塑料在滚动轴承中的应用

滚动轴承是机械传动中不可缺少 的重要零件，它在提高传动效率、降 低能耗方面起着不可替代的作用。
在现代滚动轴承技术发展过程 中，为提高轴承的承载能力，应对其 进行优化设计，以降低传动噪音、减 少振动，改善轴承润滑系统。采用新 材料新技术，可以简化加工工序，提 高生产效率，降低产品成本，扩大产 品用途。塑料，特别是工程塑料以及 特种工程塑料已日益显示出它们在轴 承行业所具有的优越性。
２５％ ～３０％ 。 随 着 工 程 塑 料 改 性 技 术
的发展和新材料的出现，塑料在轴承
保持架中的应用将会进一步扩大。
１．２ 塑料在滚动轴承中应用的进一
步拓展
塑料在轴承保持架中的广泛应
用，己凸显了塑料对于滚动轴承的优
越性。现代科技的发展、塑料新材料
的成功开发及应用范围的延伸，为塑
料在滚动轴承中的应用进一步拓展了
专 较弱酸碱交变环境（通过 ３０％ＣｕＣｌ２ 溶 液和 ３０％ＮａＯＨ 溶液测试），如大多
论 数酸 ／ 碱 ／ 盐 ／ 溶剂 ／ 油 ／ 气体及
海水腐蚀环境。
REVIEW & FEATURE
内 、 外 圈 采 用 ＰＥＥＫ／ＣＦ、
ＰＥＥＫ／ＧＦ、ＰＩ、ＰＰＳ 等 材料 的 轴 承
也有成功使用案例。
以 ＰＯＭ 或 ＰＥＥＫ 为内、外圈，
中的应用提供了有力的技术支撑
在国外，塑料轴承发展很快，应
用范围也较广泛，这首先得益于塑
料科技的发展。据报导，美国
ＴＩＭＫＥＮ 轴承公司研发了一种先进
的轴承材料，这是继 ＮＳＫ 轴承公司
开发塑料轴承材料和 ＳＫＦ 轴承公司
研发高性能的汽车塑料轴承保持架之
后又一个新发展 。日本精工在 ２００５
年通过优化 ＰＡ 原材料分子量 、ＧＦ
前苏联采用塑料保持架的轴承有 ０、２、３、４、６、７、９ 类轴承以及直 线运动轴承、关节轴承衬套等。
应用塑料保持架最为突出的是德
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
国。ＳＫＦ 公司在上世纪八十年代，己 有 ７０％园柱滚子轴承和 ８０％的新一代 园柱滚子轴承都采用了塑料保持架； ＦＡＧ 轴承公司在它为每辆汽车提供 的 ５０ 多套轴承中绝大多数采用了塑 料保持架，“Ｅ”型对称球面滚子轴 承 （Ｄ ≤３２０ｍｍ）１００％ 采 用 ＰＡ６６／ＧＦ 保持架，滚子加长，数量增多，从而 使轴承承载能力提高了 ７％～３７％，使 用温度扩大到了 －６０－＋１２０℃。ＳＫＦ 公司在有高速、高温，化学侵蚀要 求 的 场 合 ， 已 广 泛 使 用 ＰＥＥＫ／ＧＦ 轴承。
Abstract: Application and development of plastics used in roll bearing were intro－ duced in this paper. It was essential to improve frication property of plastics in or－ der to expand its usage. Plastics should be selected according to critical PV value and working condition for a better lubrication effect, less energy consumption and waste emission. This article also suggests to further expand the application of plas－ tics in roll bearing according to specific technology and economic conditions. Key words: plastics; bearing ; application
第二 次 世界 大 战后 ， 瑞 典 ＳＫＦ 轴 承 公 司 用 ＰＡ６６ 成 功 制 作 了 “ ０” 类轴承塑料保持架，到上世纪五十年 代， 世界各国开始逐步应用。美国 铁姆肯轴承公司在上世纪七十代对汽 车前轮主轴园锥轴承采用 ＰＡ６６ 保持 架进行了系统的试验和研究，行车试 验 １６ 万公里以上，尼龙保持架良好 无损，证明了其性能、寿命优于钢保 持架。
