專利名稱：全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特種滾動(dòng)軸承技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用碳石墨(碳/石墨/碳石墨一 Carbon/Graphite/Carbon Graphite)制造滾動(dòng)軸承四大件(外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體和保持器) 中的其中部分或全部四件的滾動(dòng)軸承及其制作方法。
背景技術(shù)：
滾動(dòng)軸承的工作環(huán)境有時(shí)非常苛刻一高溫、超高溫、低溫、超低溫、酸堿腐蝕、射線輻射等等，在這種情況下，用鋼材制造軸承并采用流體潤(rùn)滑顯然不能滿足使用要求，于是就出現(xiàn)了全陶瓷滾動(dòng)軸承以及混合陶瓷滾動(dòng)軸承，以期在這些工況下滾動(dòng)軸承仍能可靠履行減摩和支撐功能。需要說明的是，全陶瓷滾動(dòng)軸承是指外圈、內(nèi)圈和滾動(dòng)體全部由陶瓷制成，混合陶瓷滾動(dòng)軸承是指外圈、內(nèi)圈和滾動(dòng)體不全由陶瓷制成。雖然全陶瓷滾動(dòng)軸承/混合陶瓷滾動(dòng)軸承存在減摩的功效，但是，全陶瓷滾動(dòng)軸承/混合陶瓷滾動(dòng)軸承存在下列問題
(1)陶瓷材料雖然有一定的自潤(rùn)滑性，但其自潤(rùn)滑性與石墨等相比，差距很大，且不具備石墨的轉(zhuǎn)移膜潤(rùn)滑功能，因此在高溫、超高溫等所有流體潤(rùn)滑劑都無法勝任的工況下， “干”陶瓷軸承的壽命滿足不了主機(jī)的要求；
(2)陶瓷質(zhì)脆且堅(jiān)硬，機(jī)加工性能很差，對(duì)形狀比較復(fù)雜的軸承保持器，基本無法用陶瓷材料制造加工，因此，通常所說的全陶瓷軸承也并非四大件均用陶瓷材料制造的滾動(dòng)軸承；
(3)陶瓷材料的加工制造成本仍然很高。因此，在某些苛刻工況下，陶瓷軸承還不是最佳的選擇，甚至可以說陶瓷軸承根本滿足不了該工況下對(duì)軸承運(yùn)行可靠度和壽命的要求。隨著碳石墨技術(shù)的發(fā)展，使得用碳石墨制造滾動(dòng)軸承成為可能。以下先介紹一下碳石墨。碳石墨又稱機(jī)械用碳，它的基礎(chǔ)材料可分為(1)碳質(zhì)材料主要由非結(jié)晶質(zhì)(低規(guī)則性)的炭素原料構(gòu)成，質(zhì)硬、硬度高、流體潤(rùn)滑下耐磨性好，在大氣中的氧化開始溫度約300度；(2)石墨質(zhì)材料主要由結(jié)晶質(zhì)的炭素原料構(gòu)成，質(zhì)軟硬度低，自潤(rùn)滑性能好，有良好的耐高溫性能，在大氣中的氧化開始溫度約450度；(3)碳石墨質(zhì)材料，主要由非結(jié)晶炭與結(jié)晶炭原料構(gòu)成，質(zhì)硬硬度高，自潤(rùn)滑性能較好，機(jī)械強(qiáng)度高，耐磨性能好，耐溫性略低于石墨質(zhì)材料，在大氣中的氧化開始溫度約400度。采用這些基礎(chǔ)材料，選擇不同的粘結(jié)原料、浸漬材料等便可進(jìn)一步提高碳石墨的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性、自潤(rùn)滑性、不透性和成膜性，通常的浸漬材料有樹脂、鹽和金屬。由于碳石墨良好的耐高溫性、耐低溫性、自潤(rùn)滑性、耐酸堿腐蝕性和可獲得的高的機(jī)械強(qiáng)度，碳石墨已經(jīng)被廣泛地用來制造滑動(dòng)軸承(僅包含軸瓦和軸套)，獲得了良好的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。但是因?yàn)樘际奶匦裕裆形匆姷接锰际圃鞚L動(dòng)軸承的報(bào)道。本領(lǐng)域的技術(shù)人員雖然知道碳石墨能夠適應(yīng)非?？量痰沫h(huán)境，比如，高溫、超高溫、低溫、超低溫、酸堿腐蝕、射線輻射等環(huán)境，也一直都希望能用碳石墨制成全碳石墨滾動(dòng)軸承或混合碳石墨滾動(dòng)軸承，這樣，該些滾動(dòng)軸承就能克服用鋼材制造軸承并采用流體潤(rùn)滑不能適用以上苛刻的環(huán)境的缺陷。但是，由于存在以下的技術(shù)問題，使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)定用碳石墨制造滾動(dòng)軸承不具有可實(shí)施性
