设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的航空轴承制造技术

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航空轴承，包括：双半外套圈、硬质合金圆柱滚子外轨道、双半内套圈、散热层套圈、碳素纤维散热层、圆柱滚子、锁定垫圈和紧固螺母，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设置一层高速工具钢、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航空轴承


[0001]本技术涉及轴承，特别是高速轴承及航空轴承。

技术介绍

[0002]目前：世界各国的滚动轴承主要是采用轴承钢制造，在高速转动的机械领域，由于：轴承钢的弹性模量低、接触变形和接触面积较大、滚动体离心重力高，引致这类轴承的滚动体与滚道之间极易产生疲劳性损坏，因此：轴承钢轴承的技术进步处于长期停滞不前状态，目前，随着科学技术的发展不断涌现出各类陶瓷轴承，陶瓷轴承虽然在许多领域具有钢质轴承无法达到的技术优势，但是：资料显示：陶瓷球与钢制滚道之间无论硬度、弹性模量、接触应力、耐疲劳性和耐磨性都存在极大的差异，目前，有些国家采用了陶瓷镀膜滚道的技术以使其氮化硅球与陶瓷镀膜滚道之间的性能接近，但是：因为氮化硅与钢质在不同温度时的涨缩系数有较大差异，其陶瓷镀膜太薄，其镀膜的脆性和镀膜的牢度仍具有许多不确定性，因此：采用了陶瓷镀膜滚道技术的轴承在高速转动领域一直存在许多不可预知的安全风险，所以：目前在高载荷的高速转动领域还是以钢制轴承为主，其陶瓷轴承还不能发挥应有的优势，
[0003]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和转动速度的决定性因素，目前，为解决轴承的散热问题主要采用两种方式，一、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，只适用于设置在产热量不高的普通机械装置中的轴承使用，二、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，但是，采用风冷或水冷仍然存在许多缺陷：其中1：风冷散热受环境温度的限制，其散热效果优于主动散热，但是：风冷散热必须增加风扇系统和风扇的空间；其中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：水冷散热的管路、水泵以及伺服系统复杂，成本高、故障率高，占用空加大，这都是水冷散热如影相随的缺陷。

