CN112303126A - 一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架，包括保持架本体，所述保持架本体上设有多个圆孔，多个所述个圆孔上均设有滚珠，多个所述滚珠上设有组装部件，多个所述滚珠的左右两侧分别设有回收槽和安装槽，所述滚珠和安装槽上设有同一个自动润滑机构。本发明通过自动润滑机构和回收机构的设置，通过热量的传递产生了驱动力可自动对滚珠进行注油润滑处理，而且利用热量的传递作为驱动源可再次自动对润滑后的滚珠进行注油处理，进而可循环往复的利用润滑油进行多次的润滑处理，配合上碳纤维材料和氧化锆复合材料的设置，延长了滚珠和保持架的使用寿命，显著提高了轴承的性能。

Description

一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架

技术领域

本发明涉及全陶瓷轴承技术领域，尤其涉及一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架。

背景技术

保持架是轴承的重要组成部分，在滚动轴承中起着等距离隔离滚动体并防止滚动体掉落，引导并带动滚动体转动的作用，轴承最先损坏的部件往往就是保持架，保持架可以说是轴承“肋骨”，均匀有序地分布好滚动体，使滚动体自由、均匀地游动在内圈和外圈之间，同时将载荷匀速作用在内圈、外圈各部位，轴承在工作时，由于滑动摩擦而造成轴承发热和磨损,特别在高温运转条件下,惯性离心力的作用加剧了摩擦、磨损与发热，严重时会造成保持架烧伤或断裂，致使轴承不能正常工作。因此，要求保持架的材料除具有一定强度外，还必须导热性好、摩擦因数小、耐磨性好、冲击韧性强、密度较小且线胀系数与滚动体相接近，现有保持架的材质的类型有：低碳钢/不锈钢，胶木/塑料(尼龙)，黄铜/青铜/铝合金等。

碳纤维作为一种力学性能优异的新材料，主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在95%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如高硬度、高强度、重量轻、耐高温及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度，且模量高，密度低，是一种新型的增强纤维。且碳纤维比重小，不到钢的1/4，因此有很高的比强度。在要求宽温域、化学稳定性高的场合，在强度、重量、疲劳特性等有严格要求的轴承保持架领域，碳纤维复合材料都颇具优势。

氧化锆纤维是一种多晶质耐火纤维材料。由于ZrO2物质本身具有的高熔点、不氧化等其他高温优良特性，使得ZrO2纤维具有比氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维等其他耐火纤维品种更高的使用温度。氧化锆纤维能在1500 ℃以上超高温氧化气氛下长期使用，最高使用温度高达2200 ℃，甚至到2500 ℃仍可保持完整的纤维形状，并且高温化学性质稳定，还具有耐腐蚀、抗氧化、抗热震、不挥发、无污染等特点。

但是这些材料的使用温度、润滑条件、化学性能等因素限制了轴承的工作环境和工作转速，保持架受损致滚动体卡死或其表层被腐蚀使滚动体转动不灵，就容易使轴承的使用寿命大大缩短或噪音增大，甚至损坏，而许多损坏的轴承，散架的情况居多，因此在宽温域、高压等特殊的工作环境下，传统的轴承保持架不能满足工作需要，所以需要寻找一种新型复合碳纤维氧化锆的材料来制作轴承保持架。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的传统的轴承保持架不能满足工作需要，而提出的一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架，包括保持架本体，所述保持架本体上设有多个圆孔，多个所述个圆孔上均设有滚珠，多个所述滚珠上设有组装部件，多个所述滚珠的左右两侧分别设有回收槽和安装槽，所述滚珠和安装槽上设有同一个自动润滑机构，所述滚珠和回收槽上设有同一个具有补油润滑的的回收机构。

优选地，所述组装部件包括设于保持架本体内的轴承内圈，所述轴承内圈的外侧壁与滚珠的表面相抵接触，所述保持架本体的外侧套设有轴承外圈，所述轴承外圈的内侧壁与滚珠的表面相抵接触。

优选地，多个所述圆孔的内侧壁处均镶嵌有对称设置的圆角。

优选地，所述自动润滑机构包括固定安装于安装槽内的导热筒，所述导热筒内滑动密封连接有移动块，所述移动块右侧与导热筒的右侧内壁之间的部分内填充有低温蒸发液，所述移动块左侧与导热筒的左侧内壁之间的部分内填充有润滑油，所述导热筒的左侧内壁上连通有导油管，所述导油管的出油端正对滚珠设置。