首先，現(xiàn)有的滾動(dòng)軸承一般包括外圈、內(nèi)圈、保持器和若干個(gè)滾動(dòng)體，為保證軸承在裝配過程中滾動(dòng)體不散落和盡可能地提高承載能力，其設(shè)計(jì)填球角一般均大于180度，這就使得最后廣2粒滾動(dòng)體的填入需要借助外圈的徑向彈性變形才能實(shí)現(xiàn)，這對(duì)彈性比較好的鋼制套圈沒有問題，但碳石墨材料較脆，如對(duì)對(duì)碳石墨外圈整體施加同樣的徑向變形力，就有發(fā)生脆斷的危險(xiǎn)，因此對(duì)碳石墨外圈，無法采用套圈變形裝填最后廣2粒滾動(dòng)體法制作滾動(dòng)軸承。接著，現(xiàn)有的鋼制滾動(dòng)軸承往主機(jī)中安裝時(shí)，一般，外圈與殼體孔過渡或過盈配合，內(nèi)圈與支撐軸過盈配合。由于鋼材具有一定的彈性，使得現(xiàn)有鋼制滾動(dòng)軸承與其它部件在徑向上的過盈配合成為可能，但是，用碳石墨制成外圈或內(nèi)圈時(shí)，由于碳石墨的脆性，不宜直接進(jìn)行徑向過盈安裝。隨后，由于鋼材具有比較強(qiáng)的熱脹冷縮的特征，因此利用鋼材制成滾動(dòng)軸承的外圈、內(nèi)圈和滾動(dòng)體時(shí)，需要在滾動(dòng)體與內(nèi)外圈之間具有一個(gè)相應(yīng)的游隙，這些游隙的選擇均有標(biāo)準(zhǔn)可依。而利用碳石墨制成外圈、內(nèi)圈和滾動(dòng)體時(shí)，軸承游隙的選擇無標(biāo)準(zhǔn)可查，需要進(jìn)行專業(yè)的針對(duì)性計(jì)算方能選得適宜的游隙。最后，現(xiàn)行滾動(dòng)軸承保持器由金屬材料制成時(shí)，一般采取沖壓變形法(塑形變形) 進(jìn)行裝配，由工程塑料制成時(shí)，采用彈性變形進(jìn)行裝配。但碳石墨具有脆性，無法采用現(xiàn)行的塑形變形和彈性變形法進(jìn)行裝配。基于上述的理由及現(xiàn)有通用的加工工藝，使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員無法想到用碳石墨來制作滾動(dòng)軸承，或者即使簡(jiǎn)單想到，但是考慮到上述的理解，也認(rèn)為碳石墨無法制作滾動(dòng)軸承。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于提供一種全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承，以解決現(xiàn)有技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)用碳石墨制作滾動(dòng)軸承的技術(shù)缺陷。本發(fā)明的第二目的在于提供一種全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承的制作方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)用碳石墨制作滾動(dòng)軸承的技術(shù)缺陷
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承，包括外圈、內(nèi)圈、嵌入外圈滾道和內(nèi)圈滾道之間的滾動(dòng)體和將滾動(dòng)體沿圓周方向均勻分隔的保持器，全碳石墨滾動(dòng)軸承的4大件外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體和保持器全部由碳石墨制成，混合碳石墨滾動(dòng)軸承的4大件部分由碳石墨制成，其余件仍由現(xiàn)行滾動(dòng)軸承常用材料制成。若外圈用碳石墨制成，在外圈或/和內(nèi)圈上設(shè)置填球缺口，缺口尺寸以不使外圈受力發(fā)生變形就能將全部滾動(dòng)體填入外圈滾道和內(nèi)圈滾道之間為準(zhǔn)。若外圈用碳石墨制成，則其外徑應(yīng)比現(xiàn)行軸承外徑略小，以保證與殼體孔的配合為較小過盈配合至間隙配合。為防止外圈與殼體孔之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以在外徑表面加工防滑槽，并依靠熱鑄往防滑槽中植入防滑環(huán)，防滑環(huán)的外徑略大于碳石墨外圈的外徑并與殼體孔之間形成過渡至過盈配合。若內(nèi)圈用碳石墨制成，則其內(nèi)徑應(yīng)比現(xiàn)行軸承內(nèi)徑略大，以保證與支撐軸的配合為較小過盈配合至間隙配合。為防止內(nèi)圈與支撐軸之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以在內(nèi)徑表面加工防滑槽，并依靠熱鑄往防滑槽中植入防滑環(huán)，防滑環(huán)的內(nèi)徑略小于碳石墨內(nèi)圈的內(nèi)徑并與支撐軸之間形成過盈配合。防滑環(huán)材料為工程塑料、尼龍、PTFE、夾布膠木等彈性材料。若保持器用碳石墨制成，保持器呈冠形，冠形的平底端設(shè)置在軸承的一側(cè)，而冠形的開口端從軸承一側(cè)沿軸向插設(shè)入外圈滾道和內(nèi)圈滾道之間，為防止保持器沿軸向朝平底端方向滑退，軸承上帶有對(duì)碳石墨保持器具有軸向限位功能的防塵蓋和/或卡環(huán)和/或擋板。當(dāng)軸承外圈和/或內(nèi)圈和/或保持器由碳石墨制成時(shí)，可以采用熱壓或粘接的方式加裝金屬外套對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)。碳石墨包括至少其中一種材質(zhì)碳質(zhì)材料、石墨質(zhì)材料、碳石墨質(zhì)材料、碳化硅一石墨復(fù)合材料、機(jī)械用碳材料、電化石墨材質(zhì)，以及這些材料經(jīng)過各種樹脂浸漬、鹽浸漬、金屬浸漬之后的改性材料。一種全碳/混合石墨滾動(dòng)軸承的制作方法，包括
