设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的高速高铁轴承制造技术

本实用新型专利技术涉及轴承，设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的高速高铁轴承，双半外套圈、硬质合金滚动体外轨道、双半内套圈、散热层套圈、球形滚动体、双列球形滚动体、锁定垫圈、紧固螺母和碳素纤维散热层，本实用新型专利技术利用碳素纤维的导热取向性，由长丝碳素纤维平直排列的散热层与长丝碳素纤维圈状编织多孔结构的阻热层组成复合结构的碳素纤维散热层，在轴承迅速散热的同时并阻断由轴传向轴承的热源，并利用各类高速钢、硬质合金钢具有的高硬度、高耐磨性和红热稳定性，在内套圈的外圆周和外套圈的内圆周设置一层高速钢、硬质合金钢制造的滚动体轨道，以突破轴承高速转动的热限制条件，提高轴承的使用寿命。提高轴承的使用寿命。提高轴承的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的高速高铁轴承


[0001]本技术涉及轴承，特别是高速轴承及高速高铁轴承。

技术介绍

[0002]众所周知：轴承在转动机械中一直起到至关重要的核心作用，但是：轴承的散热问题穿越百年的历史仍然是限制轴承效率和使用寿命的关键因素，特别是现代高端机械的不断进步，轴承几乎成为高端机械可靠度和精度的定海神针，已知：轴承能达到的转速是有极限的，通常是取决于所用的润滑剂和轴承部件的材料能达到的工作温度(SKF轴承综合型录P108页)，SKF资料显示：在同等的技术条件和工况时，轴承在达到工作温度限制时的转速，取决于轴承在滚动时因摩擦产生的热量(包括任何其它外热)和有多少热量可以从轴承带走(SKF轴承综合型录P108页)，即：轴承能够达到的转速和使用寿命与轴承工作时产生的温度密切相关，特别是各类航空发动机轴承不仅承受着极高的转速，而且承受着极高的工作环境温度，因此：各类高速轴承和航空发动机轴承的散热问题成为限制轴承使用寿命的决定性因素，目前，为解决轴承的散热主要采用两种方式：1、主动散热，即：依靠散热片的表面将热疗散发，主动散热片成本低廉、结构简单，但是：因为主动散热片所采用的金属基本都是铝或铜金属，资料显示：铝或铜的热导率(散热系数)分别为237W/m*k和4017W/m*k，所以：采用的金属片主动散热的效率很低，持续散热效果差，只适用于设置在发热量不高的普通机械中轴承的外套圈使用，不能散发由轴传递到轴承的机械摩擦热能；
[0003]2、被动散热，即：采用风冷或水冷的辅助散热方式将轴承产生的热量和受到的热量带走，其中：(1)风冷散热的效果优于主动散热，但是：风冷散热必须增加风扇系统和风扇的空间；(2)水冷散热的优点是散热效果较好，具有稳定持续散热的功效，但是：水冷散热必须具备水泵、管路、接头、水冷却等复杂的伺服系统，其故障率高、成本高，必须占用的空间大，这都是水冷散热如影相随的致命缺陷。

技术实现思路

[0004]现代研究发现：由碳元素组成的石墨纤维、石墨烯纤维和炭纤维等都具有极高的热导率(导热系数)，例如：石墨烯的热导率可达5000W/m*k，纳米碳管的热导率可达6000W/m*k，石墨烯纤维的热导率可达 1500W/m*k，碳素纤维的热导率可达700W/m*k，其导热率已远远超过金属的热导率，
[0005]资料显示：导热碳素纤维是一种高导热碳素纤维材料，这种碳素纤维在纤维方向上的导热系数可以超过铜，最高可以达到700W/mk，(石墨烯纤维在纤维方向上的导热系数最高可以达到1500W/mk)，同时具有良好的机械性能、导电性能和优异的导热及辐射散热能力，由这种碳素纤维制成的纤维状高导热碳粉本身呈纤维状，可以设计导热取向，即：沿其长丝方向具有极好的导电和导热性能，而通过纤维编织成的多孔状结构又成为优良的隔热材料，在纤维方向与垂直长丝的方向，其导热性能相差数十倍，
[0006]资料显示：各类高速工具钢、工具用白钢、锋钢和各类特殊制造的硬质合金钢具有
