CN218235858U - 一种绝缘轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种绝缘轴承，所述绝缘轴承包括轴承内圈和轴承外圈，所述轴承内圈和轴承外圈均具有外周环面、内周环面以及两侧的环形端面，所述轴承内圈的外周环面与所述轴承外圈的内周环面之间嵌入有若干轴承滚珠，所述轴承外圈的外周环面设置有依次层叠有基体金属层和陶瓷层，所述陶瓷层内分布的若干孔隙中填充有封孔剂，所述封孔剂用于对陶瓷层的孔隙进行封堵；所述轴承外圈的内周环面和/或所述轴承内圈的外周环面设置有绝缘层。采用基体金属层打底，通过陶瓷层的绝缘作用，可防止轴承在长使用时间后表面氧化，大大延长了轴承的使用寿命，通过封孔剂的渗透效应对陶瓷层的孔隙进行填充，提高了绝缘轴承的绝缘效果。

Description

一种绝缘轴承

技术领域

本实用新型属于轴承技术领域，涉及一种绝缘轴承。

背景技术

轴承是机械装备中重要的核心基础件，其性能优劣直接影响着重大装备与主机的质量、性能及可靠性，常常被誉为机械装备中的“心脏”零部件。近年来，随着变频器驱动技术的发展，交流变频电机在机械工业领域应用更加广泛，其中使用最多的是变频调速感应电机。然而对于大功率、变频、高压防爆电机，高速轨道列车牵引电动机，水利、火力、风力发电机等设备，往往其内部的电机轴承主要的破坏失效形式为“电蚀”。电蚀是轴承常见的损伤形式之一，当电流流过轴承时，会对轴承造成损伤，大大缩减轴承寿命，会造成轴承在短短几天，甚至几小时内失效。

多年来，绝缘轴承一直是行业研究的热点，研究得比较多的绝缘轴承种类包括混合陶瓷轴承、树脂覆膜绝缘轴承和陶瓷喷涂绝缘轴承。

其中，混合陶瓷绝缘轴承属于陶瓷轴承的一种，与全陶瓷轴承不同的是该类轴承只是将内、外套圈或者滚动体中的其一或其二，用陶瓷代替常用的钢材料，具有比重轻、刚性好、耐高温、抗腐蚀及良好的绝缘性能，尤其适用于高速运转工况，是常见的一种绝缘轴承。但由于陶瓷材料硬脆难于加工，工艺比较复杂，且轴承加工精度要求较高。由于对各项技术的要求较高，对该类轴承仍不能实现大批量稳定生产。

树脂覆膜绝缘轴承一般是在轴承套圈表面注塑出一层聚苯硫醚PPS树脂，以此切断电流循环途径，预防电腐蚀的发生。表面树脂覆膜绝缘轴承，因其成本较低、电绝缘性好等优点，常被用于国内外非高速的轨道列车电机中。PPS树脂具有耐高温、弱吸水性等特点。在高温高湿环境下仍具有较好的绝缘性。但由于该材料的热传导率低和热膨胀系数大，当轴承在工作过程中产生的大量热不宜散出，会导致内部高温，引起尺寸发生变化。此外，该材料还存在脆性大、抗冲击强度低等不足。该类轴承在反复拆装或发生碰撞时易出现边缘破损。这类绝缘轴承不适用于工作温升较大，经常拆卸或对尺寸变化要求较高的场合。