(一)至少包括碳石墨外圈制作過程、碳石墨內(nèi)圈制作過程、碳石墨滾動(dòng)體制作過程和碳石墨保持器制作過程的其中一過程，其中
碳石墨外圈制作提供一碳石墨管，管子的外徑大于外圈的設(shè)計(jì)外徑，管子的內(nèi)徑小于外圈的設(shè)計(jì)內(nèi)徑，管子的寬度大于外圈的設(shè)計(jì)寬度；沿橫截面切割一碳石墨管，得到若干碳石墨環(huán)，環(huán)的寬度大于外圈的設(shè)計(jì)寬度；對(duì)碳石墨環(huán)進(jìn)行加工至其外徑、內(nèi)徑和寬度分別等于外圈的設(shè)計(jì)外徑、設(shè)計(jì)內(nèi)徑和設(shè)計(jì)寬度；在碳石墨環(huán)上加工出外圈滾道，進(jìn)行倒角、去除毛刺在內(nèi)的精整加工，后制成碳石墨外圈；
碳石墨內(nèi)圈制作提供一碳石墨管，管子的外徑大于內(nèi)圈的設(shè)計(jì)外徑，管子的內(nèi)徑小于內(nèi)圈的設(shè)計(jì)內(nèi)徑，管子的寬度大于內(nèi)圈的設(shè)計(jì)寬度；沿橫截面切割一碳石墨管，得到若干碳石墨環(huán)，環(huán)的寬度大于內(nèi)圈的設(shè)計(jì)寬度；對(duì)碳石墨環(huán)進(jìn)行加工至其外徑、內(nèi)徑和寬度分別等于內(nèi)圈的設(shè)計(jì)外徑、設(shè)計(jì)內(nèi)徑和設(shè)計(jì)寬度；在碳石墨環(huán)上加工出內(nèi)圈滾道，進(jìn)行倒角、去除毛刺在內(nèi)的精整加工，后制成碳石墨內(nèi)圈；
碳石墨滾動(dòng)體制作提供一與最終滾動(dòng)體形狀相近的實(shí)心碳石墨滾動(dòng)體毛坯，采用包括切削、研磨在內(nèi)的機(jī)械加工方式進(jìn)行加工，直至形狀、尺寸和精度達(dá)到設(shè)計(jì)滾動(dòng)體的要求，制成碳石墨滾動(dòng)體；
碳石墨保持器制作提供一碳石墨管，管子的外徑大于保持器的設(shè)計(jì)外徑，管子的內(nèi)徑小于保持器的設(shè)計(jì)內(nèi)徑，管子的寬度大于保持器的設(shè)計(jì)寬度；沿橫截面切割一碳石墨管，得到若干碳石墨環(huán)，環(huán)的寬度大于保持器的設(shè)計(jì)寬度；對(duì)碳石墨環(huán)進(jìn)行加工至其外徑、內(nèi)徑和寬度分別等于保持器的設(shè)計(jì)外徑、設(shè)計(jì)內(nèi)徑和設(shè)計(jì)寬度；在碳石墨環(huán)上加工出兜孔，兜孔沿保持器軸向切面形狀為直口型或外敞口型，敞口角度不超過60度；進(jìn)行倒角、去除毛刺在內(nèi)的精整加工，制成碳石墨整體保持器；
若外圈用碳石墨制成，在外圈和/或內(nèi)圈上設(shè)置用以填入滾珠的填球缺口，其尺寸大小應(yīng)保證不使外圈受力就能將所有滾珠全部從缺口處填入外圈滾道和內(nèi)圈滾道之間；
(二)預(yù)先在外圈和內(nèi)圈之間放置滾動(dòng)體，并利用缺口放置最后一顆或最后兩顆滾動(dòng)體，完成外圈、內(nèi)圈和滾動(dòng)體的合套；
(三)插入或鉚合軸承保持器，保持器將所有滾動(dòng)體均勻分開；
(四)設(shè)置密封圈、防塵蓋、擋圈、卡環(huán)在內(nèi)的輔助部件，制成完整全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承。該方法還包括對(duì)碳石墨外圈、碳石墨內(nèi)圈、碳石墨保持器，可以采用熱壓或粘接的方式加裝金屬外套對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)。該方法還包括當(dāng)軸承外圈和/或內(nèi)圈由碳石墨制成時(shí)，在軸承外圈外徑表面和/ 或內(nèi)圈內(nèi)徑表面加工防滑槽，并依靠熱澆注植入彈性防滑環(huán)。本發(fā)明的申請(qǐng)人經(jīng)過多年研究，在碳石墨材料和成型工藝不斷提高，使得各向性能和機(jī)械強(qiáng)度得到明顯提升的前提下，實(shí)施以下手段使得全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承成為現(xiàn)實(shí)
