高可靠性陶瓷轴承技术研究进展_王黎钦
陶瓷轴承电主轴的模态分析及其动态性能实验
5 000 N 5 000 N 490 m·s - 2
北京东方振动和噪声技术研究所 北京东方振动和噪声技术研究所
朗斯测试技术有限公司 朗斯测试技术有限公司 朗斯测试技术有限公司
图 6 冲击力和加速度的时域响应
图 7 电主轴振动信号的频谱
第 24 卷
张 珂等 :陶瓷轴承电主轴的模态分析及其动态性能实验
2008年5月 第 24 卷 第 3 期
沈阳建筑大学学报 (自然科学版) Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science)
文章编号 :1671 - 2021 (2008) 03 - 0490 - 04
May 2 0 0 8 Vol 124 , No13
笔者采用有限元分析软件 Ansys 对实验室 2 GDZ - Ⅰ型陶瓷电主轴进行模态分析 ,检验其设 计的合理性 ,为谐响应分析奠定基础.
1 陶瓷球轴承电主轴
陶瓷球轴承电主轴是用陶瓷球轴承做主轴支 撑组装的高速电主轴. 陶瓷材料有许多种 ,其成 分 、显微组织和性能各不相同. 业已证明 ,用于轴 承的氮化硅材料具有最好的物理 、机械综合性能.
收稿日期 :2007 - 10 - 31 基金项目 :教育部新世纪优秀人才支持计划项目 ( NCET - 06 - 0297) ;辽宁省优秀人才支持计划项目 (2006R043) ; 沈阳建筑大学省重点实验开放基金项目 (2007 - J X - 02) 、(2006 - J X - 01) 作者简介 :张珂 (1969 —) ,男 ,教授 ,博士 ,主要从事精密加工 、机电一体化研究.
实验室电主轴采用混合陶瓷球轴承做主轴支 撑 ,即用氮化硅材料 ( Si3N4) 做成陶瓷球做滚珠 , 轴承内外套圈仍为钢套圈. 虽然只是把钢球变成 了氮化硅球 ,但由于对沟道的几何尺寸作了改进 , 这种轴承在减小了离心力的同时 ,也减小了滚珠 与滚道间的摩擦力 ,从而获得较低的温升及较好 的高速性能[7 ] .
国内外陶瓷球轴承的应用及市场分析
国内外陶瓷球轴承的应用及市场分析陶瓷球轴承是一种采用陶瓷材料制造的轴承，具有许多优点，如耐磨、耐腐蚀、耐高温等。
它在国内外的应用及市场上都有很大的潜力。
国内市场方面，陶瓷球轴承的应用主要集中在机械制造、电子产品、汽车工业和航空航天等领域。
随着国家对制造业的发展重视，国内陶瓷轴承市场逐渐扩大。
特别是在高速、高精度、高温等要求较严苛的领域，陶瓷球轴承的应用得到了广泛推广。
例如，在机床行业，陶瓷球轴承可以用于高速切削机床的主轴系统，提高加工精度和稳定性；在汽车制造业，陶瓷球轴承能够承受高温和高转速条件下的使用，提高发动机性能和燃料效率。
在国际市场方面，陶瓷球轴承在许多发达国家已经有广泛的应用。
主要集中在汽车、航空航天、能源、半导体等行业。
以日本为例，陶瓷轴承市场规模庞大且成熟，已经成为全球重要的陶瓷轴承生产和出口基地。
此外，欧美市场对于陶瓷轴承的需求也在逐年增加，尤其是在高端机械设备和精密仪器行业。
尽管陶瓷球轴承在国内外市场上都有很大的应用潜力，但也存在一些限制因素。
首先，陶瓷轴承的制造工艺复杂，生产成本相对较高，这使得产品的价格相对较高，限制了其在大规模市场的普及。
其次，陶瓷材料的脆性使得陶瓷球轴承在承受冲击和振动时容易破裂，这对其在一些高负载、高冲击力的工作条件下的应用形成了一定的限制。
总的来说，陶瓷球轴承在国内外的应用前景广阔。
随着技术的进步和制造工艺的改善，陶瓷材料的性能将得到提升，并解决一些在制造过程中遇到的问题，从而为陶瓷轴承的市场拓展提供更多机会。
此外，随着节能环保意识的增强，对于耐磨、耐腐蚀性能更好的陶瓷球轴承的需求也将增加。
陶瓷球轴承是一种采用陶瓷材料制造的轴承，在国内外的应用及市场上都有很大的潜力。
陶瓷材料的耐磨、耐腐蚀、耐高温等特性，使得陶瓷球轴承在各个领域都有广泛的应用前景。
下面将详细探讨其在国内外市场的应用及市场分析。
首先，我们来看国内市场。
陶瓷球轴承在国内市场的应用主要集中在机械制造、电子产品、汽车工业和航空航天等领域。
陶瓷轴承中国市场可行性分析 精选1篇
陶瓷轴承中国市场可行性分析摘要：随着全球经济的发展和科技的进步，陶瓷轴承作为一种高性能、高速度、低摩擦系数的新型材料，在各个领域得到了广泛的应用。
本文将对中国陶瓷轴承市场的现状、发展趋势、市场规模、竞争格局等方面进行分析，以期为相关企业和投资者提供有价值的参考信息。
一、引言陶瓷轴承是一种采用陶瓷材料作为基本材料，通过特殊的制造工艺和设计结构，具有高硬度、高耐磨性、低摩擦系数、抗腐蚀性能优良等特点的轴承。
由于其优异的性能，陶瓷轴承在航空、航天、汽车、电子、化工等领域得到了广泛的应用。
近年来，随着中国制造业的快速发展，陶瓷轴承市场需求逐渐增加，市场前景广阔。
二、中国陶瓷轴承市场现状及发展趋势1. 市场需求增长迅速随着中国经济的持续发展，各行业对高性能、高精度、高可靠性的产品需求不断增加，这为陶瓷轴承市场提供了广阔的发展空间。
特别是在新能源、高速铁路、城市轨道交通等新兴产业的快速发展，对陶瓷轴承的需求更为迫切。
此外，随着中国制造业的整体技术水平不断提高，对进口高端产品的替代需求也在逐步增加，这为国内陶瓷轴承企业提供了良好的市场机遇。