保持架为 ＰＡ６６、ＰＡ６６／ＧＦ 或 ＰＥＥＫ ■ 的塑料轴承，其精度和公差比一般的
塑料轴承高很多，适用于精密机械、
特殊工况和转速要求较高的场合。
１．２．３ 滚动体
目前滚动体材料基本上以不锈钢
为主，以陶瓷、玻璃加工而成的滚动
体也有采用。近年来又出现了用
ＰＥＥＫ、ＰＩ 制造的滚动体。
１．３ 塑料科技的发展，为其在轴承
空间。
１．２．１ 轴承保持架
轴承 保 持 架 用 塑 料 己 从 ＰＡ６６／
ＧＦ，逐渐扩大到 ＰＴＦＥ、ＰＴＦＥ／ＧＦ、
ＰＥＩ、ＰＶＤＦ、ＰＥＥＫ／ＧＦ、ＰＥＥＫ／ＣＦ、
ＰＰＳ、ＰＩ、ＵＨＭＷＰＥ 等材料，以适应
不同的工况要求。如 ＰＴＦＥ 和 ＰＶＤＦ
主要用于有耐腐蚀要求的工况条
件 ； ＵＨＭＷＰＥ 有 较 好 的 强 度 、 低
仍具有优良的运行性能，因此轴承即
使是连续工作也不会有卡死和二次损
伤的风险。
塑料保持架可在相同外形尺寸和
截面条件下容纳数量更多尺寸更大的
滚动体，从而提高轴承的承载能力，
另外在存贮润滑剂改善润滑条件、减
少振动、自调适应性和节约材料提高
生产效率方面都具有明显的优越性。
目前塑料保持架的主要用材是玻璃纤
维增强尼龙 ６６，其中玻璃纤维含量
塑料比重小，耐磨损，耐腐蚀， 耐辐射，韧性好，抗震，能嵌埋固体 异物，并能根据设计和使用要求进行 有针对性的改性以提高其相应的性 能，加工方便，可直接注塑成型复杂 的结构，提高了设计的灵活性和自由 度，这一切都为塑料在滚动轴承中的 应用提供了技术和经济上的可行性。
１ 塑料在滚动轴承中的应 用概况
自 １９３０ 年以热固性树脂制成的 轴承首次面市以来，在轴承领域里各 种聚合物和以聚合物为主的各种混合 物的应用随后不断增加，应用范围也 在日益扩大。 １．１ 首先在轴承保持架上获得应用
直径以及与 ＧＦ 的混合比例等，将材
料的刚性和拉伸强度分别提高了 ７０％
和 ４５％，从而提高了材料的承载能力
和抗蠕变性能，这对于提高轴承的性 能提供了有力的技术支撑。
在国内，原材料的生产尤其是轴 承专用塑料品种的研发和生产起步较 晚，与国外有较大的差距。我国的工 程塑料及特种工程塑料不少品种还主 要依靠进口，某些材料国外还以“战 略物资”的名义对我国实行封锁，这 在一定程度上制约了我国塑料轴承的 发展。
热膨胀系数的大小与制品精度密 切相关。一般情况下热膨胀系数降低 会使材料的成型收缩率减小，制品精 度提高，因此为减小塑料轴承的游隙 值，提高配合精度，必须降低材料的 热膨胀系数。另外需注意的是对纤维 增强塑料而言，由于纤维在流动方向 的取向，使流动方向上的热膨胀系数 要大于垂直方向，从而产生各向异 性，使制品挠曲，尺寸稳定性变差。 ２．２ 相对运动的零件要有较高的刚 性和一定的硬度差
为玻璃、不锈钢或陶瓷（主要是氧化
锆 （ＺｒＯ２）、 氮 化 硅 （Ｓｉ３Ｎ４）、 碳 化 硅 （ＳｉＮ））。此种轴承在碱性环境下表现
良好，但不适于在酸性腐蚀环境下
运行。
２００8 年 ２６ 卷 第 ９ 期－
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专论 塑料在滚动轴承中的应用
综
内 、 外 圈 用 ＨＤＰＥ、 ＰＰ 或
述 ＵＨＭＷＰＥ，保持架采用 ＨＤＰＥ、ＰＰ 或 ＵＨＭＷＰＥ 的轴 承 ， 可 用 于 相 对
２ 塑料在轴承中应用应注 意的问题
与金属相比塑料具有一些独特特 点，使其在轴承中获得了广泛的应 用，但塑料一些固有的特性也使其在 轴承中应用时不得不要给予充分的考 虑，如强度相对较低、硬度较差、导 热系数低、导热性差、热变形温度 低，热膨胀系数比金属大得多，有的 塑料耐酸碱性能相对较差，还有高温 蠕变，某些塑料耐油性差等问题，下 面就有关问题提出我们的看法。 ２．１ 配合精度
能提高材料刚性的措施都有提高硬度 的效果。
金属轴承其内、外圈与滚动体， 滚动体与保持架的材质之间均有一定 的硬度差。对塑料轴承来说，也有同 样的要求。
塑料的硬度与刚性密切关联。凡
表 １ 部分材料的热膨胀系数（１／℃） 材料 ＰＰ
ＰＰ／ＧＦ（３０％） ＰＰ／ＣａＣＯ３（３３％）
ＰＡ６６ ＰＡ６６／ＧＦ（３０％） ＰＥＥＫ ４５０Ｇ