(1)軸承設(shè)計(jì)填球角一般均大于180度，若外圈用碳石墨制成，在外圈或/和內(nèi)圈上設(shè)置填球缺口，缺口尺寸以不使外圈受力發(fā)生變形就能將全部滾動(dòng)體填入外圈滾道和內(nèi)圈滾道之間為準(zhǔn)。填球缺口的設(shè)置避免現(xiàn)行的對(duì)外圈施力，引起彈性變形后裝入最后廣2粒滾動(dòng)體的裝配方式，由此避免了外圈在裝配過程中的脆斷；
(2)若外圈用碳石墨制成，則其外徑應(yīng)比現(xiàn)行軸承外徑略小，以保證與殼體孔的配合為較小過盈配合至間隙配合。為防止外圈與殼體孔之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以在外徑表面加工防滑槽，并依靠熱鑄往防滑槽中植入防滑環(huán)，防滑環(huán)的外徑略大于碳石墨外圈的外徑并與殼體孔之間形成過渡至過盈配合。由此避免了因外圈與殼體孔安裝過盈過大引起的外圈脆斷；若內(nèi)圈用碳石墨制成，則其內(nèi)徑應(yīng)比現(xiàn)行軸承內(nèi)徑略大，以保證與支撐軸的配合為較小過盈配合至間隙配合。為防止內(nèi)圈與支撐軸之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以在內(nèi)徑表面加工防滑槽， 并依靠熱鑄往防滑槽中植入防滑環(huán)，防滑環(huán)的內(nèi)徑略小于碳石墨內(nèi)圈的內(nèi)徑并與支撐軸之間形成過盈配合。由此避免了因內(nèi)圈與支撐軸安裝過盈過大引起的內(nèi)圈脆斷；
(3)若保持器用碳石墨制成，保持器呈冠形，由于碳石墨保持器不能像現(xiàn)行金屬保持器那樣進(jìn)行塑形變形鉚合裝配，也不能像塑料保持器那樣利用彈性變形進(jìn)行扣入式裝配，因此只能做成直口型和敞口型，進(jìn)行既無塑形變形也無彈性變形的插入式裝配，即冠形的平底端設(shè)置在軸承的一側(cè)，而冠形的開口端從軸承一側(cè)沿軸向插設(shè)入外圈滾道和內(nèi)圈滾道之間，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，為防止保持器沿軸向朝平底端方向滑退，軸承上設(shè)置了帶有對(duì)碳石墨保持器具有軸向限位功能的防塵蓋和/或卡環(huán)和/或擋板。當(dāng)碳石墨外圈、碳石墨內(nèi)圈、碳石墨滾動(dòng)體和碳石墨保持器相裝配，就制成了全碳石墨滾動(dòng)軸承，否則，四大件中只有部分件為碳石墨時(shí)，就制成了混合碳石墨滾動(dòng)軸承。本發(fā)明采用耐高溫、耐低溫、耐腐蝕和機(jī)械加工性能均良好的碳石墨制作滾動(dòng)軸承四大件，進(jìn)而制造全碳石墨滾動(dòng)軸承和混合碳石墨滾動(dòng)軸承，與現(xiàn)行全陶瓷軸承(實(shí)際上保持器還不是陶瓷材料)和混合陶瓷軸承相比
(1)碳石墨比陶瓷具有更好的機(jī)械加工性能，可以制作具有復(fù)雜形狀的軸承零件和軸承，如帶密封槽的碳石墨套圈，帶防滑環(huán)的軸承套圈、碳石墨保持器等；
(2)碳石墨比陶瓷具有更好的自潤(rùn)滑特性和轉(zhuǎn)移膜潤(rùn)滑特性，因此在無油潤(rùn)滑狀態(tài)下， 碳石墨軸承的使用可靠度高于陶瓷軸承，使用壽命長(zhǎng)于陶瓷軸承。


圖1為全碳石墨雙面帶防塵蓋深溝球軸承的剖面圖2為保持器材料為碳石墨的混合碳石墨雙面帶防塵蓋深溝球軸承的剖面圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖1全碳石墨雙面帶防塵蓋深溝球軸承的剖面圖，詳細(xì)說明本發(fā)明。請(qǐng)參閱圖1，一種全碳石墨滾動(dòng)軸承，它包括外圈11、內(nèi)圈12、嵌入外圈滾道和內(nèi)圈滾道之間的滾動(dòng)體13和將滾動(dòng)體沿圓周方向均勻分隔的保持器14、防塵蓋15和外圈防滑環(huán)16，其中滾動(dòng)軸承4大件一外圈11、內(nèi)圈12、滾動(dòng)體13和保持器14全部由碳石墨制成。外圈11用碳石墨制成，在外圈11或/和內(nèi)圈12上設(shè)置填球缺口 17，缺口尺寸以不使外圈11受力發(fā)生變形就能將全部滾動(dòng)體13填入外圈滾道和內(nèi)圈滾道之間為準(zhǔn)；外圈外徑應(yīng)比現(xiàn)行軸承外徑略小，以保證與殼體孔的配合為較小過盈配合至間隙配合。為防止外圈11與殼體孔之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以在外徑表面加工防滑槽，并依靠熱鑄往防滑槽中植入防滑環(huán)16，防滑環(huán)16的外徑略大于碳石墨外圈11的外徑并與殼體孔之間形成過渡至過盈配合。本實(shí)例中采用雙列塑料防滑環(huán)16。內(nèi)圈12用碳石墨制成，則其內(nèi)徑應(yīng)比現(xiàn)行軸承內(nèi)徑略大，以保證與支撐軸的配合為較小過盈配合至間隙配合。