技术实现思路

[0004]现代研究发现：由碳元素组成的碳素纤维具有极高的热导率(导热系数)，例如：碳素纤维的热导率可达700W
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900W/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
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900W/mk，同时具有良好的机械性能、导电性能，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，在其纤维方向与垂直长丝的方向，其导热性能相差数十倍，即：碳素纤维在沿纤维轴向上具有高热导率(700W
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900W/(m
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K)，而沿碳素纤维径向热导率很低，不到15W/(m
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K)，
[0006]资料显示：各类高速工具钢、工具用白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)，其氮化硅滚动体与硬质合金滚道之间的接触面积比钢球与钢滚道之间的接触面积、氮化硅球与钢滚道之间的接触面积小数十倍，而且具有接触变形小的特性，因此：氮化硅滚动体与硬质合金滚道的组合具有离心力小、摩擦阻力小、疲劳强度高的特性，并具有极高的红硬性，据氮化硅滚动体与硬质合金的有关数证实：氮化硅滚动体与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以上，
[0007]鉴于已有技术的不足，本技术充分利用碳素纤维散热层中设置的碳素纤维平直排列的散热层和碳素纤维圈状编织结构的阻热层的不同功效设计了一种新型的碳素纤维散热层，使轴承通过碳素纤维平直排列的散热层在稳定、迅速散热的同时，并通过碳素纤维圈状编织结构的阻热层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、工具用白钢和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、锋钢和各类特殊制造的硬质合金钢制造的滚动体轨道，并在内、外硬质合金滚动体轨道之间设置氮化硅陶瓷球，以成倍的减小滚动体与滚道之间的接触面积、以减少轴承滚动体与滚道之间的摩擦、降低轴承的磨耗磨损、降低轴承的摩擦系数，可成倍提高轴承的使用寿命，并准确的提高轴承安全可靠性，
[0008]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，因此：本技术创造的散热层套圈在其外圆周的锥面与内圆周之间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，可以杜绝轴承内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，并提出设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的航空轴承。
[0009]本技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0010]设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的航空轴承，包括：双半外套圈、硬质合金圆柱滚子外轨道、双半内套圈、散热层套圈、碳素纤维散热层、圆柱滚子、锁定垫圈和紧固螺母，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碳素纤维散热层，同时在双半外套圈的内圆周设置硬质合金圆柱滚子外轨道，在双半内套圈的外圆周设置硬质合金圆柱滚子内轨道，
[0011]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，
[0012]所述的硬质合金圆柱滚子外轨道为内圆周设置圆柱滚子轨道的套筒结构，在硬质合金圆柱滚子外轨道的内圆周设置圆柱滚子轨道，在硬质合金圆柱滚子外轨道的两端沿外圆周分别设置为圆弧角，该硬质合金圆柱滚子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航空轴承，包括：双半外套圈、硬质合金圆柱滚子外轨道、双半内套圈、散热层套圈、碳素纤维散热层、圆柱滚子、锁定垫圈和紧固螺母，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碳素纤维散热层，同时在双半外套圈的内圆周设置硬质合金圆柱滚子外轨道，在双半内套圈的外圆周设置硬质合金圆柱滚子内轨道，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，所述的硬质合金圆柱滚子外轨道为内圆周设置圆柱滚子轨道的套筒结构，在硬质合金圆柱滚子外轨道的内圆周设置圆柱滚子轨道，在硬质合金圆柱滚子外轨道的两端沿外圆周分别设置为圆弧角，该硬质合金圆柱滚子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，并使硬质合金圆柱滚子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，形成组合外套圈结构，所述的双半内套圈为设置硬质合金圆柱滚子内轨道的组合内套圈结构，所述的硬质合金圆柱滚子内轨道为外圆周设置圆柱滚子轨道的套筒结构，在硬质合金圆柱滚子内轨道的两端沿内圆周分别设置为圆弧角，所述的双半内套圈在其外圆周的外端分别设置圆柱滚子外挡肩，在双半内套圈外圆周的外侧与圆柱滚子外挡肩之间沿外圆周分别设置一圈内圆弧角，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，双半内套圈压紧设置在硬质合金圆柱滚子内轨道内圆周的两侧，并使双半内套圈外圆周外侧设置的内圆弧角与硬质合金圆柱滚子内轨道两端内圆周设置的圆弧角紧密组合，形成组合内套圈结构，圆柱滚子设置在硬质合金圆柱滚子内轨道外圆周设置的圆柱滚子轨道内，双半内套圈通过硬质合金圆柱滚子内轨道外圆周圆柱滚子轨道内设置的圆柱滚子与硬质合金圆柱滚子外轨道内圆周设置的柱滚子轨道组合，形成圆柱滚子轴承结构，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航空轴承。2.设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的航空轴承，包括：外套圈、硬质合金圆柱滚子外轨道、双半内套圈、散热层套圈、碳素纤维散热层、圆柱滚子、锁定垫圈和紧固螺母，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碳素纤维散热层，同时在外套圈的内圆周设置硬质合金圆柱滚子外轨道，
在双半内套圈的外圆周设置硬质合金圆柱滚子内轨道，所述的外套圈在其内圆周的中部设置一圈硬质合金圆柱滚子外轨道，该硬质合金圆柱滚子外轨道为热滚锻时预置的硬质合金圆柱滚子外轨道构件，在硬质合金圆柱滚子外轨道的内圆周设置圆柱滚子轨道，所述的双半内套圈为设置硬质合金圆柱滚子内轨道的组合内套圈结构，所述的硬质合金圆柱滚子内轨道为外圆周设置圆柱滚子轨道的套筒结构，在硬质合金圆柱滚子内轨道内圆周的两端沿内圆周分别设置为圆弧角，所述的双半内套圈在其外圆周的外端分别设置圆柱滚子外挡肩，在双半内套圈外圆周的外侧与圆柱滚子外挡肩之间沿外圆周分别设置一圈内圆弧角，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，双半内套圈压紧设置在硬质合金圆柱滚子内轨道内圆周的两侧，并使双半内套圈外圆周外侧设置的内圆弧角与硬质合金圆柱滚子内轨道两端内圆周设置的圆弧角紧密组合，形成组合式的内套圈结构，圆柱滚子设置在硬质合金圆柱滚子内轨道外圆周设置的圆柱滚子轨道内，双半内套圈通过硬质合金圆柱滚子内轨道外圆周设置的圆柱滚子与外套圈内圆周硬质合金圆柱滚子外轨道内设置的柱滚子轨道组合，形成圆柱滚子轴承结构，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，该炭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航空轴承。3.设置碳素纤维散热层和硬质合金轨道的航空轴承，包括：双半外套圈、硬质合金圆柱滚子外轨道、双半内套圈、散热层套圈、碳素纤维散热层、圆柱滚子、锁定垫圈和紧固螺母，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碳素纤维散热层，同时在双半外套圈的内圆周设置硬质合金圆柱滚子外轨道，在双半内套圈的外圆周设置硬质合金圆柱滚子内轨道，所述的双半外套圈分别为半圆筒形结构，在双半外套圈内圆周的两端分别设置圆柱滚子外挡肩，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与圆柱滚子外挡肩之间沿内圆周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，所述的硬质合金圆柱滚子外轨道为内圆周设置圆柱滚子轨道的套筒结构，在硬质合金圆柱滚子外轨道的内圆周设置圆柱滚子轨道，在硬质合金圆柱滚子外轨道的两端沿外圆周分别设置为圆弧角，该硬质合金圆柱滚子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，并使硬质合金圆柱滚子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，形成组合外套圈结构，圆柱滚子设置在硬质合金圆柱滚子外轨道内圆周设置的圆柱滚子轨道内，
所述的双半内套圈为设置硬质合金圆柱滚子内轨道的组合式的内套圈结构，所述的硬质合金圆柱滚子内轨道为外圆周设置圆柱滚子轨道的套筒结构，在硬质合金圆柱滚子内轨道内圆周的两端沿内圆周分别设置为圆弧角，所述的双半内套圈在其外圆周的外端分别设置一圈抬肩，在双半内套圈外圆周的外侧与抬肩之间沿外圆周分别设置一圈内圆弧角，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，双半内套圈压紧设置在硬质合金圆柱滚子内轨道内圆周的两侧，并使双半内套圈外圆周外侧设置的内圆弧角与硬质合金圆柱滚子内轨道两端内圆周设置的圆弧角紧密组合，形成组合内套圈结构，双半内套圈通过硬质合金圆柱滚子内轨道外圆周设置的圆柱滚子轨道与硬质合金圆柱滚子外轨道内圆周圆柱滚子轨道内设置的柱滚子组合，形成圆柱滚子轴承结构，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...

【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：