如何选择最佳高温轴承？

如何选择最佳高温轴承？

轴承是机器的重要部件，能使机器平稳高效地旋转。在钢铁生产、窑炉和燃气轮机等行业中，温度可以达到很高的水平。在这些条件下，选择正确的轴承至关重要。本文将讨论如何选择正确的材料以及在高温下使用轴承时应考虑的事项，并分享选择最佳轴承类型的实用技巧。

选择高温轴承时应考虑的关键因素

工作温度

了解轴承材料的温度极限：

极端高温对轴承部件的影响：

• 对环、球、保持架和防护罩的影响：极度高温会损坏这些部件，使其随着时间的推移变得更加脆弱和无效。
• 热膨胀风险：高温会使轴承部件膨胀，从而缩小空间并增加摩擦。
• 材料稳定性：使用能在高温下保持形状和尺寸的材料至关重要。这可确保正常运行，并有助于防止在极端高温下出现故障。

负载能力和速度

载荷类型及其对轴承选择的影响：

• 轴向和径向载荷：高温会削弱轴承材料，使得轴承更难承受来自轴向载荷（沿轴）和径向载荷（跨轴）的机械应力。
• 复合载荷：高温轴承需要谨慎选择，以管理轴向和径向载荷。这在高温条件下尤为重要。

高温轴承的速度考虑因素：

高速应用中使用的高温轴承面临着产生更多摩擦和热量的挑战。因此，必须使用既能承受高转速又能承受随之而来的热应力的材料。载荷能力和速度之间往往存在着平衡。像 M50 这样的高速工具钢轴承就是为在极端条件下工作而设计的。它们在快速性能和重负荷下的耐用性之间实现了平衡。

用于高温轴承的润滑剂

高温润滑轴承所面临的挑战：

高温会导致矿物油等传统润滑油分解。一旦出现这种情况，摩擦和磨损就会加剧。这会导致高温轴承的性能降低，使用寿命缩短。

在选择润滑剂时，主要有两种选择：润滑脂和固体润滑剂。高温润滑脂，如氟化润滑脂（如 EXSEV-EX），在某些情况下非常有效。在可以使用液体润滑剂的情况下，它们也能发挥良好的作用。

二硫化钼（MoS2）和二硫化钨（WS2）等固体润滑剂更适用于高温环境。它们不易分解，并能提供良好的润滑效果。

为不同温度范围选择合适的润滑油：

高温轴承的材料选择

陶瓷轴承

优势：

• 高耐热性
• 低热膨胀
• 耐腐蚀性
• 无磁
• 不导电

缺点：

• 高成本
• 脆性
• 与钢材相比承载能力降低

应用：

• 最适合在熔炉中使用
• 航空航天部件
• 无尘室设备

混合轴承

优势：

• 结合了钢环的强度和耐用性以及陶瓷球的低摩擦和耐高温性能。

应用：

• 高速机械
• 电机
• 高温工业环境

高速工具钢轴承

材料：
M50、BG42 和 XD16N 钢。

优势：

• 可以承受极端的速度和温度。
• 具有高强度和耐用性。

应用：

• 钢厂
• 航空涡轮机
• 高性能机械

高温轴承的特殊考虑因素

热膨胀和间隙管理

热膨胀系数 (CTE)：

不同材料在加热时的膨胀率不同。陶瓷的膨胀率较小，而钢材的膨胀率较大。

保持高温轴承的适当游隙。这有助于防止内部压力增加和轴承卡死等问题。

高温条件下的间隙管理：

常温下应留出额外空间。这有助于考虑温度升高时材料的膨胀。不正确的游隙会导致高温轴承不对中，增加摩擦和磨损。这最终会缩短高温轴承的使用寿命，增加故障风险。

在高温环境中的抗腐蚀性

陶瓷材料与不锈钢：

氮化硅（Si3N4）耐大多数酸和碱性溶液。不过，它可能会受到氢氟酸的影响。

氧化锆（ZrO2）和碳化硅（SiC）具有出色的耐腐蚀性。它们在高酸性和高碱性环境中都能很好地发挥作用。

为腐蚀性高温条件选择合适的轴承：

陶瓷材料适用于有腐蚀性气体、化学品或盐水的环境。因此，陶瓷材料非常适合用于化工厂和海洋工业。

环境因素：清洁和真空应用

用于清洁环境的轴承：

使用马氏体不锈钢（SUS440C）和聚合物固体润滑剂有助于减少微粒排放。高温轴承非常适合用于半导体制造、食品加工和洁净室环境。

用于真空环境的轴承：

在真空条件下，首选不锈钢（JIS SUS630）或陶瓷轴承。在真空环境中，常用的润滑剂包括 WS2 和 MoS2。在真空环境中使用高温轴承时，切记要考虑真空压力和温度的变化。

常见高温轴承类型及其应用

全陶瓷轴承

主要特征：

• 完全由氮化硅或氧化锆等陶瓷材料制成。
• 适用于高达 1600°C 的极端温度。
• 应用包括航空涡轮机、半导体设备和高温工业炉。

优缺点：

• 强度：出色的耐热性和耐腐蚀性
• 的弱点：与混合轴承或钢制轴承相比，承载能力较低，成本较高。

混合陶瓷轴承

材料成分：

• 混合陶瓷轴承由钢圈和陶瓷球组成。
• 它们的工作温度通常高达 500°C。
• 常见应用包括高速工业机械、高性能电机和航空发动机。

优势：

• 结合了钢的承载能力和陶瓷的耐热性和低摩擦性。
• 与全陶瓷轴承相比，成本效益更高。

高温钢轴承

最佳用途：

• 适用于温度高达 350°C 的应用。
• 常用材料包括马氏体不锈钢（SUS440C）和沉积硬化钢（SUS630）。
• 典型应用包括炼钢厂、汽车排气系统、食品加工炉和窑炉。

如何确保高温轴承的使用寿命和性能

正确安装和装配

温度对轴承配合的影响：

不同的热膨胀系数会影响高温轴承在运行过程中的配合。膨胀率不同的材料会导致游隙发生变化，从而影响性能。

在安装过程中保持高温轴承的正确游隙。这在高温运行时尤为重要。这有助于保持对准并降低过热或卡死的风险。

箍应力和轴承套圈：

确保高温轴承套圈的箍应力在高温下不超过屈服应力至关重要。过大的箍应力会导致套圈变形或失效，从而影响其完整性和性能。正确的设计和材料选择对于保持安全运行条件和延长高温轴承的使用寿命至关重要。

维护和监测

高温轴承的预防性维护：

常规检查对高温轴承非常重要。定期检查磨损、润滑剂水平和轴承间隙。这有助于在高温轴承恶化之前发现潜在问题。

润滑油管理：在需要时重新涂抹润滑油，并在高温轴承出现磨损或损坏的第一时间进行更换。及时维护可以防止意外故障，延长高温轴承的使用寿命。

轴承故障的早期检测：

注意噪音过大、摩擦力增加或温度骤升，因为这些可能预示着高温轴承可能出现故障。使用监控系统对高温应用至关重要。它们可以发现故障的早期迹象，以便及时进行维护，并有助于防止代价高昂的故障。

结论

总之，高温轴承的性能取决于工作温度、材料选择、负载能力和润滑。选择正确的高温轴承可提高其使用寿命和可靠性，同时降低维护和停机成本。为特定用途定制高温轴承对于实现最佳性能至关重要。向专家咨询是个好主意。他们可以提供有价值的指导，确保您为自己的应用选择合适的轴承。