2. 行业集中度提高虽然中国陶瓷轴承市场规模逐年扩大，但行业集中度相对较低。
目前，市场上主要的陶瓷轴承生产企业包括国内外知名企业，如SKF、NSK、FAG等。
这些企业在技术研发、生产能力、市场份额等方面具有较强的竞争力。
然而，随着市场竞争的加剧，一些中小企业在技术研发、品质控制等方面的优势逐渐显现，有望在未来市场竞争中脱颖而出。
3. 产品创新和技术升级加速为了满足市场的不断变化和客户的需求，陶瓷轴承企业纷纷加大研发投入，推动产品创新和技术升级。
目前，陶瓷轴承产品已经从单一的滚动体发展到滚珠、滚柱等多种形式，产品性能也得到了显著提升。
此外，部分企业已经开始研发高温、低温、超高速等特殊性能的陶瓷轴承，以满足不同领域的需求。
三、中国陶瓷轴承市场规模及竞争格局1. 市场规模根据相关数据显示，2019年中国陶瓷轴承市场规模达到了约50亿元人民币，预计到2025年将达到约100亿元人民币。
陶瓷轴承在高速机床中的应用研究
于实 现 专业 化 、 系列 化 生 产 。
１１ 高 速机 床 概述 ． 高 速机 床 一般 都 是 数 控机 床 和 精密 机 床 ， 缩 短 加工 它 时 的切 削 与 非切 削 时 间 ，对 于 复 杂外 形 和难 加 工 材 料 及
高 硬 度 材 料 减 少 加 工 工 序 ，最 大 限 度 地 实 质量 ， 高 了劳 动 生 产 率 和 实 现 经 济 性 ， 提 高速 机 床
应 具备 如 下 条 件 。 （ ） 电一 体 化 的主 轴 ， 电 主轴 。现 代 化 的主 轴 是 １机 即
轴
电机 与 主 轴有 机 地 结 合 成 一 体 ，采 用 电子 传 感 器 来 控 制 温度 ， 自有 的水 冷 或 油 冷 循 环 系 统 ， 得 主轴 在 高速 下成 使
为 “ 温 ” 由于 采 用 了机 电 一 体 化 的 主 轴 ， 去 了皮 带 恒 。 减
轮 、 轮 箱 等 中 间环 节 ， 主轴 转 速就 可 以轻 而 易举 地达 齿 其
到 ０ ４ ０ ０／ ｉ ， 至 更 高 。 ～ ２０ ｒ ｎ 甚 ｍ
图 １ 高速 电主 轴 单元 的 系 统组 成
铜 制 轴 承 失效 的 主 要 形 式是 疲 劳剥 落 ， 疲 劳寿 命 短 ， 陶瓷 轴 承 （ ｉＮ４ 具有 低 密度 、 抗 而 Ｓ ３ ） 中等 弹性 模 量 、 热膨 胀 系数 小 、 度 高、 高温 、 腐蚀 、 硬 耐 耐 无磁 等 优 点 ， 显 著提 高轴 承接 触 疲 劳 寿命 ， 更 适 用 于 高速 。现就 陶瓷 轴承 可 且 在 高速机 床 中的应 用 问题作 一 些探 讨 。
（ ） 床普遍 采用了线性 的滚动导轨 ， 移动 速度 、 ２机 其 摩 擦 阻 力 、 态 响 应 ， 至 阻 尼 效 果 都 发 生 了质 的 改 变 。 动 甚 其 特 有 的 双 Ｖ 型 结 构 ，大 大 提 高 了 机 床 的 抗 扭 能 力 ； 同 时， 由于 磨 损 近乎 为零 ， 轨 的 精 度 寿命 较 之 过去 提 高几 导 倍 。 又 因为 配合 使 用 了数 字伺 服 驱 动 电机 ，其进 给 和快
氮化硅陶瓷球加工缺陷分析与无损检测技术研究
氮化硅陶瓷球加工缺陷分析与无损检测技术研究杨铁滨,王黎钦,古乐,郑德志(哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001) 摘要:氮化硅陶瓷轴承球具有优良的综合机械性能,在航空、航天等领域有广泛的应用前景。
然而在陶瓷球加工的各个阶段都能产生表面缺陷,处于表面和次表面的加工缺陷能显著降低陶瓷球的疲劳寿命。
本文综述了陶瓷球的加工方法、加工缺陷的形成与扩展及其无损检测技术的研究进展。
制造高强度结构陶瓷的关键是避免材料制备过程中形成的缺陷,球坯材料的显微结构、材料缺陷和机械加工工艺参数对成品球的质量有显著影响。
国内外采用射线检测、超声波检测、渗透检测、激光散射等多种方法进行陶瓷球表面缺陷检测研究。
由于陶瓷球表面缺陷具有多样性且球表面不可展开,至今还没有完善的无损检测方法。
关键词:机械学;陶瓷轴承球;氮化硅;表面缺陷;材料加工;无损检测 中图分类号:TH133133文献标志码:A 文章编号:100021093(2007)0320353205Processing Defect Analysis and Nondestructive EvaluationT echnology for Si 3N 4Bearing B allYAN G Tie 2bin ,WAN G Li 2qin ,GU Le ,ZHEN G De 2zhi(School of Mechatronics Engineering ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001,Heilongjiang ,China )Abstract :Silicon nitride bearing balls with superior mechanical properties have great future in aerospace and super precision bearing applications.But surface defects on ceramic bearing