极高的硬度和红热稳定性，其各类特殊制造的硬质合金钢的弹性模量(290
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700)接近氮化硅陶瓷球的弹性模量(310)，并具有极高的红硬性，据已有关数证实：硬质合金滚道轴承的寿命可达到轴承钢轴承寿命的数十倍，
[0007]研究与试验证实：轴承套圈直径的热膨胀尺度与圆周长的膨胀尺度有直接关系，而与套圈厚的关系很小，几乎可以忽略，例如：直径10MM、长度300MM的钢柱均匀加热膨胀时，其各方向的膨胀数值与钢柱尺度的基数成正比，即：该钢柱沿长度方向的膨胀尺度是钢柱直径膨胀尺度的30倍，因此：轴承内圈受热膨胀发生的松动的根本因素是轴承内圈沿圆周膨胀使直径急剧增大引致的，
[0008]鉴于已有技术的不足，本技术充分利用碳素纤维的导热取向性，设置了长丝碳素纤维集束排列的散热层和由长丝碳素纤维平直排列的散热层与长丝碳素纤维圈状编织多孔结构的阻热层组成复合结构的碳素纤维散热层，可以使轴承在迅速、稳定散热的同时，并阻断由轴传向轴承的热源，以突破轴承高速转动的热限制条件，并充分利用各类高速工具钢、工具用白钢或各类特殊制造的硬质合金钢具有的高硬度、高弹性模量、高耐磨性和红热稳定性，在内套圈的外圆周和外套圈的内圆周分别设置一层高速工具钢、工具用白钢或各类特殊制造的硬质合金钢制造的滚动体轨道，可提高轴承的使用寿命数倍乃至十倍，并大幅度的提高轴承安全可靠性，
[0009]本技术创造的散热层套圈在其外圆周与内圆周之间沿轴向开设一条涨缩调节透切缝，使散热层套圈的涨缩能够实现自动调节，以杜绝轴承内套圈受热松动或轴涨断裂的发生，使轴承在高速转动领域实现历史性的突破，并提出一种设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的高速高铁轴承。
[0010]本技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0011]设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的高速高铁轴承，包括：双半外套圈、硬质合金滚动体外轨道、双半内套圈、散热层套圈、球形滚动体、双列球形滚动体、锁定垫圈、紧固螺母和碳素纤维散热层，其特征是：在双半内套圈的内圆周设置散热层套圈，并在散热层套圈的外圆周与双半内套圈的内圆周之间设置一层碳素纤维散热层，
[0012]所述的双半外套圈分别为半圆筒形结构，在双半外套圈的内圆周沿圆周分别设置滚动体轨道安装凹槽，在滚动体轨道安装凹槽的两端沿内圆周面分别设置为内圆弧角，并使双半外套圈径向组合后形成设置滚动体轨道安装凹槽的套圈结构，
[0013]所述的硬质合金滚动体外轨道为内圆周中部设置深沟球形滚动体轨道的套筒结构，在深沟球形滚动体轨道内设置球形滚动体，在深沟球形滚动体轨道的两侧间隔距离设置双列角接触球形滚动体轨道，并在硬质合金滚动体外轨道外圆周的两端沿外圆周分别设置为圆弧角，该硬质合金滚动体外轨道压紧设置在双半外套圈内圆周分别设置的滚动体轨道安装凹槽内，并使硬质合金滚动体外轨道两端外圆周分别设置的圆弧角与双半外套圈内圆周滚动体轨道安装凹槽两端分别设置内圆弧角紧密配合，形成组合式的外套圈结构，
[0014]所述的双半内套圈在外圆周的内端分别设置一圈角接触球形滚动体轨道，在其外圆周的中部分别设置一圈角接触球形滚动体轨道，双列球形滚动体分别设置在双半内套圈外圆周中部设置的角接触球形滚动体轨道内，并在双半内套圈的内圆周同轴心同向分别设置为锥孔，使双半内套圈组合后形成同轴心同锥边的锥孔，该锥孔的锥度为1
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20度，双半内套圈同轴心分别设置在硬质合金滚动体外轨道内圆周的两侧，并通过外圆周内端设置的
一圈角接触球形滚动体轨道和外圆周中部角接触球形滚动体轨道内设置的双列球形滚动体分别与硬质合金滚动体外轨道内圆周中部深沟球形滚动体轨道内设置的球形滚动体和深沟球形滚动体轨道两侧设置的双列角接触球形滚动体轨道组合，形成设置三点接触球轴承中置球的双列角接触球轴承结构，