优选地，所述导油管的出油端内固定安装有控油阀门。

优选地，所述回收机构包括固定安装于回收槽内的回收皿，所述回收皿内滑动密封连接有推板，所述推板的左侧与回收皿的左侧内壁之间填充有高温蒸发液，所述推板的右侧与滚珠的表面之间的部分内放置有吸油海绵。

相比现有技术，本发明的有益效果为：

1、本发明采用碳纤维材料制作保持架而不是传统的保持架材料，碳纤维具有耐高温的特性，氧化锆具有高熔点，高电阻率且热膨胀系数低的特点，是重要的耐高温材料，其熔点可达到4300℃，所以本保持架可以在-200℃~450℃的温度环境下工作，跨温域性能优越。

2、本发明本保持架在滚珠的运转过程中，掉落的微削落进保持架与内外圈滚道中，形成一个光滑的曲面，使轴承的自润滑性能优越。

3、本发明在结构上由于保持架本体优越的自润滑性能，因此减小保持架与滚珠间的间隙，使得滚珠质心和保持架质心尽可能的重合，从而减小滚珠与保持架之间的碰撞，延长了滚珠和保持架的使用寿命。

4、本发明的保持架结构可以有效地使轴承在工作过程中滚动体与润滑剂的更多接触，保证了滚珠与内外圈滚道间的有效润滑。

5、本发明的保持架与传统合金保持架相比，具有密度低的特点，其密度仅为高温合金的1/3-1/4，因此可以降低轴承结构的质量，同时其可以在200℃的下正常工作，在高温下保持较高的强度，提高了热力循环参数，可显著提高轴承的性能。

6、本发明的保持架采用的碳纤维及氧化锆复合材料，其弹性模量是轴承钢的1.5倍，可以提高轴承系统的刚度，提高其抵抗冲击的能力。

7、本发明的保持架采用的材料是绝缘的和无磁性的，在运转过程中将减少摩擦起电和电荷传递可能引起系统精度的改变。

8、本发明的保持架集合了碳纤维抗摩擦，耐腐蚀性的特点，同时还具备氧化锆高熔点、高韧性、高耐磨性的特点，使轴承能满足高速运转的要求，并且在运转中不会因为产热过多使保持架变形或破环，大大提高了轴承的旋转精度，进而降低了轴承的振动噪声，对提高轴承的性能有极大作用。

9、本发明通过利用热量的传递使得导热筒内的低温蒸发液蒸发产生了驱动力，从而将导热筒内的润滑油挤出并对转动的滚珠进行润滑，减少滚珠的磨损，从而降低了因无润滑导致滚珠摩擦力增大所产生的热量，间接的起到了降温的效果。

10、本发明通过回收皿内的吸油海绵将滚珠润滑的多余润滑油进行吸附回收，而当滚珠的摩擦力增大导致温度集聚升高时，通过热量的传递使得回收皿内的高温蒸发液吸热分解从而挤压吸油海绵，使得吸油海绵内吸收的润滑油被挤出，并对滚珠进行再次润滑，而多余的润滑油再次回流至回收皿内，从而可循环往复的利用润滑油进行润滑处理，进而延长了滚珠和保持架的使用寿命。

附图说明

图1为本发明提出的一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架的结构示意图；

图2为本发明图1中A处的放大示意图；

图3为本发明提出的一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架的立体结构示意图；

图4为本发明图3的右侧示意图；

图5为本发明提出的一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架的剖视示意图；

图6为本发明提出的一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架中保持架本体与滚珠的连接示意图；

图7为本发明提出的一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架中保持架本体、滚珠和轴承内圈的连接示意图；

图8为本发明提出的一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架中保持架本体、滚珠和轴承外圈的连接示意图；

图中：1保持架本体、2圆孔、3滚珠、4回收槽、5安装槽、6轴承内圈、7轴承外圈、8圆角、9导热筒、10移动块、11低温蒸发液、12润滑油、13导油管、14回收皿、15推板、16高温蒸发液、17吸油海绵。

具体实施方式

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实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。