為防止內(nèi)圈與支撐軸之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以在內(nèi)徑表面加工防滑槽，并依靠熱鑄往防滑槽中植入防滑環(huán)，防滑環(huán)的內(nèi)徑略小于碳石墨內(nèi)圈的內(nèi)徑并與支撐軸之間形成過盈配合。如果主機(jī)用戶對(duì)內(nèi)圈采取軸向限位固定，則內(nèi)圈內(nèi)徑表面就無需設(shè)置防滑槽和防滑環(huán)。本實(shí)例中，內(nèi)圈內(nèi)徑表面沒有加工防滑槽、布置防滑環(huán)。保持器14用碳石墨制成，保持器呈冠形，冠形的平底端設(shè)置在軸承的一側(cè)，而冠形的開口端從軸承一側(cè)沿軸向插設(shè)入外圈滾道和內(nèi)圈滾道之間，為防止保持器沿軸向朝平底端方向滑退，軸承上帶有對(duì)碳石墨保持器具有軸向限位功能的防塵蓋和/或卡環(huán)和/或擋板。當(dāng)軸承外圈和/或內(nèi)圈和/或保持器由碳石墨制成時(shí)，可以采用熱壓或粘接的方式加裝金屬外套對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)。通過這些設(shè)置，完全克服了碳石墨因較脆引起的裝配過程或安裝使用過程脆斷的危險(xiǎn)。在本實(shí)例中，對(duì)全碳石墨滾動(dòng)軸承，因碳石墨材質(zhì)的熱膨脹量比現(xiàn)行軸承鋼材質(zhì)的熱膨脹量要小，所以，其游隙要比現(xiàn)行軸承鋼制滾動(dòng)軸承要小，具體小多少，需根據(jù)軸承外圈、內(nèi)圈和滾動(dòng)體材質(zhì)及其尺寸進(jìn)行計(jì)算確定。全碳石墨滾動(dòng)軸承較小的熱膨脹量和冷收縮量，使得其在極端溫度情況下使用時(shí)比現(xiàn)行鋼制滾動(dòng)軸承不宜出現(xiàn)卡滯、抱軸現(xiàn)象，更加安全可靠。碳石墨包括至少其中一種材質(zhì)碳質(zhì)材料、石墨質(zhì)材料、碳石墨質(zhì)材料、碳化硅一石墨復(fù)合材料、機(jī)械用碳材料、電化石墨材質(zhì)，以及這些材料經(jīng)過各種樹脂浸漬、鹽浸漬、金屬浸漬之后的改性材料?，F(xiàn)行用鋼、陶瓷或塑料制做的滾動(dòng)軸承，由于其4大件材料不具有自潤(rùn)滑性或僅具有非常有限的自潤(rùn)滑性，因此需要往軸承內(nèi)加入潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂進(jìn)行流體潤(rùn)滑，這樣，在極端溫度或極端化學(xué)介質(zhì)侵襲情況下，加入軸承內(nèi)的流體潤(rùn)滑劑成為短板，反而限制著軸承的運(yùn)行可靠度和服役壽命。本實(shí)例中，全碳石墨滾動(dòng)軸承采用具有極佳自潤(rùn)滑特性的碳石墨材質(zhì)，因此，在所有流體潤(rùn)滑劑都不能適應(yīng)的工況下，軸承內(nèi)可以不加注流體潤(rùn)滑劑， 依靠碳石墨良好的自潤(rùn)滑及轉(zhuǎn)移膜潤(rùn)滑特性，就能滿足主機(jī)對(duì)滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)可靠度和設(shè)計(jì)服役壽命要求。一種全碳石墨滾動(dòng)軸承的制作方法，包括
碳石墨外圈制作提供一碳石墨管，管子的外徑大于外圈的設(shè)計(jì)外徑，管子的內(nèi)徑小于外圈的設(shè)計(jì)內(nèi)徑，管子的寬度大于外圈的設(shè)計(jì)寬度；沿橫截面切割一碳石墨管，得到若干碳石墨環(huán)，環(huán)的寬度大于外圈的設(shè)計(jì)寬度；與鋼制軸承外圈需要磨削和超精最終成形不同， 采用金屬切削和銑削加工方法對(duì)碳石墨環(huán)進(jìn)行加工至其外徑、內(nèi)徑和寬度分別等于外圈的設(shè)計(jì)外徑、設(shè)計(jì)內(nèi)徑和設(shè)計(jì)寬度；采用車削在碳石墨環(huán)上加工出外圈滾道、密封槽和填球缺口。刀具頭部由金剛石或立方氮化硼制作。本實(shí)例中，碳石墨外圈外徑表面帶防滑槽及防滑環(huán)，需要在碳石墨外圈制成后，在外徑表面按照?qǐng)D照要求車制防滑槽，然后采用熱澆注成型制程塑料防滑環(huán)，最終制成外徑表面帶防滑槽和防滑環(huán)的碳石墨外圈。碳石墨內(nèi)圈制作提供一碳石墨管，管子的外徑大于內(nèi)圈的設(shè)計(jì)外徑，管子的內(nèi)徑小于內(nèi)圈的設(shè)計(jì)內(nèi)徑，管子的寬度大于內(nèi)圈的設(shè)計(jì)寬度；沿橫截面切割一碳石墨管，得到若干碳石墨環(huán)，環(huán)的寬度大于內(nèi)圈的設(shè)計(jì)寬度；與鋼制軸承內(nèi)圈需要磨削和超精最終成形不同，采用金屬切削和銑削加工方法對(duì)碳石墨環(huán)進(jìn)行加工至其外徑、內(nèi)徑和寬度分別等于內(nèi)圈的設(shè)計(jì)外徑、設(shè)計(jì)內(nèi)徑和設(shè)計(jì)寬度；采用車削在碳石墨環(huán)上加工出外圈滾道和密封槽。