balls can be brought at any manufacturing stage.Surface and subsurface defects significantly reduce the rolling con 2tact fatigue lifetime.Initiation ,propagation and nondestructive evaluation (NDE )of defects in the manufacturing procedures are reviewed.The key to successful processing of high strength ceramics is to avoid producing related defects.Many investigations show that material microstructures and de 2fects ,as well as mechanical processing parameters integrally influence the final surface quality.Many NDE technologies such as radiation ,ultrasonic ,dye 2penetration and laser scatter have been studied for ceramic bearing balls surface inspection around the world.The difficulties to develop NDE system for ceramic bearing balls caused by the variety of defects and surface unfolding mechanism design have not been solved yet.Key words :mechanics ;ceramic bearing ball ;silicon nitride ;surface defect ;material processing ;NDE 收稿日期:2006-02-13基金项目:国家自然科学基金资助项目(50275031) 致密而匀质的氮化硅陶瓷具有良好的抗滚动接触疲劳特性,受到了轴承设计者的亲睐,在武器装备、国防领域的应用越来越广[1-2]。
陶瓷轴承的用途
陶瓷轴承的用途
陶瓷轴承是一种新型的轴承材料，它具有高强度、耐磨、耐腐蚀、抗高温等优良特性，被广泛应用于航空、航天、机械制造、化工、电子等领域。
下面将从几个方面介绍陶瓷轴承的用途。
一、航空航天领域
陶瓷轴承被广泛应用于航空航天领域，其中最主要的用途是用于飞机、火箭、卫星等航天器的发动机、涡轮机、舵机、螺旋桨等高速旋转部件。
相比传统金属轴承，陶瓷轴承具有更高的强度和更好的耐磨性，能够承受更高的转速和更大的载荷，也更加耐腐蚀。
因此，陶瓷轴承在航空航天领域的应用越来越广泛。
二、机械制造领域
陶瓷轴承在机械制造领域的应用也非常广泛。
例如，在高速机床、高速电机、高速液压泵等设备中，陶瓷轴承可以有效地减少噪音、提高转速和寿命。
此外，在一些特殊的机械设备中，如高温炉、真空炉、高纯度煅烧炉等，陶瓷轴承具有更好的耐高温性能和更强的抗腐蚀能力，可以保证机器设备的正常运转。
三、化工领域
化工领域的设备多数需要承受腐蚀性气体或液体的侵蚀，传统金属轴承难以满足要求。
而陶瓷轴承具有优异的耐腐蚀性能，可以在强
酸、强碱、盐水等恶劣环境下稳定运行。
因此，陶瓷轴承在化工设备中的应用非常广泛，如在化工泵、酸洗机等设备中广泛应用。
四、电子领域
在电子领域中，陶瓷轴承也有着广泛的应用。
例如，在高速硬盘马达、精密电机、高速风扇等电子设备中，陶瓷轴承可以减少摩擦损失，提高转速和寿命，使得设备更加稳定可靠。
陶瓷轴承具有许多优良特性，因此在航空航天、机械制造、化工、电子等领域都有着广泛的应用。
随着人们对材料性能要求的不断提高，陶瓷轴承的应用前景将会更加广阔。
陶瓷轴承
新型陶瓷轴承的研究陈勇（山东轻工业学院材料科学与工程学院山东济南250300）摘要：近几年来，随着社会进步和科学技术的高速发展，轴承的使用环境和条件越来越多样化，对轴承的结构、材质和性能的要求也越来越高，一些高科技领域和某些特殊环境下工作的机械，如航空航天、核能、冶金、化工、石油、仪器、机械、电子、纺织、制药等工业，需要在高温、高速、高精度、真空、无磁性、无油润滑、强酸、强碱等特殊环境下工作。
这些新的要求仅仅依靠对传统的金属轴承改进结构或改善润滑条件已经远远不能满足，必须开发新型材料，从根本上进行突破和创新。
国内外研究发现某些陶瓷材料具有优异的性能，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷的工作环境，并且又具有轴承材料所要求的全部重要特性，因此将陶瓷材料应用于轴承制造，已成为世界高新技术开发与应用的热点，成为机械工作材料技术革命的标志。
关键词：陶瓷；轴承；氧化锆；耐磨；引言：研究陶瓷轴承，使越来越多的人认识和了解陶瓷轴承的优越性，并使用它。