陶瓷喷涂绝缘轴承是最常见的一种绝缘轴承，通常采用等离子喷涂方法，在轴承的内外套圈外表面及侧端面制备一种高绝缘性的陶瓷涂层，以实现轴承绝缘，防止电腐蚀现象发生。该类圈轴承不仅具有高温下良好绝缘性和耐磨损耐腐蚀性，而且还具有较优的自身稳定性，可制备大、中、小尺寸各类型的轴承。并可加工至所需精度要求。实际应用中可与普通电机轴承相互替换。该类绝缘轴承使用时限制条件少，应用范围广，可用于电力行业、机械装备、铁路行业及新能源汽车电机等众多领域的电气电机设备中。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种绝缘轴承，采用基体金属层打底，通过陶瓷层的绝缘作用，可防止轴承在长使用时间后表面氧化，大大延长了轴承的使用寿命，通过封孔剂的渗透效应对陶瓷层的孔隙进行填充，提高了绝缘轴承的绝缘效果，此外，本实用新型在轴承外圈的内周环面和/或轴承内圈的外周环面设置了绝缘层，有效隔绝了轴承外圈、轴承内圈与轴承滚珠之间的涡流，大幅提高了绝缘轴承的绝缘阻值和耐击穿电压。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供了一种绝缘轴承，所述绝缘轴承包括轴承内圈和轴承外圈，所述轴承内圈和轴承外圈均具有外周环面、内周环面以及两侧的环形端面，所述轴承内圈的外周环面与所述轴承外圈的内周环面之间嵌入有若干轴承滚珠，所述轴承外圈的外周环面设置有依次层叠有基体金属层和陶瓷层，所述陶瓷层内分布的若干孔隙中填充有封孔剂，所述封孔剂用于对陶瓷层的孔隙进行封堵；所述轴承外圈的内周环面和/或所述轴承内圈的外周环面设置有绝缘层。

本实用新型提供绝缘轴承采用基体金属层打底，通过陶瓷层的绝缘作用，可防止轴承在长使用时间后表面氧化，大大延长了轴承的使用寿命，通过封孔剂的渗透效应对陶瓷层的孔隙进行填充，提高了绝缘轴承的绝缘效果，此外，本实用新型在轴承外圈的内周环面和/或轴承内圈的外周环面设置了绝缘层，有效隔绝了轴承外圈、轴承内圈与轴承滚珠之间的涡流，大幅提高了绝缘轴承的绝缘阻值和耐击穿电压。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述基体金属层的厚度为20～50μm，例如可以是20μm、22μm、24μm、26μm、28μm、30μm、32μm、34μm、36μm、38μm、40μm、42μm、44μm、46μm、48μm或50μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述陶瓷层的厚度为200～400μm，例如可以是200μm、220μm、240μm、260μm、280μm、300μm、320μm、340μm、360μm、380μm或400μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述轴承滚珠表面设置有绝缘层。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述轴承内圈和所述轴承外圈的两侧环形端面上均设置有绝缘层。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述绝缘层的厚度为20～50μm，例如可以是20μm、22μm、24μm、26μm、28μm、30μm、32μm、34μm、36μm、38μm、40μm、42μm、44μm、46μm、48μm或50μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述轴承外圈的内周环面和所述轴承内圈的外周环面之间形成滚道，所述轴承滚珠在滚道内自由旋转，所述滚道与所述轴承滚珠之间的缝隙内填充有润滑脂。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述陶瓷层为氧化铝层或氧化锆层。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述绝缘层为氟化钙层。

作为本实用新型一种优选的技术方案，所述封孔剂为有机硅溶液。

需要说明的是，本实用新型需要对涂层内的孔隙进行封堵，从而提高涂层的绝缘性能，采用乙酸乙酯对有机硅稀释后得到封孔剂，将轴承外圈的复合涂层的部分浸入封孔剂中，封孔剂渗透至复合涂层的孔隙中，整个封孔过程须在封闭且湿度不超20％的密闭空间内进行，用封孔剂浸泡轴承外圈涂层但不触碰到轴承外圈内周环面，不断旋转轴承外圈使封孔剂不断进入涂层的孔隙内。本实用新型采用的封孔方案的操作简单易行，具有较高的孔隙填充率及渗透度，从而大幅提高了复合涂层的绝缘阻值和耐击穿电压。

示例性地，本实用新型中，基体金属层和陶瓷层的制备方法具体包括如下步骤：

(1)将轴承外圈放入丙酮中浸泡20～30min，取出后擦拭去除表面油污，随后置于80～100℃下进行烘干，备用；

(2)将耐高温喷涂遮蔽胶带粘贴至轴承外圈的非喷涂区域进行遮蔽保护，采用自循环喷砂机对轴承外圈进行喷砂处理，选用的喷砂介质为24目的白刚玉，喷砂压力设定为0.4～0.5MPa，喷砂距离为100～150mm，喷砂角度为75～85°；

