基于专利信息的轴承技术分析及创新方案研究

专利信息揭示技术发展脉络，并可利用其进行技术创新。

当代世界轴承产业随着现代工业技术的快速发展，早已摆脱被动等待主机需求仓促进行攻关研发的局面。著名轴承企业集团并不局限于市场对轴承产品数量、品种、性能等的需求，还广泛调研主机数量、品种、性能、寿命等潜在需求，以便超前预测、研发轴承新产品。故而在轴承技术领域，新型轴承产品纷纷涌现，技术领域日益拓宽，在材料学、摩擦学、机械工程及机电一体化等诸多学科范畴内的技术水平处于世界前沿。

当代世界轴承产业新产品开发及相关技术发展有如下特点：

1　轴承产品研发向个性化、多样化方向发展

现代技术的快速进步，促使工业、交通、航空、航天以及日常生活用具对轴承产品提出了越来越苛刻的条件，轴承工业早期的通用化、系列化产品已经不再满足时代的要求。为了减少主机设计空间，或为适应特殊工况(防腐蚀、防污染等)，需要设计出特殊的轴承或轴承单元、组件，如汽车轴承轮毂轴承单元、滚轮轴承单元等，航天用真空环境下的自润滑轴承、耐高温的陶瓷轴承等。

2　产品质量向高精密、高性能和长寿命、高可靠性方向发展

随着主机工业对轴承质量的要求越来越高，世界著名轴承企业集团在轴承零部件制造上、在轴承结构设计上，特别是在润滑、新材料技术以及热处理和表面处理技术等方面投入巨资，不断提高轴承的技术性能。如SKF公司对轴承工业涉及的摩擦磨损理论、疲劳断裂等进行了深入研究，NSK等研究中心对新材料技术、润滑技术等进行了研究。

结合轴承工业的发展特点，本文的专利信息研究对象为轴承润滑、密封技术，并以实例阐释如何利用专利信息进行轴承技术创新方案研究。

专利信息数据采集范围：以中国轴承产业专利数据库数据为基础，以关键词“润滑”或“密封”进行检索得到的发明专利为研究对象。

经过专利信息检索、统计，润滑或密封技术发明专利申请共有194件，见图1所示，其中前10名专利申请人及其专利申请数量为：日本NTN公司22件、瑞典SKF公司9件、韩国乐金公司6件、轴研科技6件、德国FAG公司6件、日本NSK公司5件、协同油脂株式会社5件、出光兴产株式会社4件、日本NMB公司4件、瓦轴公司4件。润滑技术领域专利申请前10名主要IPC分布情况见表1。

表1中的主要IPC分类说明如下：

C10M：润滑组合物，这里指轴承各类润滑脂；

F16C：这里指润滑轴承装置；

F16J：这里指润滑轴承密封结构，如密封唇等结构。

下面对其中的C10M和F16C技术分类进行详细分析。C10M按照IPC大组分主要分布为：C10M169类8件、C10M171类5件、C10M105类3件、C10M117类2件、C10M125类2件(部分专利名称相同但专利号及内容均不同)，详见表2和表6。F16C按照IPC大组分主要分布在F16C33类42件，见表7。

从图1及表2～表7可以看出，润滑及密封技术自2005年起专利申请大幅增加，在C10M润滑组合物技术领域，基本上由日本轴承公司或油脂企业申请，日本轴承企业润滑技术主要针对汽车轴承润滑技术领域，而日本油脂企业主要是针对轴承用新型润滑脂进行研发。从以上专利信息还可以分析出，由于汽车轴承多在振动等恶劣工况下运转，工作温度变化较大，多数汽车轴承的失效都源于润滑脂的干涸和密封失效、灰尘和泥水进入轴承。世界著名轴承企业在这方面进行了多年持续的研究，获得了很多专利，如日本NTN公司在2008年11月申请的“轴承密封装置和采用它的车轮用轴承”专利，日本JTEKT公司2008年11月申请的“密封装置、滚动轴承和用于轮子的滚动轴承”专利。以上两专利均采用密封圈离心挡环的径向与轴向结合的复合型密封结构，以主径向密封和辅助径向密封来降低扭矩，而以轴向密封结构来保证对泥水的综合密封效果，达到了耐泥水的效果。

