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轉動軸承産品技術發展的近況與偏向

轉動軸承産品技術發展的近況與偏向


以全球軸承工業的視野,截取二十一世紀以來近20年的汗青跨度,在體系剖析世界有名軸承公司主導産品的基本上,從技術和産品2個層面論述了軸承産品技術發展示狀,從減摩化、輕量化、單位化、智能化和魯棒性等分歧維度解析了軸承産品技術發展偏向,並對將來總的發展偏向及詳細發展議題停止了瞻望。

轉動軸承(以下簡稱軸承)産品技術,是指將軸承作爲一整類産品,其所包括的技術內在或表現的技術特征,如高精度、高轉速、低噪聲、高載荷容量、長命命與高靠得住性等。産品技術的面前,是詳細的設計技術、資料技術、光滑技術、密封技術等,這些都屬于産品技術的支承技術[1]


關於軸承産品技術的偏向性、趨向性、潮水性的斷定,須要放在一個較大的時空概念下能力更好地審閱、洞察和斷定,不然只是短時間時段、部分範疇的好景不常的個案,而構不成引領性的風向標。是以,必需以全球軸承工業的視野,截取一個較長的汗青跨度,體系剖析研討 “頭部企業”(世界有名軸承公司)的主導産品,才可以梳理出頭緒比擬清楚的技術發展偏向。

1 軸承産品技術發展示狀

1.1技術提高與沖破

20世紀80-90年月,軸承産品技術最凸起的主流偏向是增強型、低噪聲和長命命,別的在高精度方面,除P4(高周詳級)、P2(超高周詳級)的尺度公役品級及SP,UP,P2A等特別公役品級以外,又提出了NRRO, 即“非反復跳動”目標。而進入21世紀以來的二十年間,軸承在尋求高機能與長命命方面,又到達了新高度。


1.1.1高機能

轉速方面,重點聚焦于應用便利、保護簡略、綠色環保的脂光滑軸承,其dm·n值已可到達了2.0×106mm·r/min,而曩昔的脂光滑推舉值僅爲0.6×106mm·r/min。


載荷才能方面,根本上各類型軸承都廣泛有所進步,如軸承額外動載荷盤算公式中的bm系數,很多公司又做了調劑,以運用最爲普遍的深溝球軸承爲例,bm系數在原1.3的基本上又進步了15%。


耐受溫度方面,軸承慣例的實用溫度爲-40~120℃,而如今對有些通用軸承耐受高溫極限請求已到-55℃(此溫度下,部門軸承零件資料將會見臨高溫脆性即“冷脆”的風險)。


低噪聲方面,軸承類型已從深溝球軸承、圓柱滾子軸承等擴大到對應用請求壹向比擬“集約”的調心滾子軸承。


磨擦力矩方面,已從周詳儀器軸承延長到汽車軸承、家電軸承、風電軸承、工業齒輪箱軸承等。­­­      


軸承在許多運用場所,都請求具有“萬能”的技術特征。上述的高機能,表現在詳細的軸承上許多都是諜加的,也即綜合機能要優秀卓著


高機能面前是以相幹技術的明顯提高爲基石的,如軟件方面有軸承CAD技術的普及化,有限元及仿真設計剖析技術的下沉化,磨擦學運用技術的深度化等,還包含資料、配備等各個方面硬件的無力支持。


1.1.2長命命

有名品牌的機電軸承、機床軸承等,疲憊壽命已足以知足請求而根本無需斟酌。機電軸承多采取密封構造,是以重要以光滑脂壽命爲斷定原則;機床軸承則重要以磨損壽命或精度壽命爲生效根據。


汽車軸承:如輪毂、變速箱等癥結部位軸承,請求設計壽命到達10×105km乃至12×105km千米。


鐵路軸承:SKF最新推出的軸箱軸承,其大修(分化檢驗)周期可由慣例的10×105km進步到17×105km [2]


盾構機主軸軸承:請求無毛病應用壽命10000h或10km。


風電軸承:應用壽命請求20年,這多是迄今爲止對軸承壽命請求最長的運用範疇。


軸承壽命的明顯進步,進獻最大的起首是原資料的技術提高,如日本、歐洲和美國的高純潔度真空脫氣軸承鋼,到達了特別冶煉辦法的電渣重熔鋼或真空電弧重熔鋼的疲憊壽命程度,包含特別資料(如低溫鋼M50NiL、高氮鋼Cronidur30等)及特別熱處置(如納米級貝氏體淬火、高殘存奧氏體熱處置等)的運用;其次,光滑(如長命命光滑劑)、密封(如高機能密封構造與資料)、構造設計(如增強型優化設計)、周詳加工(如高尺寸外形精度與低外面粗拙度的磨削超精)、質量掌握(如超聲波無損檢測)等也施展著主要感化。