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在 ＧＢ 和 ＩＳＯ 标准中规定了轴承 的精度等级，除普通精度 Ｐ０ 级外， 还 有 Ｐ６、 Ｐ５、 Ｐ４ 级 ， 精 度 依 次 提 高，这一标准只适用于钢轴承和陶瓷 轴承而不适用于塑料轴承。塑料轴承 的精度与上两类轴承相比相对较低。
游隙值的设定和控制是决定轴承 精度非常重要的指标。滚动轴承运转 中的内部游隙值的大小，对疲劳寿
我国应用塑料保持架起步于上世 纪六十年代中期，合肥轴承厂和洛阳 轴承研究所率先成功研制了 ３０８ 轴承 的 ＰＡ１０１０ 保持架，其他型号轴承的 塑料保持架也随后试制成功，后因技 术、原材料等原因，该工作一度陷入 低谷。上世纪八十年代，在国外各类 轴承结构的塑料保持架都在兴起并广 泛应用的影响下，国内也有不少单位 慎重开展了塑料保持架的研究开发和 应用工作，并在军品轴承和一些专用 轴承中获得较好的应用。另外在电机 轴承、轧机轴承、冷冻机轴承、直线 运动轴承，重大型轴承等领域，塑料 保持架也逐步得到应用。
同样，使用塑料轴承时其径向 配合间隙比金属轴承要大。例如对 碳 纤 维 填 充 的 ＰＴＦＥ 而 言 ， 通 常 取 轴承内径间隙为（０． ００６－０． ０１５）Ｄ，Ｄ 为 轴 径 （ｍｍ）。 一 般 情 况 下 ， 总 径 向 间隙 不 得小 于 ０． １ｍｍ（当 Ｄ＜１０ｍｍ 时，其间隙值可小于 ０． １ｍｍ），这样 可避免轴承因材料膨胀而抱死。
热膨胀系数 （１０－ １１）＊１０－５
３． ２＊１０－５ ４． ２＊１０－５
８＊１０－５ ２． ２＊１０－５ ４． ７×１０－５
材料 ＰＥＥＫ ４５０ＣＡ（ＣＦ３０％）
ＧＦ（Ｅ） ＣＦ（ＰＡＮ 系）
钢 铝 滑石粉
热膨胀系数 １． ５＊１０－５ ０． ５＊１０－５
（０． ３－０． ５）＊１０－５ １． ２＊１０－５ ２． ４＊１０－５ ０． ８＊１０－５
保持架是滚动轴承中的重要零 件，它不但要受到摩擦力、张力和惯 性力等机械应力的作用，而且还要受 某些润滑剂、润滑添加剂或其老化产 物、有机溶剂或冷却剂产生的化学作 用，它们的影响程度还可能受到诸如 高温、冲击、振动、辐射等因素及各 种因素组合的影响。
保持架材料的性能和运行的可靠 性是保证轴承正常工作的关键因素。 高分子材料保持架能实现强度和弹性 的完美结合，它在润滑的钢材表面有 良好的滑动性能和极低的摩擦力，从 而使轴承的磨损和发热保持在最低的 水平。低密度材料的惯性低，即使在 缺乏润滑剂的条件下，塑料保持架也
命、振动噪音、温升等轴承性能影响 很大。所谓游隙值是指轴承内圈 （或 外圈） 一方固定，将另一方的套圈上 下或左右方向移动的移动量。对钢轴 承和陶瓷轴承的游隙值国家有相关规 定，但对内、外圈或内、外圈、滚动 体全部是塑料制造的该规定不适用， 这可能是因为塑料的热性能较差，使 游隙值较大因而难以控制的原因。
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专论 塑料在滚动轴承中的应用
综 述 专 论
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REVIEW & FEATURE
塑料在滚动轴承中的应用
Plastics in roll bearing
■ 包建成 丁常楷
36 Ｗｏｒｌｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ -２００8 Ｖｏｌ．２6 Ｎｏ．9
摘要：介绍了塑料在滚动轴承中的应用和发展，提出为扩大产品用途，改善材 料摩擦磨耗性能的必要性。论述了如何根据 ＰＶ 值和使用工况条件合理选择轴 承用塑料，改善润滑条件，搞好节能减排，并建议根据技术性和经济性进一步 推广塑料在轴承中的应用。 关键词： 塑料；轴承；应用
的 摩 擦 性 以 及 低 温 应 用 特 性（最低可
至 －１５０℃ ）， ＰＥＥＫ／ＧＦ 或 ＣＦ 主 要
用于耐高温、耐辐射、低摩擦等工况
条件。
１．２．２ 内、外圈
内、外圈已出现用塑料制造的
实例，且种类较多，用途各异。例
如：内、外圈用 ＰＯＭ 或 ＰＡ，保持
架采用 ＰＡ６６／ＧＦ （ｗｔ２５％），滚动体