参照图1-8，一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架，包括保持架本体1，保持架本体1是由碳纤维及氧化锆的复合材料所制成，保持架本体1中碳纤维材料其显著优点包括：密度低、在真空下具有优异的高低温力学性能及抗烧蚀性能、良好的耐摩减磨性能、较高的强度与模量，碳纤维复合材料的制备过程包括碳纤维预制体的成型和碳基体的致密化工艺，预制体成型是按产品的形状和性能要求把碳纤维成型为所需结构形状的毛坯，以便进一步进行致密化处理，致密化过程一般采用化学气相渗透方法CVI方法进行，将碳氢化合物，在高温下热解产生碳，沉积在预成型体孔内，从而达到致密效果，保持架本体1上设有多个圆孔2，多个圆孔2的内侧壁处均镶嵌有对称设置的圆角8，圆孔2的内侧壁两侧的圆角8使得滚珠3在圆孔2中旋转时可以减小二者的接触面积，降低摩擦，保持架本体1与轴承内圈6以及轴承外圈7共同支撑滚珠3，保持架本体1的运动为轴承内圈6引导的方式，减小间隙，通过控制间隙的大小，减小在高速运转过程中滚珠3公转和和保持架本体1速度的相位差，从而减小轴承工作过程中滚珠3和保持架本体1的碰撞，延长轴承的使用寿命，多个个圆孔2上均设有滚珠3，多个滚珠3上设有组装部件，多个滚珠3的左右两侧分别设有回收槽4和安装槽5，滚珠3和安装槽5上设有同一个自动润滑机构，滚珠3和回收槽4上设有同一个具有补油润滑的的回收机构。

需要注意的是，关于涉及到保持架本体1的加工工艺，保持架本体1采用预制体成型技术和致密化处理工艺，同时为了提高碳纤维复合材料的综合性能，需要对表面进行上浆干燥等处理，使用的二氧化锆采用湿法制备，最常用的是中和沉淀法，将提纯过的氯二氧化锆用纯水溶解，过滤除去不溶物，调整溶液中的锆浓度，并加入需要量的氯化钇溶液或其他稀土金属或碱土金属的氯化物溶液后，加氨水中和沉淀，沉淀物用热水洗涤后，再经过滤、干燥和煅烧，煅烧产品经粉碎等处理便可获得超微细的稳定二氧化锆粉末；氧化锆陶瓷采用注射成型法进行加工，这一加工过程包括物理脱水和化学凝聚，物理脱水通过多孔石膏模具的毛细作用，排除浆料中的水分，化学凝聚是石膏模表面的硫酸钙溶解产生在Ca2+，提高浆料中的离子强度，造成浆料的凝絮，这时陶瓷粉末颗粒沉积在石膏模壁上并形成；下一步先对其进行无压烧结热处理，再进行车削加工，之后对其表面进行抛光，充分保证其表面粗糙度达到使用要求，在进行钻孔处理，加工出与滚动体配合的孔，再对加工好的孔进行磨削处理，保证孔的表面粗糙度，进而完成本保持架的制备。

其中，组装部件包括设于保持架本体1内的轴承内圈6，轴承内圈6的外侧壁与滚珠3的表面相抵接触，保持架本体1的外侧套设有轴承外圈7，轴承外圈7的内侧壁与滚珠3的表面相抵接触。

其中，自动润滑机构包括固定安装于安装槽5内的导热筒9，导热筒9内滑动密封连接有移动块10，移动块10右侧与导热筒9的右侧内壁之间的部分内填充有低温蒸发液11，低温蒸发液11为现有技术，在此不做过多赘述，移动块10左侧与导热筒9的左侧内壁之间的部分内填充有润滑油12，导热筒9的左侧内壁上连通有导油管13，导油管13的出油端正对滚珠3设置，导油管13的出油端内固定安装有控油阀门，控油阀门为单向压力阀，只有受到外力的挤压才能使得润滑油12从导热筒9内流出到滚珠3的表面。

更具体的，回收机构包括固定安装于回收槽4内的回收皿14，回收皿14的外壁与回收槽4的内壁完全贴合无缝隙，回收皿14内滑动密封连接有推板15，推板15的左侧与回收皿14的左侧内壁之间填充有高温蒸发液16，高温蒸发液16为现有技术，在此不作过多赘述，推板15的右侧与滚珠3的表面之间的部分内放置有吸油海绵17，吸油海绵17的设置可对初次对滚珠3进行润滑处理的润滑油进行吸收储备处理，使得吸油海绵17内吸附包裹了回收的润滑油。