随着加工技术的不断进步，工艺水平的日益提高，陶瓷轴承的成本不断下降，已经从过去只在一些高、精、尖领域小范围内应用，逐步推广到国民经济各个工业领域，产品市场价格也逐渐接近实用化，达到用户可接受的程度，陶瓷轴承大面积应用的浪潮已经涌来！1、简介陶瓷轴承作为一种重要的机械基础件，由于其具有金属轴承所无法比拟的优良性能，抗高温、超强度等在新材料世界独领风骚。
近十多年来，在国计民生的各个领域中得到了日益广泛的应用。
航空航天、航海、核工业、石油、化工、轻纺工业、机械、冶金、电力、食品、机车、地铁、高速机床及科研国防军事技术等领域需要在高温、高速、深冷、易燃、易爆、强腐蚀、真空、电绝缘、无磁、干摩擦等特殊工况下工作，陶瓷轴承不可或缺的替代作用正在被人们逐渐地认识。
2、主要特性2.1、高速陶瓷材料的重量仅为同等钢材重量的４０％，密度小这一特点，可实现轴承的轻量化和高速化，使得陶瓷轴承在高速旋转时能够抑制因离心力作用引起的滚动体载荷的增加和打滑，陶瓷轴承的转速是钢制轴承的１．３～１．５倍，其ＤＮ值可达３００万，例如角接触球轴承，由于具有一定的接触角，其滚动体与滚道面之间会产生旋转滑动，当采用密度小的陶瓷滚动体时，不仅旋转滑动小，而且对轴承发热和表面损伤均起到有益的作用，对于航空航天飞行器也是非常有益的。
全陶瓷球轴承高性能制造研究进展
全陶瓷球轴承高性能制造研究进展目录一、内容概括 (2)1. 研究背景与意义 (2)2. 国内外研究现状概述 (4)二、全陶瓷球轴承制造基础理论 (5)1. 陶瓷材料性能特点 (7)2. 球轴承基本结构及工作原理 (8)3. 高性能全陶瓷球轴承设计要求 (9)三、全陶瓷球轴承制造关键技术 (10)1. 陶瓷球坯成型技术 (11)2. 球轴承精密加工技术 (13)3. 陶瓷球轴承密封技术 (14)四、高性能全陶瓷球轴承制造工艺与实践 (15)1. 全陶瓷球轴承制造工艺流程 (16)2. 关键工艺参数对轴承性能的影响规律研究 (17)3. 典型高性能全陶瓷球轴承产品制造案例分析 (18)五、全陶瓷球轴承性能检测与评价标准 (20)1. 性能检测方法与设备 (21)2. 性能评价指标体系建立 (22)3. 性能测试结果分析与讨论 (23)六、全陶瓷球轴承高性能制造发展趋势与创新方向 (24)1. 新型陶瓷材料研发与应用 (25)2. 制造工艺技术创新与优化 (26)3. 智能化生产与远程运维服务探索 (27)七、结论与展望 (28)1. 研究成果总结 (29)2. 存在问题与不足 (30)3. 未来发展方向与展望 (32)一、内容概括全陶瓷球轴承是一种具有优异性能和可靠性的轴承，其制造工艺和材料选择对其性能起着至关重要的作用。
本文将全面介绍全陶瓷球轴承的高性能制造研究进展，包括其制造工艺、材料选择、表面处理技术等方面的最新研究成果。
我们将对全陶瓷球轴承的基本结构和性能特点进行概述，然后重点探讨其制造工艺的发展历程，包括传统的热处理、冷加工和精密磨削等方法以及近年来新兴的高温固相反应烧结(HIP)和激光熔覆(LM)等新型制造技术。
我们还将对全陶瓷球轴承材料的种类、性能和制备工艺进行详细分析，重点关注新型无机非金属材料如氮化硅、碳化物、氧化铝等在全陶瓷轴承制造中的应用。
我们将介绍全陶瓷球轴承的表面处理技术，包括化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)和电沉积等方法，以及这些方法在提高全陶瓷轴承耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性能等方面的应用。
2024年陶瓷轴承滚珠市场规模分析
2024年陶瓷轴承滚珠市场规模分析引言陶瓷轴承滚珠是一种重要的机械元件，广泛应用于各个行业中的传动装置中。
本文将对陶瓷轴承滚珠市场规模进行深入分析。
市场概述陶瓷轴承滚珠市场由于其特殊的材质和卓越的性能，在近几年呈现出快速增长的趋势。
陶瓷轴承滚珠相比传统的金属轴承滚珠具有更高的硬度、更低的摩擦系数和更好的耐腐蚀性能，因此在高速、高温和腐蚀性环境中具有更好的使用效果。
市场分析1.市场规模根据相关报告数据显示，陶瓷轴承滚珠市场在过去几年经历了快速增长阶段。
市场规模在2015年约为X亿元，到2020年已增长至Y亿元，复合年均增长率为Z%。
2.市场驱动因素陶瓷轴承滚珠市场的快速增长受到多重因素的推动。
首先，陶瓷轴承滚珠的卓越性能在许多行业中得到广泛认可，推动了需求的增长。
其次，随着工业自动化程度的提高和机械设备的智能化发展，对高性能轴承滚珠的需求也逐渐增加。
此外，近年来对环保节能的关注度不断提高，陶瓷轴承滚珠的优异性能也符合了市场需求。
3.市场应用领域陶瓷轴承滚珠的应用领域广泛，包括机械制造业、航空航天、汽车制造、电力工业等。
其中，机械制造业是陶瓷轴承滚珠的最大应用领域，占据市场份额的XX%。
4.市场竞争态势陶瓷轴承滚珠市场竞争激烈，主要的竞争企业包括A公司、B公司、C公司等。
这些企业在产品创新、技术研发和市场推广方面进行了积极的努力，使得市场竞争愈发激烈。
市场前景陶瓷轴承滚珠市场在未来几年有望保持稳定增长。
一方面，随着技术的不断进步和应用领域的扩大，陶瓷轴承滚珠的市场需求将继续增长。
另一方面，随着我国制造业的升级和国内市场的开放，陶瓷轴承滚珠市场将迎来更广阔的发展空间。
结论综上所述，陶瓷轴承滚珠市场规模正在快速增长，受到多重因素的推动。
市场具有广阔的应用领域和稳定增长的前景。
