混合陶瓷轴承

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多年来，陶瓷材料一直是从事轴承研究的工程师们最感兴趣的材料。“陶瓷轴承”一词通常使人想到完全由陶瓷制成的运转得又红又热而不用润滑的轴承。早期的许多工作都集中在高温环境下的全陶瓷轴承的研究，例如空气透平发动机轴承。目前对这样的轴承还在继续，但需要改进润滑系统。近来的开发工作已集中于钢制套圈或滚道与陶瓷球组成的混合轴承。混合轴承已经在机床主轴这样有迫切需要的场合中使用，而且其用途越来越广。
陶瓷材料有许多种，其成份、显微组织和性能各不相同。业已证明，用于轴承时氮化硅材料具有最好的物理、机械综合性能。目前全世界的氮化硅球年产量估计在几百万粒。
混合陶瓷轴承与同样型号的全钢轴承相比其最重要的特点是：
' @5 W6 f9 ]& }* U0 _& T+ I1.运转速度提高，因为氮化硅球的密度低就意味着离心力减小。
2. 刚性增大，因为氮化硅的弹性模量比轴承钢大50％。
3.发热减少，因为氮化硅球具有摩擦系数小、运动性能好的特点。
% P4 H; ?1 j- I9 U( x4,热稳定性更好，因为氮化硅的热膨胀系数是钢材的三分之一。
) Q( [1 ~4 ^: ~- D* M2 Q3 R* y5.设计灵活性更大，因为氮化硅材料性能使轴承设计者可以改换不同参数而不必考虑影响。
应用于机床时，这些特点使生产率和加工精度得到提高，使产品质量得到改善。传统上用于高速主轴轴承的润滑装置一般要采用油气或油雾润滑系统，因为脂润滑会降低全钢轴承的性能。另一方面，混合轴承可以安全地采用脂润滑。对机床制造者来说，取消油一气润滑系统可以显著降低成本。
/ r! I6 o) t1 l2 N用于飞机发动机中的混合陶瓷轴承也在开发之中。空气透平发动机在高速下运转，其轴承中的球产生的离心力负荷，常常成为制约发动机最高转速的主要因素。装有低密度氮化硅球的混合轴承提供了在更高速度下运转的可能性，加之轴承内部发热较少，可以显著减轻重量。
混合陶瓷轴承最常见的形式是装有氮化硅球的角接触球轴承，这种轴承可以在既有径向也有轴向负荷时有效地高速运转。但是轴向负荷只能从一个方向施加。因此这些轴承通常成对安装并施加预负荷以保证正确的接触角。角接触球轴承和深沟球轴承相比一端开口较大，所以通常用加强型酚醛树脂保持架。有的混合轴承产品在材料方面虽然只是把钢球变成了氮化硅球，但是另一方面，沟道的几何尺寸也作了改进以优化轴承性能。另一些类型的陶瓷球可用于一些特殊场合，像仪表轴承和陀螺轴承。
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