专用模具注塑即得。
本发明提供的轴承保持架的制备方法，采用注塑工艺制备保持架，制备工艺简单，生产效率高，工艺成本低，适合工业化生产。
优选的，所述注塑的温度为400-420℃。在该温度下进行注塑处理，物料塑化更为均匀，工业生产效率高。
为减少注塑时应力的产生，优选的，所述注塑时模具的温度为200-220℃。
优选的，步骤b)中，注塑后在220±5℃下保温2h，随炉冷却至室温。该步骤为注塑后的去应力处理步骤，经去应力处理后可进一步优化轴承保持架的性能，使其在高温高速贫油工况下的性能更加优良。
附图说明
图1为本发明实施例1的轴承保持架的立体图；
图2为图1中轴承保持架的正视图；
图3为图2的左视图；
图中：1-兜孔，2-导油槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
利用强氧化剂对碳纤维进行表面氧化处理，以增加碳纤维表面的含氧官能团数量，改善其在树脂基材中的分散、润湿效果。具体地，将碳纤维在浓硝酸中浸泡处理1.5h，再用蒸馏水清洗干净，放入120℃烘箱中烘5h。即得表面氧化处理的碳纤维。氧化处理前后，碳纤维的质量可视作不发生变化。
一、本发明的轴承保持架的具体实施例
实施例1
本实施例的轴承保持架，由以下重量份的原料注塑而成：表面氧化处理的碳纤维27份，聚苯并咪唑12份，聚醚醚酮60份，石墨1份。
实施例2
本实施例的轴承保持架，由以下重量份的原料注塑而成：表面氧化处理的碳纤维24份，聚苯并咪唑10份，聚醚醚酮65份，石墨1份。
实施例3
本实施例的轴承保持架，由以下重量份的原料注塑而成：表面氧化处理的碳纤维21份，聚苯并咪唑8份，聚醚醚酮70份，石墨1份。
二、本发明的轴承保持架的制备方法的具体实施例
实施例4
本实施例的轴承保持架的制备方法，对实施例1的轴承保持架的制备进行说明，其结构示意图如图1-图3所示，保持架的外径为55mm、宽为12mm，保持架为环形，保持架上具有周向的内周面和外周面，保持架上布置有用于放置滚珠的兜孔1，多个兜孔1沿着保持架的周向等间隔分布，各兜孔1的轴向均沿着保持架的径向方向进行布置。相邻兜孔1之间的保持架形成过梁结构。
保持架上还布置有导油槽2，导油槽2沿着保持架的周向进行布置，导油槽2为布置在保持架的外周的一条环状凹槽。导油槽2的宽度即是环形凹槽的槽底面的宽度，导油槽2的深度即是环形凹槽的侧壁面的高度。导油槽2的宽度和深度根据不同型号保持架大小的改变而变化。本实施例中导油槽的宽度为8mm、深度为0.5mm。在其他实施情形下，导油槽也可以设置在保持架的内周上，或者在外周和内周上同时设置。
为了使得保持架的强度得到保证，保持架在径向方向的厚度大于同种型号的金属保持架的径向方向的厚度，一般为同种型号的金属保持架径向厚度(导油槽部位厚度)的1.2倍。本实施例中保持架的径向厚度为4.5mm。
由于高分子材料的热膨胀系数远大于金属，为了避免在高温环境下，轴承由于保持架的膨胀而造成结构的变形，轴承外圈的内周面与保持架的外周面之间的间隙要大于同种型号的采用金属材质保持架的轴承，本实施例中，轴承外圈的内周面与保持架的外周面之间的间隙增大保持架直径的0.01倍。以外径为55mm、宽为12mm的保持架为例，轴承外圈的内周面与保持架的外周面之间的间隙距离增大0.5±0.05mm。需要说明的是上述保持架的变化量是相对于同种型号的金属保持架的变化量，在不同型号的保持架中，其轴承外圈的内周面与保持架的外周面之间的间隙距离的变化量需按照比例做出相应的调整。
本实施例的轴承保持架，采用以下步骤进行制备：
1)将聚苯并咪唑、聚醚醚酮、润滑剂以及表面氧化处理的碳纤维放入箱式干燥箱进行干燥；