未来，企业应加强产品研发和市场推广，以抢占更多市场份额，提高市场竞争力。
高性能陶瓷润滑和密封材料研究取得系列进展
水溶性酸碱性为 中性 。 （ ）基于四球机的润滑油摩擦学性能试验表明，与 ３ 特 ５油和 ４２ １ 油相 比，６ ３ ８聚醚油的摩擦学性能最好。
（ ）轴承的高 、低温启 动试 验 表 明，６ ４ ８ 聚醚油
具有与 ４ ２ １ ３空间精密轴 承润滑 油一样 良好 的低 温性 能 ，且 与 ４ ２ １３ 油相 比有着更 好的 中高温性能 。
采用热压烧结工艺 ，制备 了兼 具优 异力学 和摩擦 学性 能的 Ｙ Ｔ Ｐ Ａ： Ｍｏ 米 陶 瓷 复 合 材 料 。材 料 具 有 晶 内 、 晶 界 —Ｚ ／ Ｉ ／ 纳 ０ 和纳 米 一 米 型 的 复 合 结 构 ，其 断 裂 韧 性 高 达 １ ． Ｐ ・ 纳 ７４Ｍ ａ ｎ ，高温摩擦 时生成 的润滑性氧化膜使材料具有较低 的摩 ｌ 擦 系 数 ，８０ ℃ 和 Ｓ Ｎ 陶 瓷 球 对 摩 时 的 摩 擦 因 数 低 于 ０ ｉ ４ ３ ０５ ． 。这 一 研 究 结果 发表 在新 一 期 摩 擦 学 领 域 国 际 权 威 学 术 期 刊 Ｗｅｒ（ ａ ０ ０，２ ８ ０ １１９ ） 上 。 高性 能 陶 瓷 ａ Ｗｅｒ １ ２ ６ ：１９ —０ ４ 润滑和密封材 料 因其 耐高温 、耐化学 腐蚀 、耐 磨损 以及具
宽 温 度 范 围的 适 应 性 来 看 ，３种 润 滑 油 中 ，６ 醚 ８聚
油的润滑性能最佳 。
４ 结 论
润滑 技术 年会论 文集 ，０４７— ． ２０ ： ９
（ ）研制 出了一种具有优 良的高 、低温性能 的新 １ 型优质润滑油 ８ 聚醚油 ，它以聚醚作 为基 础油 ， 添 加 了 一定 量 的无 灰 抗 磨 剂 Ｔ Ｗ一、抗 氧 剂 Ｔ５ １ Ａ ２ 一 和 ０ 防锈 剂而成 。 （ ）６ 醚 油 的常 规 分 析 结 果 为 ：运 动 黏 度 ２ ８聚 ｌ ℃＝ ４ ５ｍ ｓ ｌ ℃＝１ ． ｍ ／ ；黏 度 指 数 ， 加 ６ ． ｍ ／ 、 ｏ ０ ０ ７ｍ ｓ Ｖ ＝ ０ ；倾 点小 于 一５ ／ ２１ ５℃ ；抗 氧 性旋 转 氧 弹 （５ １０ ℃ ）的氧化诱导期为 １７ ｍｎ ７ ｉ；防锈 性 为 １ ５天无 锈 ；
宋宝玉机械设计-14滚动轴承(2)
件下所允许的最高转速.
• 当轴承的当量动负荷P超过0.1C时,需将手册中的极限转速 乘以小于f1的载荷系数(载荷增大对速度性能和润滑不利)
• 当向心轴承受轴向载荷时,需将手册中查得的极限转速乘 以小于1的载荷分布系数f2（承载区增大，摩擦力矩大）
有一个轴承有被压紧的趋势，另一个有放松的趋势； 2、被放松的轴承的轴向力，等于自身的内部轴向力； 3、被压紧的轴承轴向力，等于除自身以外的轴向力之和。
王黎钦 2012-11
10
11.5.4 轴承寿命计算程序框图
已知 Fr1、Fr2、A、n、L 'h 、工况 选择类型 选择代号 查 C、C0 计算 S1、S2 计算 Fa1、Fa2 计算 Fa / C0 查e值
注意：（GB/T6391-1995与ISO 281-2007不同）
补充：可靠度不为90%时的额定寿命修正系数a1 (GB/T6391-1995)
可靠度／%
90
Ln
L10
a1
1.0
95 L5 0.62
96 L4 0.53
97 L3 0.44
98
99
L2
L1
0.3
0.21
可靠度／% a1
90 95 96 97 98 1 0.64 0.55 0.47 0.37
(ISO 281-2007）
99 99.2 99.4 99.95 0.25 0.22 0.19 0.077
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11.5.2 当量动载荷
对于同时作用有径向载荷和轴向载荷的轴承，在进行 轴承寿命计算时，为了和基本额定动负荷进行比较，须把 实际载荷折算为与基本额定动负荷的方向相同的一假想载 荷，在该假想载荷作用下轴承的寿命与实际载荷作用下的 寿命相同，则称该假想载荷为当量动载荷，用P表示。
学校-哈尔滨工业大学人事处
哈尔滨工业大学
机械电子工程
蔡鹤皋*
①智能机器人②机电一体化系统③机器人的传感器系统
哈尔滨工业大学
机械电子工程
孙立宁*
①微驱动与操作机器人研究②微小型机器人研究③先进机器人
机构与控制技术
哈尔滨工业大学
机械电子工程
刘宏*
①仿人型机器人灵巧手②机器人柔性臂③空间机器人遥操作
哈尔滨工业大学
机械电子工程
王树国*
哈尔滨工业大学
结构工程、防灾减灾工程及防
护工程、桥隧工程
刘红军*
①微振动控制技术②桥梁结构抗风技术③工程结构健康监测技 术
哈尔滨工业大学
结构工程、防灾减灾工程及防 护工程、桥隧工程
滕军*
①结构抗震抗风②高层复杂建筑结构、大跨空间钢结构、桥梁结
构③结构振动控制、结构健康监测④城市与工程安全和防灾减灾
哈尔滨工业大学
材料学
王铀*
纳米表面工程技术
哈尔滨工业大学
材料加工工程
刚铁*
①焊接结构件缺陷识别与快速检测技术②重大军工“863”项目
哈尔滨工业大学
材料加工工程
张凯锋*
难变形材料的超塑性
哈尔滨工业大学
材料加工工程
罗守靖*
轻合金半固态成形
哈尔滨工业大学
导航制导与控制
姚郁*
①计算机控制②飞行器控制与仿真③先进交流伺服与运动控制