(3)使用干燥洁净的高压空气喷吹轴承外圈，将其表面残余的砂粒及浮尘去除后放置于喷涂工位上，用等离子喷涂设备的火焰进行预热；

(4)采用等离子喷涂设备，以镍和铝组成的混合金属粉末(镍占92～98wt％，铝占2～8wt％)作为金属材料，对预热完成的轴承外圈的待喷涂区域进行等离子喷涂处理，形成厚度为20～50μm的基体金属层。等离子喷涂过程的操作参数如下：电弧电流为400～430A，电弧电压为110～130V，功率为44～50kW，主气(氩气)的流量为80～120L/min，次气(氢气)的流量为10～20L/min，喷涂距离为100～150mm，复合金属粉末的送料速率为10～20g/min，喷枪的移动速度为5～8m/min；

(5)采用等离子喷涂设备，以高纯氧化铝粉末(纯度≥99.95％)作为陶瓷材料，在基体金属层表面进行等离子喷涂，使基体金属层表面形成厚度为200～400μm的陶瓷层。等离子喷涂过程的操作参数如下：电弧电流为430～450A，电弧电压为110～130V，功率为50～58kW，主气(氩气)的流量为80～120L/min，次气(氢气)的流量为10～30L/min，喷涂距离为100～150mm，高纯氧化铝粉末的送料速率为15～25g/min，喷枪的移动速度4～6m/min；

(6)喷涂完成后的轴承外圈的外表面形成由基体金属层和陶瓷层组成的复合涂层，将喷涂后的轴承外圈置于100～120℃下烘干≥2h；

(7)采用乙酸乙酯稀释有机硅后得到封孔剂，将复合涂层的部分浸入封孔剂中，不断旋转轴承外圈，使得轴承外圈沿周向逐一浸入所述封孔剂中，封孔剂渗入陶瓷层的孔隙内，渗透深度大于220μm，整个封孔须在封闭且湿度不超20％的密闭空间内进行(对密闭空间进行抽真空，同时对轴承外圈加热至35～45℃)，用封孔剂浸泡轴承外圈涂层但不触碰到轴承外圈内周环面，不断旋转轴承外圈使封孔剂不断进入涂层的孔隙内，旋转0.5～1.5h后取出轴承外圈，封孔完成；

(8)封孔后的轴承外圈放置于干燥洁净的封闭环境中在25～30℃下低温干燥10～15h，再将其转移至80～120℃环境下高温干燥4～6h；将轴承外圈未喷涂区域的耐高温胶带清理干净，并采用外圆磨床对轴承外圈的涂层表面进行磨削，即得到具有绝缘涂层的轴承外圈；

(9)轴承外圈装配前，采用超声波探伤仪对制备得到的轴承外圈进行表面涂层探伤检测，以确保涂层无开裂及未封闭孔洞情况，检测合格后的轴承外圈可以进行后续装配，按照轴承装配标准程序将探伤完成的轴承外圈进行配件装配，并将装配成成品的绝缘轴承进行质量检查及包装完成，即得成品绝缘轴承。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供绝缘轴承采用基体金属层打底，通过陶瓷层的绝缘作用，可防止轴承在长使用时间后表面氧化，大大延长了轴承的使用寿命，通过封孔剂的渗透效应对陶瓷层的孔隙进行填充，提高了绝缘轴承的绝缘效果，此外，本实用新型在轴承外圈的内周环面和/或轴承内圈的外周环面设置了绝缘层，有效隔绝了轴承外圈、轴承内圈与轴承滚珠之间的涡流，大幅提高了绝缘轴承的绝缘阻值和耐击穿电压。

