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氮化硅陶瓷轴承推动航天设备顺利遨游太空

Release time : 2022-11-14 09:30:21

为了拓展社会生产,人类不断探觅新的活动空间。遥远的宇宙太空一直以来都是一个富有神秘感的空间,它给人类带来无尽的遐想。随着科学技术的日益进步,人类对太空的探索更进一步。如今,航空航天已成为21世纪最具深远影响的科学领域,该领域取得的巨大突破和成就标志着人类文明的巨大进步。近期,养贞轴承公司成功帮助国外一位运载火箭,航天器和航天服务的供应商定制了一套氮化硅陶瓷轴承方案。

该客户致力于通过设计、制造和运营航天器,为小型有效载荷提供经济、便捷的进入空间的途径。该客户的运载火箭还为高达10公吨的有效载荷提供低地轨道发射解决方案。空间多功能飞行器(SUV)和蓝色幽灵月球登陆器还实现了从低地轨道到月球表面或更远的任务的飞跃该客户利用高性能太阳能电力推进的优势,可以将有效载荷转移到遥远的或难以到达的轨道上。

由于太空环境十分恶劣,温度、速度、宇宙辐射等因素为航天器的平稳运行增加了一层难度。作为航天机械设备运转的“关节”,轴承的选择无疑是个关键,必须着重考虑重量、硬度、强度、耐热性以及摩擦等方面的因素。深入分析客户的实际工况之后,养贞工程师指出,氮化硅陶瓷轴承是太空应用轴承的首选,并且根据客户设备的实际情况,帮客户定制6200系列,6203系列和6705系列的氮化硅全陶瓷轴承。具体型号为CE6200SIPPCE6203SIPPCE6705SIPP。这些轴承的游隙等级为C3,而且精度为ABEC-7。工程师还结合氮化硅陶瓷轴承的特性和太空应用的特点给出了相应的专业说明。

CE6200SIPP结构图


CE6203SIPP结构图


CE6705SIPP结构图

1. 氮化硅陶瓷轴承是高刚度耐磨损轴承

氮化硅陶瓷轴承的刚度是首屈一指的,这是由其材料的特性决定的。氮化硅轴承采用的陶瓷材料具有类似金刚石的晶体结构,被誉为“工程陶瓷之王”。就里面的滚动元件而言,其硬度可以达到Rc78,并且有一个非常光滑的表面。这样可以确保航天设备在太空中高速运转的情况下滚动元件不会出现磨损或者变形的现象。

另外,由于氮化硅陶瓷的纯度高低会直接决定轴承性能的高低。在研制陶瓷球的过程中,养贞采用先进的工艺和设备,能够保证氮化硅陶瓷材料的超高纯度。超高的纯度能够确保氮化硅陶瓷轴承在太空辐射苛刻的工作环境下依然保持高精度长时间运转。

2. 氮化硅陶瓷轴承是轻量级轴承

氮化硅陶瓷轴承密度低,重量轻。比钢制轴承轻大约60%。较轻的重量可以减少轴承运转时的离心力,从而减少摩擦力,实现高速化。另外,对太空应用而言,设备的轻量化不仅可以减少运行负荷,一定程度上还可以减少不必要的成本。

3. 氮化硅陶瓷轴承是耐温性轴承

耐温性能是由热膨胀系数决定的。氮化硅陶瓷轴承的热膨胀系数非常低,大约是钢制轴承热膨胀系数的25%。即便是温度陡然升高,氮化硅陶瓷轴承内部间隙的变化也很小。这一特点可以确保在高温下能够维持高负载,并能防止振动。优良的耐高温耐及耐高寒性能使得氮化硅陶瓷轴承能够从容应对太空环境下温度剧变的挑战,无论是超高温还是超低温,抑或是过山车式的温度变化的挑战。

氮化硅陶瓷轴承

4. 氮化硅陶瓷轴承是无磁电绝缘轴承

在险要的太空环境中,宇宙粒子电离辐射宇宙磁场等是非可控因素。这些因素极易引发航天器出现故障。哪怕一个小小的零部件都可能会遭受不同程度的“电”或者“磁”的袭击,从而引发整机故障。一旦出现航天器故障,损失将是不可估量的。氮化硅陶瓷轴承具有非常优秀的无磁电绝缘性能。它可以通过强磁场内的磁化生成非常小的回转变动,将污染物吸附到滚动体上的风险降低为0,也就不会存在粘附磨损了。氮化硅陶瓷轴承还能防止电腐蚀,以从容应对太空电粒子和磁场的挑战。

5. 氮化硅陶瓷轴承是低摩擦轴承

氮化硅陶瓷轴承摩擦系数低,是钢制轴承的25%。氮化硅陶瓷轴承中的球具有极其光滑的表面在轴承组件内产生较小的摩擦,甚至不需要或极少需要润滑剂,可以说它本身具有自润滑的功效,可以在没有润滑的情况下持续地进行高速运转,在真空状态下表现良好。另外,氮化硅陶瓷轴承的使用使得滚道应力更小,进而使得航天机械设备更高效运作

综合上述各个角度,氮化硅陶瓷轴承不仅是高刚性、耐磨损、轻量化精密陶瓷轴承,还是耐低温耐高温轴承,更重要的是,它还是优秀的无磁电绝缘轴承和具有自润滑功能的轴承,这些特点使它能够从无数普普通通的轴承中脱颖而出,特别是当面对恶劣环境的应用时。众所周知,养贞深耕氮化硅陶瓷轴承已有二十余年。期间,积累了丰富的经验,并帮客户定制了大量的陶瓷轴承方案。诚然,氮化硅陶瓷轴承相比其他轴承而言价格偏高,但在极其恶劣的环境中,成本方面的支出相对于其优越性带来的价值而言是微不足道的。