机电一体化设计技术
哈尔滨工业大学
机械电子工程
张广玉*
航天特殊材料加工及其自动化技术、航天地面模拟设备机电一体
化技术
哈尔滨工业大学
机械电子工程
谢涛*
①现代机械设计方法研究②特殊机构设计机器相关问题研究
全陶瓷轴承研究报告
全陶瓷轴承研究报告全陶瓷轴承是一种高级轴承产品，由于其优异的性能，在现代工业中得到广泛应用。
本研究报告旨在对全陶瓷轴承的制造工艺、性能特点、应用领域等进行系统的介绍和分析。
一、全陶瓷轴承制造工艺。
全陶瓷轴承主要由陶瓷球和陶瓷环组成，其制造工艺分为两种：注塑法和压制法。
1.注塑法制造：首先，将预先制备好的陶瓷粉末和有机高分子树脂混合，并加入光敏剂。
然后，将混合物注入模具中，在紫外光的照射下，树脂快速固化成型。
最后，将形成的轴承零部件进行烧结，烧结温度通常在1300℃以上。
2.压制法制造：首先，将预先制备好的陶瓷粉末放入压制机中进行压制成型。
然后，将成型件进行烧结，烧结温度通常在1400℃以上。
二、全陶瓷轴承性能特点。
全陶瓷轴承具有以下突出的性能特点：1.轻量化：由于陶瓷比金属轻，所以全陶瓷轴承重量较轻，有利于提高设备运转速度和降低能耗。
2.高强度：陶瓷材料的硬度、强度和耐腐蚀性能均优于金属材料，因此全陶瓷轴承具有较高的强度和刚度，不易变形，寿命长。
3.耐高温：陶瓷材料具有较高的耐热性，可以在高温条件下使用，能够避免高温情况下金属轴承出现软化、变形等问题。
4.耐腐蚀：陶瓷材料具有较好的耐腐蚀性能，不易生锈，长时间使用不易出现损坏。
三、全陶瓷轴承应用领域。
全陶瓷轴承主要用于以下领域：1.高速机械领域：如高速电机、风机、压缩机、离心机等设备。
2.高温场合：如炉窑、液体金属浇注机、玻璃加工设备等。
3.化工领域：如酸碱泵、流量计等。
四、结论。
全陶瓷轴承是一种目前较为先进的轴承产品，具有轻量化、高强度、耐高温、耐腐蚀等优良性能。
随着科技的不断发展，其应用领域也在不断拓展，有一定的市场前景。
基于混合编程的高速滚动轴承热分析软件的开发
基于混合编程的高速滚动轴承热分析软件的开发
陈观慈;王黎钦;古乐;郑德志
【期刊名称】《轴承》
【年(卷),期】2007(000)011
【摘要】高速滚动轴承的摩擦生热已成为影响其工作寿命和可靠性的重要因素.总结了计算机高级编程语言Visual Basic(简称VB)和FORTRAN以及有限元软件ANSYS的特点,结合3者各自的优点以及高速滚动轴承的热分析理论,采用混合编程的方法,开发了高速滚动轴承热分析软件,使用该软件能够方便地完成高速球轴承和高速圆柱滚子轴承的热分析,有效地预测轴承组件在复杂工况条件下的工作温度场.
【总页数】4页(P47-50)
【作者】陈观慈;王黎钦;古乐;郑德志
【作者单位】哈尔滨工业大学,机电学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,机电学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,机电学院,哈尔滨,150001;哈尔滨工业大学,机电学院,哈尔滨,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.33;O241.82;TP311.52
【相关文献】
1.基于混合编程的端面摩擦副热分析软件的开发 [J], 俞建卫;李奇亮;尤涛
2.基于Simulink和VC++混合编程的高速列车牵引传动系统仿真软件 [J], 董继维;
汪斌;卢琴芬;张进高;谢舸
3.高速滚动轴承热分析 [J], 刘志全;张永红
4.基于混合编程的滚动轴承动力学分析软件开发 [J], 叶振环;王黎钦
5.基于混合编程的涂层体系三维点接触分析软件开发 [J], 吴跃;王廷剑;孙厚涛;齐智慧;张永钊;王燕霜;宣兆成
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日本,美国高性能陶瓷研制动态
日本,美国高性能陶瓷研制动态
黄惠宁
【期刊名称】《河北陶瓷》
【年(卷),期】1993(000)001
【摘要】本文是从《Inter Ceram》(Vol.40 NO.1.2.6.1991)编译的24条日本、美国高性能陶瓷研制动态,仅供参考。
1.日本Mitsubishi材料公司正计划在今后的五年时间里将其陶瓷的产量扩大到目前的两倍,届时该公司的营业额将超过10亿美元。
公司将使KCK分公司的电容器年产量从300百万片增加到500百万片,秩父工厂的片状压敏电阻的年产量从25万片增加到250万片。
【总页数】2页(P28-29)
【作者】黄惠宁
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174.758
【相关文献】
1.高性能陶瓷隔热材料的研制 [J], 栾强;隋学叶;崔唐茵;刘瑞祥;王重海;周长灵
2.伟晶石高性能陶瓷透水砖的研制 [J], 王立久;李如林
3.日本培育出能降血压的稻米日本研制出饲料防霉新技术美教授发现灭草新物质英国培育无籽苹果美国造出水陆两用拖拉机用橘皮制成的饲料防霉剂巴西制成新型奶牛饲料日本研究出农用纸地膜 [J], 前沿;泽名;魏晓风;梁风;木子
4.日本开发出灯具高性能陶瓷荧光片 [J],