附图说明

图1为本实用新型一个具体实施方式提供的绝缘轴承的结构示意图。

其中，1-轴承内圈；2-轴承滚珠；3-轴承外圈；4-基体金属层；5-陶瓷层；6-绝缘层。

具体实施方式

需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种绝缘轴承，如图1所示，所述绝缘轴承包括轴承内圈1和轴承外圈3，所述轴承内圈1和轴承外圈3均具有外周环面、内周环面以及两侧的环形端面，所述轴承内圈1的外周环面与所述轴承外圈3的内周环面之间嵌入有若干轴承滚珠2，所述轴承外圈3的外周环面设置有依次层叠有基体金属层4和陶瓷层5，所述陶瓷层5内分布的若干孔隙中填充有封孔剂，所述封孔剂用于对陶瓷层5的孔隙进行封堵；所述轴承外圈3的内周环面和/或所述轴承内圈1的外周环面设置有绝缘层6。

本实用新型提供绝缘轴承采用基体金属层4打底，通过陶瓷层5的绝缘作用，可防止轴承在长使用时间后表面氧化，大大延长了轴承的使用寿命，通过封孔剂的渗透效应对陶瓷层5的孔隙进行填充，提高了绝缘轴承的绝缘效果，此外，本实用新型在轴承外圈3的内周环面和/或轴承内圈1的外周环面设置了绝缘层6，有效隔绝了轴承外圈3、轴承内圈1与轴承滚珠2之间的涡流，大幅提高了绝缘轴承的绝缘阻值和耐击穿电压。

进一步地，所述基体金属层4的厚度为20～50μm。

进一步地，所述陶瓷层5的厚度为200～400μm。

进一步地，所述轴承滚珠2表面设置有绝缘层6。

进一步地，所述轴承内圈1和所述轴承外圈3的两侧环形端面上均设置有绝缘层6。

进一步地，所述绝缘层6的厚度为20～50μm。

进一步地，所述轴承外圈3的内周环面和所述轴承内圈1的外周环面之间形成滚道，所述轴承滚珠2在滚道内自由旋转，所述滚道与所述轴承滚珠2之间的缝隙内填充有润滑脂。

进一步地，所述陶瓷层5为氧化铝层或氧化锆层。

进一步地，所述绝缘层6为氟化钙层。

进一步地，所述封孔剂为有机硅溶液。

需要说明的是，本实用新型需要对涂层内的孔隙进行封堵，从而提高涂层的绝缘性能，采用乙酸乙酯对有机硅稀释后得到封孔剂，将轴承外圈3的复合涂层的部分浸入封孔剂中，封孔剂渗透至复合涂层的孔隙中，整个封孔过程须在封闭且湿度不超20％的密闭空间内进行，用封孔剂浸泡轴承外圈3涂层但不触碰到轴承外圈3内周环面，不断旋转轴承外圈3使封孔剂不断进入涂层的孔隙内。本实用新型采用的封孔方案的操作简单易行，具有较高的孔隙填充率及渗透度，从而大幅提高了复合涂层的绝缘阻值和耐击穿电压。

在另一个具体实施方式中，基体金属层4和陶瓷层5的制备方法具体包括如下步骤：

(1)将轴承外圈3放入丙酮中浸泡20～30min，取出后擦拭去除表面油污，随后置于80～100℃下进行烘干，备用；

(2)将耐高温喷涂遮蔽胶带粘贴至轴承外圈3的非喷涂区域进行遮蔽保护，采用自循环喷砂机对轴承外圈3进行喷砂处理，选用的喷砂介质为24目的白刚玉，喷砂压力设定为0.4～0.5MPa，喷砂距离为100～150mm，喷砂角度为75～85°；

(3)使用干燥洁净的高压空气喷吹轴承外圈3，将其表面残余的砂粒及浮尘去除后放置于喷涂工位上，用等离子喷涂设备的火焰进行预热；

(4)采用等离子喷涂设备，以镍和铝组成的混合金属粉末(镍占92～98wt％，铝占2～8wt％)作为金属材料，对预热完成的轴承外圈3的待喷涂区域进行等离子喷涂处理，形成厚度为20～50μm的基体金属层4。等离子喷涂过程的操作参数如下：电弧电流为400～430A，电弧电压为110～130V，功率为44～50kW，主气(氩气)的流量为80～120L/min，次气(氢气)的流量为10～20L/min，喷涂距离为100～150mm，复合金属粉末的送料速率为10～20g/min，喷枪的移动速度为5～8m/min；