2)对干燥后的聚苯并咪唑、聚醚醚酮、润滑剂进行40目筛分并去除筛上物；
3)将干燥并去除筛上物的聚苯并咪唑、聚醚醚酮、润滑剂混合以形成混合料，制成的混合料放入干燥柜内密封备用；
4)利用双螺杆挤出机将碳纤维以及混合料进行挤出造粒以形成注塑用的颗粒料，制备的颗粒料放入干燥环境储存备用。挤出造粒的温度控制为370-395℃。
5)将相应型号的注塑模具与注塑机进行装配并调试，注塑模具的温度通过油温加热的方式加热至210±5℃，注塑机料筒加热塑化的温度区间设定为400-420℃，通过调试注塑工艺直到成型的保持架无飞边、且外观色泽和外形尺寸合适时即注塑得该保持架。
6)将制备的保持架放入初始温度220±5℃的烘箱内保温两个小时以消除保持架内部应力，保持架随着烘箱中温度的降低冷却至常温即最终制备得该保持架。
本实施例的保持架适用于高温且轴承高速运转的应用环境，当高速运转的轴承中出现贫油和断油的极端情况时，保持架会在高温以及与轴承内圈、轴承外圈的摩擦作用下并在其表面形成一层熔化转移润滑层。通过熔化转移润滑层的作用避免了轴承出现卡死的现象。
实施例5-6
实施例5-6的轴承保持架的制备方法，参考实施例4的方法分别对实施例2、3的轴承保持架的制备即可。
三、试验例
本试验例对实施例1-3的轴承保持架的性能进行测试。具体测试时，按《JB/T滚动轴承酚醛层压管保持架技术条件》的规定进行径向拉伸强度测试；按《ASTM G133-2005线性往复式球—平面滑动磨损的标准试验方法》的规定在试验温度200℃、载荷10N、相对运动速度16.8m/min、试验时间4h条件下进行摩擦系数和磨损量测试。具体试验情况及结果如下表1所示。
表1各实施例的轴承保持架的性能测试结果
Figure BDA0002464167770000051
由表1的试验结果可知，实施例的保持架具有优良的力学性能和摩擦性能，可以满足高温高速贫油工况下的应用需求。

Claims (9)

1.一种轴承保持架，其特征在于，主要由以下重量份的原料注塑而成：碳纤维15-30份，聚苯并咪唑8-15份，聚醚醚酮60-75份，润滑剂1-2份。
2.根据权利要求1所述的轴承保持架，其特征在于，所述润滑剂为二硫化钼和/或石墨。
3.根据权利要求1所述的轴承保持架，其特征在于，所述轴承保持架上设置有用于引导润滑油的导油槽。
4.如权利要求3所述的轴承保持架，其特征在于，所述轴承保持架的外周或者内周或者内、外周设置有绕着保持架周向进行布置的环槽，所述环槽构成导油槽。
5.如权利要求1-4中任一项所述的轴承保持架，其特征在于，所述轴承保持架的径向厚度为应用于同种型号轴承的金属材质保持架径向厚度的1.2倍。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的轴承保持架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将表面氧化处理的碳纤维、聚苯并咪唑、聚醚醚酮、润滑剂混合挤出造粒以形成颗粒料；
b)将颗粒料经过专用模具注塑即得。
7.根据权利要求6所述的轴承保持架的制备方法，其特征在于，所述注塑的温度为400-420℃。
8.根据权利要求6所述的轴承保持架的制备方法，其特征在于，所述注塑时模具的温度为200-220℃。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的轴承保持架的制备方法，其特征在于，步骤b)中，注塑后在220±5℃下保温2h，随炉冷却至室温。
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