5.高性能陶瓷内衬复合煤粉喷枪的研制 [J], 许宝才;王春梅;朱冰;段荣霞;赵忠民因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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摘要：陶瓷轴承具有长寿命、耐高温、耐腐蚀和超高速等优异的综合性能，已经在航
空航天及装备制造领域中得到应用。介绍了陶瓷轴承的发展背景，归纳了陶瓷材料技术研
究进展，概括了陶瓷滚动体毛坯和成品的无损探伤技术和方法，阐述了陶瓷滚动体表面低
损伤加工的必要性，探讨了陶瓷轴承的润滑行为和热行为，提出了陶瓷轴承的失效模式和
本文重点介绍了高可靠性陶瓷轴承技术在航空 发动机上的应用，并对陶瓷轴承技术的发展进行评述 和展望。
１ 陶瓷轴承材料
轴承材料主要是指高铬抗疲劳轴承钢、耐高温工具 钢、高强度齿轮轴承一体化钢等轴承材料，包括 ＧＣｒ１５、 ９Ｃｒ１８、Ｍ５０、Ｍ５０ＮｉＬ、Ｃｒｏｎｉｄｕｒ３０、ＢＧ４２、ＸＤ１５Ｎ、ＣＳＳ－ ４２Ｌ 等，航空技术的发展对高温、高速、高可靠性轴承 及材料的的需求也越来越高，由此也促进了轴承材料 技术的发展。
１
ＭＰａ，断裂韧性可达到 ８～９ ＭＰａ·ｍ ２ 以上，大大优于
１
滚动轴承的最低门槛值 ６ ＭＰａ·ｍ ２ 。陶瓷与轴承钢材 料的主要参数对比见表 １。
近年来，随着陶瓷轴承在高端装备领域的推广应 用 ， 材 料 对 轴 承 质 量 的 影 响 得 到 了 广 泛 重 视 ，ＩＳＯ ２６６０２：２００９ 《Ｆｉｎｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ （ａｄｖａｎｃｅｄ ｃｅｒａｍｉｃｓ， ａｄｖａｎｃｅｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｅｒａｍｉｃｓ） — Ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｒｏｌｌｉｎｇ ｂｅａｒｉｎｇ ｂａｌｌｓ》 对滚动轴承氮化硅 陶瓷材料的弹性模量、泊松比、热膨胀系数、弯曲强 度、硬度、断裂韧性、显微结构、材料分级等性能指标 给 出 了 明 确 的 测 量 方 法 和 范 围 ，ＡＳＴＭ Ｆ ２０９４／Ｆ ２０９４Ｍ－０８ 《Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｂａｌｌｓ》除了对材料质量标准明确要求外，还明 确规定了氮化硅陶瓷球的化学成分、表面质量、检测 方法、几何参数以及等级用途等。
２ 陶瓷轴承的设计与验证技术
陶瓷滚动轴承的结构和性能匹配性是设计和应 用的核心技术，其包括应力设计、热设计、摩擦学设计 和寿命设计。
大量研究表明，热压气氛烧结（ＧＰＳ）和热等静压 烧结（ＨＩＰ）的氮化硅陶瓷在滚动接触寿命试验过程 中，即使在 ７．６ ＧＰａ 的高接触应力下，其失效模式依 然是渐进性的疲劳失效模式，如图 ２ 所示［６－７］。对于航 空等关键部位的轴承而言，有着漫长的起源和扩展过 程和可以监测使用的“良性”失效模式，意味着在轴承 使用过程中不会发生粉碎性的瞬间解体。但陶瓷轴承 正常工况下，其温升一般要比全钢轴承的低 ２０％～ ３０％，在高速条件下，其低摩擦热对表面材料磨损和
由于存在夹杂、微型气孔和晶界玻璃相等，早期 陶瓷材料的脆性始终是影响长寿命轴承失效模式和 抗冲击能力的最直接因素之一。近年来，通过大量研 究，发展了陶瓷毛坯的热等静压烧结技术，通过控制 陶瓷粉体的纯度、粒径及其一致性、造粒过程与相成
图 １ 德国 ＦＡＧ 开发的航空发动机用陶瓷轴承
分等，使氮化硅（Ｓｉ３Ｎ４）陶瓷轴承、氧化锆（ＺｒＯ２）陶瓷 轴承的综合性能大幅度提高，抗弯强度和断裂韧性等 关键指标都能满足要求，其中热等静压氮化硅陶瓷相 对密度可以达到 ９９．９％以上，３ 点抗弯强度高于 １０００
第２期
王黎钦等：高可靠性陶瓷轴承技术研究进展
７
限转速性能、耐温能力、润滑性能和承载能力等，因 此，人类始终没有停止过研究开发新的轴承材料［２－４］。 研制开发陶瓷轴承的最初目标是提高航空航天国 防装备轴承的极限性能。２０ 世纪末，美、日、欧等国 家和地区在各类技术计划的引导和资助下，完成了 大 量 的 材 料 、应 用 基 础 、设 计 、制 造 工 艺 、质 量 控 制 等基础研究，建立了可靠的基础数据。瑞典 ＳＫＦ、德 国 Ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒ 等国际著名轴承公司都开发出高水平 的陶瓷轴承技术和产品，特别是热等静压烧结技术 （ＨＩＰＰｅｄ）氮化硅（Ｓｉ３Ｎ４）陶瓷轴承为高端装备技术的 发展提供了核心技术支撑。经过 ４０ 多年的研究和 积 累 ，Ｓｉ３Ｎ４ 陶 瓷 轴 承 已 经 应 用 在 直 升 机 主 传 动 装 置、航空 ＡＰＵ、飞机附件传动、导弹发动机、火箭发 动机和航天卫星上，已成为高端制造装备中高速和 高功率主轴的标配轴承。
quality CREB technology and extend typical applications and solve the bearing technology problems of advanced equipment.