(5)采用等离子喷涂设备，以高纯氧化铝粉末(纯度≥99.95％)作为陶瓷材料，在基体金属层4表面进行等离子喷涂，使基体金属层4表面形成厚度为200～400μm的陶瓷层5。等离子喷涂过程的操作参数如下：电弧电流为430～450A，电弧电压为110～130V，功率为50～58kW，主气(氩气)的流量为80～120L/min，次气(氢气)的流量为10～30L/min，喷涂距离为100～150mm，高纯氧化铝粉末的送料速率为15～25g/min，喷枪的移动速度4～6m/min；

(6)喷涂完成后的轴承外圈3的外表面形成由基体金属层4和陶瓷层5组成的复合涂层，将喷涂后的轴承外圈3置于100～120℃下烘干≥2h；

(7)采用乙酸乙酯稀释有机硅后得到封孔剂，将复合涂层的部分浸入封孔剂中，不断旋转轴承外圈3，使得轴承外圈3沿周向逐一浸入所述封孔剂中，封孔剂渗入陶瓷层5的孔隙内，渗透深度大于220μm，整个封孔须在封闭且湿度不超20％的密闭空间内进行(对密闭空间进行抽真空，同时对轴承外圈3加热至35～45℃)，用封孔剂浸泡轴承外圈3涂层但不触碰到轴承外圈3内周环面，不断旋转轴承外圈3使封孔剂不断进入涂层的孔隙内，旋转0.5～1.5h后取出轴承外圈3，封孔完成；

(8)封孔后的轴承外圈3放置于干燥洁净的封闭环境中在25～30℃下低温干燥10～15h，再将其转移至80～120℃环境下高温干燥4～6h；将轴承外圈3未喷涂区域的耐高温胶带清理干净，并采用外圆磨床对轴承外圈3的涂层表面进行磨削，即得到具有绝缘涂层的轴承外圈3；

(9)轴承外圈3装配前，采用超声波探伤仪对制备得到的轴承外圈3进行表面涂层探伤检测，以确保涂层无开裂及未封闭孔洞情况，检测合格后的轴承外圈3可以进行后续装配，按照轴承装配标准程序将探伤完成的轴承外圈3进行配件装配，并将装配成成品的绝缘轴承进行质量检查及包装完成，即得成品绝缘轴承。

申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种绝缘轴承，所述绝缘轴承包括轴承内圈和轴承外圈，所述轴承内圈和轴承外圈均具有外周环面、内周环面以及两侧的环形端面，所述轴承内圈的外周环面与所述轴承外圈的内周环面之间嵌入有若干轴承滚珠，其特征在于，所述轴承外圈的外周环面设置有依次层叠有基体金属层和陶瓷层，所述陶瓷层内分布的若干孔隙中填充有封孔剂，所述封孔剂用于对陶瓷层的孔隙进行封堵；所述轴承外圈的内周环面和/或所述轴承内圈的外周环面设置有绝缘层。

2.根据权利要求1所述的绝缘轴承，其特征在于，所述基体金属层的厚度为20～50μm。

3.根据权利要求1所述的绝缘轴承，其特征在于，所述陶瓷层的厚度为200～400μm。

4.根据权利要求1所述的绝缘轴承，其特征在于，所述轴承滚珠表面设置有绝缘层。

5.根据权利要求1所述的绝缘轴承，其特征在于，所述轴承内圈和所述轴承外圈的两侧环形端面上均设置有绝缘层。

6.根据权利要求1所述的绝缘轴承，其特征在于，所述绝缘层的厚度为20～50μm。

7.根据权利要求1所述的绝缘轴承，其特征在于，所述轴承外圈的内周环面和所述轴承内圈的外周环面之间形成滚道，所述轴承滚珠在滚道内自由旋转，所述滚道与所述轴承滚珠之间的缝隙内填充有润滑脂。

8.根据权利要求1所述的绝缘轴承，其特征在于，所述陶瓷层为氧化铝层或氧化锆层。

9.根据权利要求1所述的绝缘轴承，其特征在于，所述绝缘层为氟化钙层。

10.根据权利要求8所述的绝缘轴承，其特征在于，所述封孔剂为有机硅溶液。

Images