刀具頭部由金剛石或立方氮化硼制作。碳石墨滾動(dòng)體制作提供一與最終滾動(dòng)體形狀相近的實(shí)心碳石墨滾動(dòng)體毛坯，采用切削、研磨等機(jī)械加工方式直至形狀、尺寸和精度達(dá)到設(shè)計(jì)滾動(dòng)體的要求，制成碳石墨滾動(dòng)體。碳石墨保持器制作提供一碳石墨管，管子的外徑大于保持器的設(shè)計(jì)外徑，管子的內(nèi)徑小于保持器的設(shè)計(jì)內(nèi)徑，管子的寬度大于保持器的設(shè)計(jì)寬度；沿橫截面切割一碳石墨管，得到若干碳石墨環(huán)，環(huán)的寬度大于保持器的設(shè)計(jì)寬度；采用機(jī)械加工方法對(duì)碳石墨環(huán)進(jìn)行加工至其外徑、內(nèi)徑和寬度分別等于保持器的設(shè)計(jì)外徑、設(shè)計(jì)內(nèi)徑和設(shè)計(jì)寬度；采用機(jī)械加工方法在碳石墨環(huán)上加工出兜孔，兜孔沿保持器軸向切面形狀為直口型或外敞口型，敞口角度不超過60度；進(jìn)行倒角、去除毛刺等精整加工，制成碳石墨整體保持器。碳石墨保持器采用車削、銑削、鉆削等加工而成，刀具頭部由金剛石或立方氮化硼制作。防塵蓋制作采用低碳鋼板模沖而成，其材料、設(shè)計(jì)及制作方法同正常鋼制滾動(dòng)軸承。圖1所示全碳石墨深溝球軸承，一套軸承需要一個(gè)外圈、一個(gè)內(nèi)圈、若干滾珠、一個(gè)保持器和兩個(gè)防塵蓋。軸承內(nèi)部是否預(yù)注特種潤(rùn)滑脂或特種潤(rùn)滑油根據(jù)軸承運(yùn)行工況而定。當(dāng)軸承所需所有零件全部備齊后，按照現(xiàn)行鋼制滾動(dòng)軸承外圈帶填球缺口的裝配工藝方法對(duì)零件進(jìn)行清洗、分選、合套裝配，沖壓防塵蓋，就制成了圖1所示的全碳石墨雙面帶防塵蓋的深溝球軸承。以上僅是一舉例說明，并非用于限定本發(fā)明。以下結(jié)合附圖2保持器材料為碳石墨的混合碳石墨雙面帶防塵蓋深溝球軸承的剖面圖，詳細(xì)說明本發(fā)明。保持器材料為碳石墨的混合碳石墨深溝球軸承即深溝球軸承的四大件外圈21、內(nèi)圈22、滾珠23和保持器M中，僅有保持器M采用碳石墨材料制造，其余三大件采用現(xiàn)行的鋼材、陶瓷、塑料等非碳石墨材料制造。非碳石墨外圈21制作同現(xiàn)行的鋼材、陶瓷、塑料等非碳石墨材料外圈制作方法完全相同。非碳石墨內(nèi)圈22制作同現(xiàn)行的鋼材、陶瓷、塑料等非碳石墨材料內(nèi)圈制作方法完全相同。非碳石墨滾珠23制作同現(xiàn)行的鋼球、陶瓷球、塑料球等非碳石墨材料滾珠的制作方法完全相同。碳石墨保持器M制作提供一碳石墨管，管子的外徑大于保持器的設(shè)計(jì)外徑，管子的內(nèi)徑小于保持器的設(shè)計(jì)內(nèi)徑，管子的寬度大于保持器的設(shè)計(jì)寬度；沿橫截面切割一碳石墨管，得到若干碳石墨環(huán)，環(huán)的寬度大于保持器的設(shè)計(jì)寬度；采用機(jī)械加工方法對(duì)碳石墨環(huán)進(jìn)行加工至其外徑、內(nèi)徑和寬度分別等于保持器的設(shè)計(jì)外徑、設(shè)計(jì)內(nèi)徑和設(shè)計(jì)寬度；采用機(jī)械加工方法在碳石墨環(huán)上加工出兜孔，兜孔沿保持器軸向切面形狀為直口型或外敞口型，敞口角度不超過60度；進(jìn)行倒角、去除毛刺等精整加工，制成碳石墨整體保持器。防塵蓋25制作采用低碳鋼板模沖而成，其材料、設(shè)計(jì)及制作方法同正常鋼制滾動(dòng)軸承。圖2所示保持器材料為碳石墨的混合碳石墨深溝球軸承，一套軸承需要一個(gè)外圈、一個(gè)內(nèi)圈、若干滾珠、一個(gè)保持器和兩個(gè)防塵蓋。軸承內(nèi)部是否預(yù)注特種潤(rùn)滑脂或特種潤(rùn)滑油根據(jù)軸承運(yùn)行工況而定。當(dāng)軸承所需所有零件全部備齊后，按照現(xiàn)行鋼制滾動(dòng)軸承的裝配工藝方法對(duì)零件進(jìn)行清洗、分選、合套裝配，沖壓防塵蓋，就制成了圖2所示的混合碳石墨雙面帶防塵蓋的深溝球軸承。以上僅是一舉例說明，并非用于限定本發(fā)明。由于碳石墨耐高溫、耐低溫、抗介質(zhì)侵襲能力很強(qiáng)并具有良好的自潤(rùn)滑特性，因此，全碳石墨滾動(dòng)軸承和混合碳石墨滾動(dòng)軸承可以在現(xiàn)行滾動(dòng)軸承不能勝任的高溫、低溫、 酸堿介質(zhì)或不便實(shí)施油膜潤(rùn)滑的情況下穩(wěn)定正常工作，極大地提高滾動(dòng)軸承在苛刻運(yùn)行條件下的壽命和可靠度。不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明并不限于在說明書中所述的具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承，其特征在于，包括外圈、內(nèi)圈、嵌入外圈滾道和內(nèi)圈滾道之間的滾動(dòng)體和將滾動(dòng)體沿圓周方向均勻分隔的保持器，全碳石墨滾動(dòng)軸承的 4大件外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體和保持器全部由碳石墨制成，混合碳石墨滾動(dòng)軸承的4大件中，僅部分件由碳石墨制成，其余件仍由現(xiàn)行滾動(dòng)軸承材料制成。