[0015]所述的散热层套圈在其外圆周设置为锥面，并使该锥面的锥度与双半内套圈内圆周锥孔的锥度相同，在散热层套圈锥面的小直径端设置锁紧套，并在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的高速高铁轴承，包括：双半外套圈、硬质合金滚动体外轨道、双半内套圈、散热层套圈、球形滚动体、双列球形滚动体、锁定垫圈、紧固螺母和碳素纤维散热层，其特征是：在双半内套圈的内圆周设置散热层套圈，并在散热层套圈的外圆周与双半内套圈的内圆周之间设置一层碳素纤维散热层，所述的双半外套圈分别为半圆筒形结构，在双半外套圈的内圆周沿圆周分别设置滚动体轨道安装凹槽，在滚动体轨道安装凹槽的两端沿内圆周面分别设置为内圆弧角，并使双半外套圈径向组合后形成设置滚动体轨道安装凹槽的套圈结构，所述的硬质合金滚动体外轨道为内圆周中部设置深沟球形滚动体轨道的套筒结构，在深沟球形滚动体轨道内设置球形滚动体，在深沟球形滚动体轨道的两侧间隔距离设置双列角接触球形滚动体轨道，并在硬质合金滚动体外轨道外圆周的两端沿外圆周分别设置为圆弧角，该硬质合金滚动体外轨道压紧设置在双半外套圈内圆周分别设置的滚动体轨道安装凹槽内，并使硬质合金滚动体外轨道两端外圆周分别设置的圆弧角与双半外套圈内圆周滚动体轨道安装凹槽两端分别设置内圆弧角紧密配合，形成组合式的外套圈结构，所述的双半内套圈在外圆周的内端分别设置一圈角接触球形滚动体轨道，在其外圆周的中部分别设置一圈角接触球形滚动体轨道，双列球形滚动体分别设置在双半内套圈外圆周中部设置的角接触球形滚动体轨道内，并在双半内套圈的内圆周同轴心同向分别设置为锥孔，使双半内套圈组合后形成同轴心同锥边的锥孔，该锥孔的锥度为1
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20度，双半内套圈同轴心分别设置在硬质合金滚动体外轨道内圆周的两侧，并通过外圆周内端设置的一圈角接触球形滚动体轨道和外圆周中部角接触球形滚动体轨道内设置的双列球形滚动体分别与硬质合金滚动体外轨道内圆周中部深沟球形滚动体轨道内设置的球形滚动体和深沟球形滚动体轨道两侧设置的双列角接触球形滚动体轨道组合，形成设置三点接触球轴承中置球的双列角接触球轴承结构，所述的散热层套圈在其外圆周设置为锥面，并使该锥面的锥度与双半内套圈内圆周锥孔的锥度相同，在散热层套圈锥面的小直径端设置锁紧套，并在锁紧套的外圆周设置螺纹，散热层套圈同轴心设置在双半内套圈内圆周的锥孔内，并通过锁紧套外圆周设置的螺纹以锁定垫圈和紧固螺母与双半内套圈紧固组合，所述的碳素纤维散热层为双碳素纤维的复合结构，该碳素纤维散热层由长丝碳素纤维平直排列结构的散热层与长丝碳素纤维圈状编织多孔结构的阻热层复合组成，该碳素纤维散热层压紧设置在双半内套圈内圆周的锥孔面与散热层套圈外圆周的锥面之间，并使碳素纤维散热层设置的长丝碳素纤维平直排列结构的散热层与双半内套圈内圆周锥孔的圆周面密合，组成设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的高速高铁轴承。2.根据权利要求1所述的设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的高速高铁轴承，其特征是：所述的双半内套圈为设置硬质合金深沟球形滚动体内轨道的组合式套圈结构，所述的硬质合金深沟球形滚动体内轨道内圆周的轴向截面呈球形圆弧，所述的双半内套圈在外圆周的内端分别设置角接触球形圆弧槽，双半内套圈同轴心分别设置在硬质合金深沟球形滚动体内轨道内圆周的两侧，双半内套圈通过外圆周内端分别设置角接触球形圆弧槽与硬质合金深沟球形滚动体内轨道内圆周的球形圆弧紧密配合，形成组合式套圈结构，双半内套圈通过外圆周设置的硬质合金深沟球形滚动体内轨道与组合式外套圈内圆周硬质合金滚动体外轨道中部深沟球形滚动体轨道内设置的球形滚动体组
