专用轴承直接面向配套主机,需要满足各种苛刻的个性化要求(包括极端工况和极限性能),集成着许多先进甚至是尖端技术的应用,是轴承工业聚焦于性能提升与科技创新的核心产品载体。
1)机床主轴轴承。以角接触球轴承为代表3320A,QJ219N2PHAS/C2L,SKF推出有CD,CE和FB 3种结构形式,分别适用于重载、高速和超高速,实现了工况的全覆盖;Schaeffler在RS,HS系列的基础上,又开发了M系列,其结合了前2个系列的优点,且可靠性进一步提高;NSK开发了全新一代“robust”系列轴承,具有低温升、抗咬合、长寿命等综合优良性能,其中用于超高速轴承的SHX耐热钢,比航空发动机主轴轴承用M50钢更抗咬合、耐磨损及更优的疲劳寿命。
2)电机轴承。Schaeffler的新一代C型深沟球轴承,减小摩擦力矩35%,降低噪声50%,宣称是“与1883年磨球机的发明(作者注:即现代轴承工业发祥的标志)相提并论的历史里程碑”;NSK的GR系列深沟球轴承,具有低能耗、平顺静音的技术特点,适用于空调器、吸尘器、CPU冷却风扇等高效能电动机。
3)汽车轴承。乘用车用第3代轮毂轴承单元逐步成为市场主导产品。NSK开发的用于皮卡、大型SUV和商用车的第2.5,3代圆锥滚子轮毂轴承单元,通过集成化及低摩擦技术的应用,进一步提高了汽车的可靠性和燃油效率;SKF的轻型汽车轮毂轴承单元,凸缘部位以铝合金代替钢材,不仅质量减轻30%,而且在腐蚀性环境和宽温域下仍能保持其刚度和耐久性;Schaeffler的重型卡车用免维护(无需更换密封件和润滑脂)圆锥滚子轮毂轴承单元,质保期50×104 km,设计寿命100×104 km,终生免维护,而先前的第2代轮毂轴承单元的设计寿命仅要求30×104 km,50×104 km;JTEKT的“高温和高速用增压器用轴承单元”,采用耐高温材料的套圈、保持架和陶瓷滚动体等,在工作温度350℃下,转速可达250 000 r/min ,而传统的增压器用轴承只能在工作温度150℃下达到50 000 r/min。
4)铁路轴承-。NSK新研发的双列圆柱滚子轴箱轴承,适用于设计时速320 km的E5系列高速列车,而原来仅能满足设计时速为275 km的E2,E3系列列车[4];SKF,Schaeffler,NTN及NSK提供于中国高铁动车组的轴箱轴承,均能满足列车运营时速200~350km且具有长交路、高密度、宽温域、复杂地质条件的苛刻要求;Schaeffler最新推出的牵引电动机用J20G绝缘轴承,套圈喷涂陶瓷,耐受击穿电压达到DC5 000 V(过去一般为DC1 000 V,最高为DC 3 000 V),是目前国际上最领先水平。
5)风电轴承。风电轴承是近20年来发展最为迅猛的专用轴承,创新产品主要集中在主轴轴承和增速器轴承上。如TIMKEN的主轴用TDI型双列圆锥滚子轴承,可吸收轴向载荷,减低齿轮箱的磨损即延长其使用寿命;SKF的主轴用“鹦鹉螺”双列圆锥滚子轴承单元,可以方便连接,减轻重量,减小摩擦,提高风机运行的可靠性。TIMKEN的增速器行星轮集成式柔性销组件,将齿轮与轴承外圈一体化,杜绝了外圈“跑圈”的可能性,同时提高了轴承的载荷能力,柔性销结构还改善了齿轮的啮合性能;Schaeffler等公司的增速器中高速端轴承,采用氧化发黑涂层(黑化)处理,不仅可以减轻高速轻载打滑损伤,耐受腐蚀和改善润滑剂表面的附着力,而且可以有效防止白色组织裂纹的发生;NSK采用自主研发的AWS-TF钢,耐白色组织寿命提高7倍,耐表面剥落寿命提高3倍,韧性则提高了2倍。
6)其他专用轴承。轧机轴承——NTN的轧辊用密封四列圆锥滚子轴承,防水性能和承载能力提高至2倍,使用寿命改进至1.8倍。矿山机械轴承——TIMKEN的DuraSpe××功率密度系列圆锥滚子轴承用于水泥立磨机,承载能力提高了28%,使用寿命提高至原轴承的2倍[5]。振动机械轴承——NSK的CA—VS3 ,CA—VS4调心滚子轴承,与原CA—VS轴承相比,最高可增长寿命至2倍,提高额定动载荷至25%。
这一时期,在细分市场上形成较大增量的专用轴承有风电轴承、机器人轴承、新能源汽车轴承以及高铁轴承、医疗器械轴承等,其中大多都依赖于中国市场的快速发展。而风电设备的大功率化(8 MW、10 MW、12 MW甚至更大)、新能源汽车驱动电动机的高速化等发展趋势,也给关键部位配套轴承提出了不小挑战,各种解决方案的创新也极大地促进了轴承产品技术水平向高阶跃升。