2.如權(quán)利要求1所述的全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承，其特征在于，當(dāng)外圈用碳石墨制成，而且滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)填球角大于180度時(shí)，在外圈或/和內(nèi)圈擋邊上設(shè)置填球缺口， 缺口尺寸以滿足不使外圈發(fā)生變形就能將滾珠從此推入軸承滾道為準(zhǔn)。
3.如權(quán)利要求1所述的全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承，其特征在于，當(dāng)外圈用碳石墨制成的狀態(tài)，其外徑比現(xiàn)行軸承外徑略小，以便與殼體孔形成較小過盈至間隙配合；當(dāng)內(nèi)圈用碳石墨制成的狀態(tài)，其內(nèi)徑比現(xiàn)行軸承內(nèi)徑略大，以便與支撐軸形成較小過盈至間隙配I=I O
4.如權(quán)利要求1或3所述的全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承，其特征在于，當(dāng)外圈用碳石墨制成的狀態(tài)下，在外圈外徑表面加工防滑溝槽，采用熱澆注法在防滑溝槽中植入防滑環(huán)，防滑環(huán)外徑略大于外圈外徑并與殼體孔形成過盈配合；當(dāng)內(nèi)圈用碳石墨制成的狀態(tài)下，在內(nèi)圈內(nèi)徑表面加工防滑溝槽，采用熱澆注法在防滑溝槽中植入防滑環(huán)，防滑環(huán)內(nèi)徑略小于支撐軸的軸徑并與支撐軸形成過盈配合。
5.如權(quán)利要求1所述的全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承，其特征在于，若保持器用碳石墨制成，保持器呈冠形，冠形的平底端設(shè)置在軸承的一側(cè)，而冠形的開口端從軸承一側(cè)沿軸向插設(shè)入外圈滾道和內(nèi)圈滾道之間，并且，軸承上帶有對(duì)碳石墨保持器具有軸向限位功能的防塵蓋和/或卡環(huán)和/或擋板。
6.如權(quán)利要求1所述的全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承，其特征在于，其徑向游隙小于等于現(xiàn)行軸承鋼制滾動(dòng)軸承。
7.如權(quán)利要求1所述的全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承，其特征在于，全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承制作成無油軸承。
8.如權(quán)利要求1所述的全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承，其特征在于，碳石墨包括至少其中一種材質(zhì)碳質(zhì)材料、石墨質(zhì)材料、碳石墨質(zhì)材料、碳化硅一石墨復(fù)合材料、機(jī)械用碳材料、電化石墨材料，以及這些材料經(jīng)過各種樹脂浸漬、鹽浸漬、金屬浸漬之后的改性材料。
9.如權(quán)利要求1所述的全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承，其特征在于，對(duì)碳石墨外圈、 碳石墨內(nèi)圈、碳石墨保持器，采用熱壓或粘接的方式加裝金屬外套對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)。
10.一種全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承的制作方法，其特征在于，包括(一)至少包括碳石墨外圈制作過程、碳石墨內(nèi)圈制作過程、碳石墨滾動(dòng)體制作過程和碳石墨保持器制作過程的其中一過程，其中碳石墨外圈制作提供一碳石墨管，管子的外徑大于外圈的設(shè)計(jì)外徑，管子的內(nèi)徑小于外圈的設(shè)計(jì)內(nèi)徑，管子的寬度大于外圈的設(shè)計(jì)寬度；沿橫截面切割一碳石墨管，得到若干碳石墨環(huán)，環(huán)的寬度大于外圈的設(shè)計(jì)寬度；對(duì)碳石墨環(huán)進(jìn)行加工至其外徑、內(nèi)徑和寬度分別等于外圈的設(shè)