合，组成深沟球轴承的中置球结构。3.根据权利要求1所述的设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的高速高铁轴承，其特征是：所述的双半内套圈为设置硬质合金双半角接触球形滚动体内轨道的组合式套圈结构，所述的硬质合金双半角接触球形滚动体内轨道内圆周的轴向截面呈球形圆弧，所述的双半内套圈在外圆周的内端分别设置角接触球形圆弧槽，双半内套圈同轴心分别设置在硬质合金双半角接触球形滚动体内轨道内圆周的两侧，双半内套圈通过外圆周内端分别设置角接触球形圆弧槽与硬质合金双半角接触球形滚动体内轨道内圆周的球形圆弧紧密配合，形成组合式套圈结构，双半内套圈通过外圆周设置的硬质合金双半角接触球形滚动体内轨道与组合式外套圈内圆周硬质合金滚动体外轨道中部深沟球形滚动体轨道内设置的球形滚动体组合，组成三点接触球轴承的中置球结构。4.根据权利要求1
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3任一所述的设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的高速高铁轴承，其特征是：所述的散热层套圈在其外圆周的锥面与内圆周之间沿轴向设置一条涨缩调节透切缝。5.设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的高速高铁轴承，包括：双半外套圈、硬质合金滚动体外轨道、双半内套圈、散热层套圈、双列球形滚动体和碳素纤维散热层，其特征是：在双半内套圈的内圆周设置散热层套圈，并在散热层套圈的外圆周与双半内套圈的内圆周之间设置一层碳素纤维散热层，所述的双半外套圈分别为半圆筒形结构，在双半外套圈的内圆周沿圆周分别设置滚动体轨道安装凹槽，在滚动体轨道安装凹槽的两端沿内圆周面分别设置为内圆弧角，并使双半外套圈径向组合后形成设置滚动体轨道安装凹槽的套圈结构，所述的硬质合金滚动体外轨道在内圆周的两侧间隔距离设置双列角接触球形滚动体轨道，在该双列角接触球形滚动体轨道内设置双列球形滚动体，并在硬质合金滚动体外轨道外圆周的两端沿外圆周分别设置为圆弧角，该硬质合金滚动体外轨道压紧设置在双半外套圈内圆周分别设置的滚动体轨道安装凹槽内，并使硬质合金滚动体外轨道两端外圆周分别设置的圆弧角与双半外套圈内圆周滚动体轨道安装凹槽两端分别设置内圆弧角紧密配合，形成组合式的外套圈结构，所述的双半内套圈在外圆周的中部分别设置一圈角接触球形滚动体轨道，并在双半内套圈的内圆周同轴心同向分别设置为锥孔，使双半内套圈组合后形成同轴心同锥边的锥孔，该锥孔的锥度为1
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20度，双半内套圈同轴心分别设置在硬质合金滚动体外轨道内圆周的两侧，并通过外圆周中部设置的角接触球形滚动体轨道分别与硬质合金滚动体外轨道内圆周双列角接触球形滚动体轨道内设置的双列球形滚动体组合，形成双列角接触球轴承结构，所述的散热层套圈在其外圆周设置为锥面，并使该锥面的锥度与双半内套圈内圆周锥孔的锥度相同，在散热层套圈锥面的小直径端设置锁紧套，并在锁紧套的外圆周设置螺纹，散热层套圈同轴心设置在双半内套圈内圆周的锥孔内，并通过锁紧套外圆周设置的螺纹以锁定垫圈和紧固螺母与双半内套圈紧固组合，所述的碳素纤维散热层为双层碳素纤维的复合结构，该碳素纤维散热层由长丝碳素纤维平直排列结构的散热层与长丝碳素纤维圈状编织多孔结构的阻热层复合组成，该碳素纤
维散热层压紧设置在双半内套圈内圆周的锥孔面与散热层套圈外圆周的锥面之间，并使碳素纤维散热层设置的长丝碳素纤维平直排列结构的散热层与双半内套圈内圆周锥孔的圆周面密合，组成设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的高速高铁轴承。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟萍，
申请(专利权)人：孟萍，
类型：新型
国别省市：