Key words: ceramic rolling element bearing; bearing design; ultimate performance; fabrication;
设计准则，分析了陶瓷轴承的结构和性能设计方法，给出了部分典型应用和极限性能试验
情况，展望了高性能陶瓷轴承技术的发展趋势。为继续深化陶瓷轴承技术研究、攻克极限
工况下的陶瓷轴承关键技术、发展面向工况的轴承设计制造技术、实现高性能陶瓷轴承的
技术转化和推广应用、解决高端装备的公共轴承技术难题提供技术基础。
王黎钦（１９６４），男，博士，教授，博士 生导师，研究方向为机械设计与理论、摩 擦学、宇航空间机构及控制。
failure modes and design criterion were put forward. The design methodology of CREB structure and performance were analyzed and some cases of typical applications and extreme tests of CREBs were demonstrated. The technological trends for future high quality CREBs were
氮化硅（Ｓｉ３Ｎ４）等精细工程陶瓷具有密度低、硬度 高、抗压强度高、稳定性好、耐高温、抗磨损、抗腐蚀、 抗冷焊、电绝缘和不导磁等优点，该类材料轴承可广 泛用于真空、高温、高速、低温、腐蚀、要求不导磁、不 导电和防冷焊等工况，还可适用于瞬时无润滑等特殊 工况，且对润滑剂污染敏感性小，适应性广泛。特别是 陶瓷与钢的动静摩擦系数小，且稳定，不易烧伤滚道 和发生冷焊，在恶劣工况下能够显著延长轴承的使用 寿命。德国早期研制的航空混合式陶瓷轴承［５］如图 １ 所示。
０ 引言
轴承是工业机械领域的关键基础件，素有“装备 的关节”之称。轴承性能的优劣直接影响和决定高端 装备的精度、寿命、极限转速、承载能力、耐温能力、稳 定性、可靠性和动态性能等关键指标，航空航天技术 对高质量轴承的需求尤其迫切。随着高端技术的发 展，装备的极限性能在不断突破和提升，相应地对轴
承性能的要求也越来越苛刻，轴承若发生严重磨损、过 热、咬死、润滑剂变质等将会直接导致装备和系统的止 转性恶性失效，因此，轴承对发展现代高端装备的重要 性越来越突出。在航空发动机设计中，轴承材料和技术 始终占到 ９０％～９５％以上。可以说，轴承技术代表着发 动机极限转速、耐温能力和可靠性水平［１］。目前，提高 发动机推力和燃油效率的直接方法依然是提高涡 轮进口温度和转子转速，而这会直接挑战轴承的极
基金项目：国家重点基础研究发展 计划项目（２０１３ＣＢ６３２３０５）资助
关键词：陶瓷轴承；轴承设计；极限性能；制造技术
Advances in High-reliability Ceramic Rolling Element Bearing Technology
WANG Li-qin1，JIA Hong-xia2，ZHENG De-zhi1，YE Zheng-huan1
≤３１６
导磁性
导磁
导磁
导磁
导电性
导体
导体
导体
耐腐蚀性
差
差
差
滚动接触失效形式
剥落
剥落
剥落
参数 密度 （／ ｋｇ／ｍ３） 硬度 ＨＲＣ ３ 点弯曲强度 ／ＭＰａ 拉伸强度 ／ＭＰａ
１
断裂韧性 （／ ＭＰａ·ｍ ２ ） 杨氏模量 ／ＧＰａ 泊松比 热膨胀系数 （／ ×１０－６／Ｋ） 室温热传导率 （／ Ｗ／ｍ·Ｋ） 室温比热 （／ Ｊ／ｋｇ·Ｋ） 使用上限温度 ／℃ 导磁性 导电性 耐腐蚀性 滚动接触失效形式
Hale Waihona Puke １３９４ ２２２２００ ２３
１２１０ ５１
杨氏模量 ／ＧＰａ
２１９
２１８
２０３
泊松比
０．３００
０．２９６
０．２９０
热膨胀系数 （／ ×１０－６／Ｋ） １２．３
１２．１
１１．０
室温热传导率 （／ Ｗ／ｍ·Ｋ） ３０．０
２５．０
１９．３
室温比热 （／ Ｊ／ｋｇ·Ｋ）
４５０
４４８
４３６
使用上限温度 ／℃
≤１２０ ≤３１５
８
航空发动机
第 ３９ 卷
表 １ 氮化硅（Ｓｉ３Ｎ４）陶瓷、氧化锆（ＺｒＯ２）陶瓷和轴承钢 性能参数对比
参数
ＧＣｒ１５
Ｍ５０
Ｍ５０ＮｉＬ
密度 （／ ｋｇ／ｍ３）
７８３０
７９７２
７８５０
硬度 ＨＲＣ
６０～６４ ６２～６６
６０～６４（表面）
３ 点弯曲强度 ／ＭＰａ
拉伸强度 ／ＭＰａ
１
断裂韧性 （／ ＭＰａ·ｍ ２ ）
收稿日期：２０１３－０１－２５
（1. Space and Aerospace Tribology Research Lab, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China; 2. AVIC Harbin Bearing Corp. Ltd., Harbin 150030, China ）