計(jì)外徑、設(shè)計(jì)內(nèi)徑和設(shè)計(jì)寬度；在碳石墨環(huán)上加工出外圈滾道，進(jìn)行倒角、去除毛刺在內(nèi)的精整加工，后制成碳石墨外圈；碳石墨內(nèi)圈制作提供一碳石墨管，管子的外徑大于內(nèi)圈的設(shè)計(jì)外徑，管子的內(nèi)徑小于內(nèi)圈的設(shè)計(jì)內(nèi)徑，管子的寬度大于內(nèi)圈的設(shè)計(jì)寬度；沿橫截面切割一碳石墨管，得到若干碳石墨環(huán)，環(huán)的寬度大于內(nèi)圈的設(shè)計(jì)寬度；對(duì)碳石墨環(huán)進(jìn)行加工至其外徑、內(nèi)徑和寬度分別等于內(nèi)圈的設(shè)計(jì)外徑、設(shè)計(jì)內(nèi)徑和設(shè)計(jì)寬度；在碳石墨環(huán)上加工出內(nèi)圈滾道，進(jìn)行倒角、去除毛刺在內(nèi)的精整加工，后制成碳石墨內(nèi)圈；碳石墨滾動(dòng)體制作提供一與最終滾動(dòng)體形狀相近的實(shí)心碳石墨滾動(dòng)體毛坯，采用包括切削、研磨在內(nèi)的機(jī)械加工方式進(jìn)行加工，直至形狀、尺寸和精度達(dá)到設(shè)計(jì)滾動(dòng)體的要求，制成碳石墨滾動(dòng)體；碳石墨保持器制作提供一碳石墨管，管子的外徑大于保持器的設(shè)計(jì)外徑，管子的內(nèi)徑小于保持器的設(shè)計(jì)內(nèi)徑，管子的寬度大于保持器的設(shè)計(jì)寬度；沿橫截面切割一碳石墨管，得到若干碳石墨環(huán)，環(huán)的寬度大于保持器的設(shè)計(jì)寬度；對(duì)碳石墨環(huán)進(jìn)行加工至其外徑、內(nèi)徑和寬度分別等于保持器的設(shè)計(jì)外徑、設(shè)計(jì)內(nèi)徑和設(shè)計(jì)寬度；在碳石墨環(huán)上加工出兜孔，兜孔沿保持器軸向切面形狀為直口型或外敞口型，敞口角度不超過60度；進(jìn)行倒角、去除毛刺在內(nèi)的精整加工，制成碳石墨整體保持器；若外圈用碳石墨制成，在外圈和/或內(nèi)圈上設(shè)置用以填入滾珠的填球缺口，其尺寸大小應(yīng)保證不使外圈受力就能將所有滾珠全部從缺口處填入外圈滾道和內(nèi)圈滾道之間；(二)預(yù)先在外圈和內(nèi)圈之間放置滾動(dòng)體，并利用缺口放置最后一顆或最后兩顆滾動(dòng)體，完成外圈、內(nèi)圈和滾動(dòng)體的合套；(三)插入或鉚合軸承保持器，保持器將所有滾動(dòng)體均勻分開；(四)設(shè)置密封圈、防塵蓋、擋圈、卡環(huán)在內(nèi)的輔助部件，制成完整全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承。
11.如權(quán)利要求10所述的一種全碳石墨/混合碳石墨滾動(dòng)軸承的制作方法，其特征在于，還包括當(dāng)軸承外圈和/或內(nèi)圈由碳石墨制成時(shí)，在軸承外圈外徑表面和/或內(nèi)圈內(nèi)徑表面加工防滑槽，并依靠熱澆注植入彈性防滑環(huán)；當(dāng)軸承外圈和/或內(nèi)圈和/或保持器由碳石墨制成時(shí)，可以采用熱壓或粘接的方式加裝金屬外套對(duì)其進(jìn)行增強(qiáng)。
全文摘要
一種全碳石墨滾動(dòng)軸承和混合碳石墨滾動(dòng)軸承，包括軸承外圈、內(nèi)圈、嵌入外圈滾道和內(nèi)圈滾道之間的滾動(dòng)體和將滾動(dòng)體沿圓周方向均勻分隔的保持器。本發(fā)明采用耐高溫、耐低溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度、自潤(rùn)滑性能和機(jī)械加工性能均良好的碳石墨制作滾動(dòng)軸承的4大件—外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體和保持器，并根據(jù)碳石墨材料相對(duì)于軸承鋼的特殊物理和力學(xué)性能對(duì)軸承設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的調(diào)整。當(dāng)滾動(dòng)軸承的4大件全部由碳石墨制造時(shí)，為全碳石墨滾動(dòng)軸承；當(dāng)4大件中的1~3件由碳石墨制造時(shí)，為混合碳石墨滾動(dòng)軸承。本發(fā)明極大地提高了軸承在高溫、低溫、酸堿腐蝕和流體潤(rùn)滑困難工況下的運(yùn)行可靠度和服役壽命，是一個(gè)非常有工程應(yīng)用價(jià)值的發(fā)明。
文檔編號(hào)F16C33/32GK102384159SQ20111019278
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者趙聯(lián)春, 陳淑英 申請(qǐng)人:上海斐賽軸承科技有限公司