數億個裝有塑料保持架的軸承,廣泛應用在各種領域,足以證明塑料材料適合做滾動軸承的保持架。合理的最優化保持架設計與塑料材料的特性相結合,則是成功的保證。在許多實例中,塑料保持架表現優於其它類型的保持架。但因所用材料的關係,塑料保持架的應用仍有一定限制。然而,由於技術不斷發展,軸承製造商會不斷測試市場上出現的新材料,以便將來可提供現有材料所達不到的軸承性能。在滾動軸承工業中,塑料顯得越來越重要,特別是作為保持架材料而言。
要求和設計類型
保持架的主要作用是防止滾動元件之互相接觸,使他們保持一定的間隔距離,這是基本額定動載荷和基本額定靜載荷得以有效的先決條件。因為計算的假定條件,是滾動體均勻地沿軸承座圈安裝。在某些軸承類型中,保持架可與滾動體和內圈或外圈構成不可拆的整體。在某些設計,如滾針軸承中,保持架須使滾針平行於軸承軸。保持架上的受力由工作條件決定,並且差異很顯著,因而就需要各種不同類型的保持架。根據材料、結構、引導型式和製造方法的不同,生產出的常用保持架種類,其中最常見的保持架是用鋼板衝壓(圖1)而成。衝壓黃銅保持架(圖2)很少使用,而且往往只在美洲市場上見到。當需求量很少或尺寸很大,衝壓方式極不經濟,或甚至不可能時,會使用機削黃銅保持架(圖3)。所示的保持架,在塑料保持架出現之前,常用在各類標準軸承,也就是一般列在產品型錄上的軸承中。鋼板衝壓保持架在各類主要軸承中,祗用在一定尺寸範圍內。對於某些類型,例如錐形滾子軸承,在特別的沖床上可做出這類保持架,用於直徑尺寸高達1000mm的軸承。實際上,儘管機削黃銅保持架十分昂貴,但仍普遍使用在各類軸承上。上述各類軸承和保持架已用了數十年。當然其它種類的保持架也在不斷地發展。但是塑料作為保持架的材料在1960年代初期出現於世,標誌著軸承技術的一個重大發展。
滾動軸承使用塑料保持架
聚合物塑膠保持架(polymer cages)擁有眾多優異的特性,如重量輕、噪音水準低、滑動性能良好、摩擦低、磨損少、耐腐蝕性高,以及卓越的急速運行性能,因此具有很長的使用壽命。此外,採用聚合物產品生產滾動軸承保持架還能帶來另一大優勢—不僅可設計出幾何形狀複雜的保持架,還能使用快速、大批量一次注射成型生產工藝。為了滿足高溫應用和/或腐蝕性介質的要求,已經有些軸承製造商使用抗化學反應的纖維增強聚醚醚酮聚合物(fibre-reinforced polyetheretherketonePEEKpolymer)來生產保持架(圖4)。PEEK保持架的常見應用包括:氨氣製冷螺螺桿壓縮機、含硫氣體應用、高速機床主軸、混凝土振動篩、含烴、液化氣或防火液壓油介質的流程泵、液冷式汽車發電機、靜音運行電梯變速箱,以及眾多一級方程式賽車應用(包括發動機、變速箱、動力傳動系統和懸架連動裝置等)。憑藉在嚴苛環境下的出色表現,分段式PEEK保持架通常還可用於風電應用中的大型SKF鸚鵡螺軸承(SKF Nautilus bearings)(圖5)。用於標準應用的SKF聚合物保持架主要採用半結晶聚醯胺材料(polyamide PA)製造,並用玻璃纖維增強,從而提高聚合物基體的機械強度和剛度。這種聚醯胺保持架可用於許多不同軸承類型的標準應用,如深溝球軸承和角接觸球軸承、圓柱滾子軸承、滾針軸承和圓錐滾子軸承,以及CARB圓環滾子軸承(toroidal roller bearings)。在鐵路應用方面,用於圓錐滾子軸承單元(Taper roller bearing unit TBU)的保持架採用超韌聚醯胺製成(圖6),從而提高耐衝擊載荷能力。此外,為避免因軸彎曲造成的TBU內圈端面與背環(backing ring)的蠕動腐蝕,保持架中使用了一個具有特殊剛性和高度耐滑、耐壓縮的纖維增強聚醯胺的聚合物墊片。...更多內容,請見《機械新刊》雜誌