在長命命的技術配景中,一些基本性研討結果所帶來的變更及影響是相當深入的。


軸承壽命概念方面,經由晚期(無窮壽命)→歷久(有限壽命)→近期(無窮壽命)的演進,又一次確立了軸承具有“無窮壽命”的特征,即經由過程幾十年大批的實驗數據註解,軸承存在一個“疲憊極限”,只需低于這一應力值或載荷值,軸承將不會產生疲憊損壞。這一概念完全顛覆了半個多世紀以來存在于經典實際暨教科書中的說法:不管如何設計公道、制作優良、裝置準確、光滑優越、保護適合,軸承都弗成能永久運轉下去,終究總會由於疲憊而生效。


在軸承疲憊機理方面,在歐、日、美等軸承工業蓬勃國度,因為軸承鋼的純潔度程度曾經到達了相當高的水平,軸承疲憊機理已從第1種的“外部來源型爲主”轉爲第2種的“外面來源型爲主”。別的,白色組織(WEA)作爲第3種疲憊機理,也已取得普遍共鳴


在軸承壽命盤算方面:1)在國際尺度ISO 281:2007《Rolling bearings­­­ - Dynamic load ratings and rating life》中,基于最小壽命實際給出了大于90%靠得住度的新的a1修改系數,將最高靠得住度由原99%擴大至了99.95%;基于SKF的研討結果,引入了“疲憊載荷極限”Cu及“軸承壽命盤算體系辦法”的aISO壽命修改系數。2)SKF繼1989年提出修改軸承壽命模子後,又于2015年提出了狹義軸承壽命模子,將外面疲憊與次外面激發疲憊分別開來,引入了外面疲憊形式。


軸承殘剩壽命評價方面NSK開創了“疲憊度指數”這一概念,經由過程X射線對資料中馬氏體半高寬與殘存奧氏體的變更來推想軸承殘剩應用壽命。Schaeffler則基于現實載荷譜,即以名義額外壽命減去以後已運轉時光來盤算軸承殘剩應用壽命。

1.2産品進級與立異  

1.2.1通用軸承廣泛完成了進級換代

通用軸承也稱爲尺度軸承,對其的普通認知仿佛是通用性較強但技術含量不高的軸承,但國際有名軸承公司在21世紀開端,簡直同步停止了進級換代。如:SKF的Explorer(摸索者)軸承(1999年起)及其進級版(2011年起),Schaeffler的X-life軸承(2003年起),NSK的HPS(High Performance Standard)軸承(2004年起),NTN的ULTAGE(安特傑)軸承(2004年起)。


這些通用軸承的進級換代,大多公司完成的是“垂直換代”,即完整替換原“尺度軸承”,或許說是“從新界說了尺度軸承”。改良的技術內容,重要是進一步“進步了軸承的承載才能與壽命,減小了軸承的磨擦力矩(即進步了軸承轉速),下降了軸承振動噪聲”等綜合機能。如NSK的HPS調心滾子軸承壽命進步了2倍,極限轉速進步了20%以上;NTN的ULTAGE深溝球軸承,以用于高速伺服電念頭爲例,光滑脂壽命進步了約5倍,轉速進步了2倍以上,噪聲又下降了3dB(A)。


通用軸承量大面廣,其技術機能的廣泛進步,相當于從底部晉升了軸承産品的全體技術程度,現實意義異常偉大。


因為通用軸承技術質量程度的大幅度進步,“通用軸承公用化”的規模也愈來愈擴展,如上述進級産品在很多公用軸承範疇都獲得普遍運用,且表示優良。通用軸承公用化這一景象的泛化與加強,既有益于軸承企業的批量化組織臨盆,又有益于軸承用戶的低本錢應用保護,將大大增進技術性與經濟性的相得益彰。


1.2.2公用軸承進一步立異晉升

公用軸承直接面向配套主機,須要知足各類刻薄的特性化請求(包含極端工況和極限機能),集成著很多先輩乃至是尖端技術的運用,是軸承工業聚焦于機能晉升與科技立異的焦點産品載體。


1)機床主軸軸承。以角接觸球軸承爲代表,SKF推出有CD,CE和FB 3種構造情勢,分離實用于重載、高速和超高速,完成了工況的全籠罩;Schaeffler在RS,HS系列的基本上,又開辟了M系列,其聯合了前2個系列的長處,且靠得住性進一步進步;NSK開辟了全新一代“robust”系列軸承,具有高溫升、抗咬合、長命命等綜合優秀機能,個中用于超高速軸承的SHX耐熱鋼,比航空動員機主軸軸承用M50鋼更抗咬合、耐磨損及更優的疲憊壽命[3]