近几年，随着主机工况条件的复杂化，如清洁、真空、高温以及腐蚀等工况要求，润滑脂及密封技术研发取得了明显效果。从以上专利信息来看，自润滑轴承方式的润滑技术越来越多，而在传统的、污染的油气润滑及润滑装置技术领域的专利申请几乎没有。润滑脂发展出清洁环境、防锈、氟润滑组合脂(如日本协同油脂申请的“润滑脂组合物及轴承”专利)，低噪声的矿物油合成碳化氢油的锂皂基润滑脂(如日本NMB申请的“耐热锂润滑脂组合物和低噪音小型电机轴承”专利)，尿素脂(如日本NMB申请的“枢轴组件轴承用润滑脂组合物及枢轴组件用轴承”专利)，真空环境等工况用的二硫化钼、石墨等固体润滑覆膜润滑(如大连三环申请的“耐高温自润滑轴承及制作方法”、江苏CCVI申请的“一种干摩擦自润滑滑动轴承”)。为了进一步提高烧结润滑覆膜的耐久性，出现了类金刚石碳膜(DLC)，如日本株式会社荏原制作所申请的“使用了碳系滑动部件的轴承或密封件”专利。

创新方案研究实例

在航天、航海、船舶工业、纺织机械、汽轮机、冶金轧钢设备、精密仪器仪表以及矿山设备等领域广泛使用高温滚动轴承，作为主机配套的关键基础件。在现有技术中，该轴承的零部件一般全部采用耐高温的特种材料，如M50、Cr4Mo4V、W18Cr4VA或耐热不锈钢等材料，成本昂贵，制造难度较大，且在主机工作温度超过250℃的情况下，轴承的润滑系统往往失效。

浙江双飞无油轴承有限公司的专利申请“铜合金镶嵌固体润滑轴承”公开了一种嵌入式自润滑轴承，此轴承是在轴承基体的金属摩擦面上开出大小适当、排列有序的孔穴，然后在孔穴中嵌入具有独特自润滑性能的成型固体润滑剂而制成的自润滑轴承。由金属基体高力黄铜承受载荷，特殊配方的固体润滑材料起润滑作用，一般这种特殊配方的固体润滑材料为石墨或二硫化钼，在使用过程中，通过摩擦热使固体润滑剂与轴摩擦，形成油、粉末并存润滑的优异条件。

洛阳轴研科技股份有限公司的专利申请“一种高温自润滑轴承保持架材料”公开了石墨作为轴承保持架的自润滑轴承结构。但以上公开的自润滑轴承结构加工难度较大，且轴承精度不易保障，工作极限转速较低，且二硫化钼配方的固体润滑轴承使用温度一般在300℃以内，石墨配方的固体润滑轴承使用温度一般在800℃以内，不能满足轴承配套主机使用温度在800℃以上、高转速、高精度工作条件要求。

日本株式会社荏原制作所的专利申请“使用了碳系滑动部件的轴承或密封件”技术公开了一种滑动轴承或密封件，其中公开了在滑动接触面上设置有类金刚石镀膜层，其厚度为1～5微米。

日本NTN公司的专利申请“一种自润滑轴承”(在华未见申请)，公开了一种自润滑滚动轴承，包括内圈、外圈和加持在内外圈之间的滚珠，在滚珠的外表面沉淀有一层金刚石镀膜，通过润滑油实现自润滑。

结合以上专利信息分析，本文作者对自润滑轴承进行技术创新，并结合实际情况，发明了一种在温度超过800℃的工作环境下的自润滑陶瓷滚动轴承，同时能够保证不低于同种型号轴承的极限转速和精度。为实现上述目的，技术创新原则及方案如下：

根据轴承的技术发展规律，从轴承润滑系统看出，最理想的技术系统进化法则就是“功能齐全、结构消失”，简化润滑系统，利用轴承自身功能进行润滑，可利用涂层、改善润滑油等从微观方面进行技术创新。

自润滑陶瓷滚动轴承由外圈、内圈、一组陶瓷球组成，其中外圈沟道、内圈沟道表面镀有起润滑作用的金刚石镀膜，金刚石镀膜厚度控制在0.55～1微米，以便对轴承设计尺寸不造成影响，保证同型号轴承的极限转速以及精度，同时利用金刚石镀层替代传统的润滑油或者润滑剂，来最大限度地降低轴承系统内摩擦，提高轴承使用寿命。

采用这样的结构后，由于金刚石镀层具有很高的硬度(HV2500)、优良的耐磨性能，摩擦系数极低，且与作为基体的陶瓷轴承内、外圈结合力很强，具有优异的耐蚀性，能耐各种酸、碱等腐蚀，其突破了一般轴承依靠油膜润滑的局限性，具有承载能力高、耐冲击、耐高温、自润滑能力强等特点。利用其低的摩擦系数，降低摩擦力，提高耐磨性，达到无油润滑及使用寿命要求，进而能够大幅提高轴承的耐久性，延长主机设备的使用寿命(见图2)。本方案已申报国家发明专利和实用新型专利。

推荐访问:轴承 专利 创新 方案 分析