本发明中，由于保持架本体1自身采用氧化锆和碳纤维的复合材料，使得轴承的跨温域性能、自润滑性能和抗冲击性能大幅度提升，提高了轴承的旋转精度，进而降低了轴承的振动噪声，延长了滚珠3和保持架本体1的使用寿命，当对轴承进行装配事，采用热胀冷缩的方法，先对轴承外圈7进行加热，待轴承外圈7受热发生弹性变形后，依次装入轴承内圈6和多个滚珠3，并保证它们之间的配合关系，多个滚珠3与轴承内圈6以及轴承外圈7均相切，并且配合方式为过盈配合，同时轴承要满足游隙和公差要求，以便于滚动轴承能在各种机械中安装和使用；

当轴承长时间的运转后，由于轴承上滚珠3的转动产生的热量通过热量的传递使得保持架本体1内安装槽5中导热筒9受热，而导热筒9内填充的低温蒸发液受热产生气体推动移动块10运动，而移动块10的运动将导热筒9内的润滑油通过导油管13排出对滚珠3进行润滑处理，进而降低轴承的磨损和噪音，而导油管13排出的润滑油由于轴承自身的转动产生的离心力使得多余的润滑油12进入到回收槽4内的回收皿14内并被吸油海绵17所吸收包裹，而轴承长时间的运转后，再次滚珠3的摩擦力增大导致温度集聚升高时，此时热量的传递使得回收皿14内的高温蒸发液16吸热分解处产生气体，从而带动推板15挤压吸油海绵17，使得吸油海绵17内吸收储备的润滑油12被挤出流动到滚珠3处，从而对滚珠3进行再次的润滑处理，而润滑油12可多次回流至回收皿14内，从而可循环往复的利用润滑油12进行多次的润滑处理，进而延长了滚珠3和保持架本体1的使用寿命。

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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架，包括保持架本体（1），其特征在于，所述保持架本体（1）上设有多个圆孔（2），多个所述个圆孔（2）上均设有滚珠（3），多个所述滚珠（3）上设有组装部件，多个所述滚珠（3）的左右两侧分别设有回收槽（4）和安装槽（5），所述滚珠（3）和安装槽（5）上设有同一个自动润滑机构，所述滚珠（3）和回收槽（4）上设有同一个具有补油润滑的的回收机构。

2.根据权利要求1所述的一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架，其特征在于，所述组装部件包括设于保持架本体（1）内的轴承内圈（6），所述轴承内圈（6）的外侧壁与滚珠（3）的表面相抵接触，所述保持架本体（1）的外侧套设有轴承外圈（7），所述轴承外圈（7）的内侧壁与滚珠（3）的表面相抵接触。

3.根据权利要求1所述的一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架，其特征在于，多个所述圆孔（2）的内侧壁处均镶嵌有对称设置的圆角（8）。

4.根据权利要求1所述的一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架，其特征在于，所述自动润滑机构包括固定安装于安装槽（5）内的导热筒（9），所述导热筒（9）内滑动密封连接有移动块（10），所述移动块（10）右侧与导热筒（9）的右侧内壁之间的部分内填充有低温蒸发液（11），所述移动块（10）左侧与导热筒（9）的左侧内壁之间的部分内填充有润滑油（12），所述导热筒（9）的左侧内壁上连通有导油管（13），所述导油管（13）的出油端正对滚珠（3）设置。

5.根据权利要求4所述的一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架，其特征在于，所述导油管（13）的出油端内固定安装有控油阀门。

6.根据权利要求1所述的一种用于全陶瓷轴承的氧化锆碳纤维带圆弧的保持架，其特征在于，所述回收机构包括固定安装于回收槽（4）内的回收皿（14），所述回收皿（14）内滑动密封连接有推板（15），所述推板（15）的左侧与回收皿（14）的左侧内壁之间填充有高温蒸发液（16），所述推板（15）的右侧与滚珠（3）的表面之间的部分内放置有吸油海绵（17）。

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