2)機電軸承。Schaeffler的新一代C型深溝球軸承,減小磨擦力矩35%,下降噪聲50%,傳播鼓吹是“與1883年磨球機的創造(作者注:即古代軸承工業發源的標記)等量齊觀的汗青裏程碑”;NSK的GR系列深溝球軸承,具有低能耗、平順靜音的技術特色,實用于空調器、吸塵器、CPU冷卻電扇等高效能電念頭。


3)汽車軸承。乘用車用第3代輪毂軸承單位慢慢成爲市場主導産品。NSK開辟的用于皮卡、大型SUV和商用車的第2.5,3代圓錐滾子輪毂軸承單位,經由過程集成化及低磨擦技術的運用,進一步進步了汽車的靠得住性和燃油效力;SKF的輕型汽車輪毂軸承單位,凸緣部位以鋁合金取代鋼材,不只質量加重30%,並且在腐化性情況和寬溫域下仍能堅持其剛度和經久性;Schaeffler的重型卡車用免保護(無需改換密封件和光滑脂)圓錐滾子輪毂軸承單位,質保期50×10km,設計壽命100×104 km,畢生免保護,而先前的第2代輪毂軸承單位的設計壽命僅請求30×104 km,50×104 km;JTEKT的“低溫和高速用增壓器用軸承單位”,采取耐低溫資料的套圈、堅持架和陶瓷轉動體等,在任務溫度350℃下,轉速可達250 000 r/min ,而傳統的增壓器用軸承只能在任務溫度150℃下到達50 000 r/min。



4)鐵路軸承­。NSK新研發的雙列圓柱滾子軸箱軸承,實用于設計時速320 km的E5系列高速列車,而本來僅能知足設計時速爲275 km的E2,E3系列列車[4];SKF,Schaeffler,NTN及NSK供給于中國高鐵動車組的軸箱軸承,均能知足列車運營時速200~350km且具有長交路、高密度、寬溫域、龐雜地質前提的刻薄請求;Schaeffler最新推出的牽引電念頭用J20G絕緣軸承,套圈噴塗陶瓷,耐受擊穿電壓到達DC5 000 V(曩昔通常是DC1 000 V,最高爲DC 3 000 V),是今朝國際上最搶先程度。



5)風電軸承。風電軸承是近20年來發展最爲迅猛的公用軸承,立異産品重要集中在主軸軸承和增速器軸承上。如TIMKEN的主軸用TDI型雙列圓錐滾子軸承,可接收軸向載荷,減低齒輪箱的磨損即延伸其應用壽命;SKF的主軸用“鹦鹉螺”雙列圓錐滾子軸承單位,可以便利銜接,加重分量,減小磨擦,進步風機運轉的靠得住性。TIMKEN的增速器行星輪集成式柔性銷組件,將齒輪與軸承外圈一體化,根絕了外圈“跑圈”的能夠性,同時進步了軸承的載荷才能,柔性銷構造還改良了齒輪的齧合機能;Schaeffler等公司的增速器中高速端軸承,采取氧化發黑塗層(黑化)處置,不只可以加重高速輕載打滑毀傷,耐受腐化和改良光滑劑外面的附著力,並且可以有用避免白色組織裂紋的產生;NSK采取自立研發的AWS-TF鋼,耐白色組織壽命進步7倍,耐外面剝落壽命進步3倍,韌性則進步了2倍。



6)其他公用軸承。軋機軸承——NTN的軋輥用密封四列圓錐滾子軸承,防水機能和承載才能進步至2倍,應用壽命改良至1.8倍。礦山機械軸承——TIMKEN的DuraSpe××功率密度系列圓錐滾子軸承用于水泥立磨機,承載才能進步了28%,應用壽命進步至原軸承的2倍[5]。振念頭械軸承——NSK的CA—VS3 ,CA—VS4調心滾子軸承,與原CA—VS軸承比擬,最高可增加壽命至2倍,進步額外動載荷至25%。


這一時代,在細分市場上構成較大增量的公用軸承風電軸承、機械人軸承、新動力汽車軸承和高鐵軸承、醫療器械軸承等,個中大多都依附于中國市場的疾速發展。而風電設備的大功率化(8 MW、10 MW、12 MW乃至更大)、新動力汽車驅動電念頭的高速化等發展趨向,也給癥結部位配套軸承提出了不小挑釁,各類處理計劃的立異也極大地增進了軸承産品技術程度向高階躍升。

(起源:軸承雜志社)



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