專利名稱：混合式角面接觸滾珠軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滾珠軸承，這種滾珠軸承的類型被稱之為角面接觸型，該軸承包括—一個(gè)鋼制外環(huán)，該外環(huán)具有兩個(gè)內(nèi)部座圈，這兩個(gè)座圈大致背對(duì)背地設(shè)置，并且由座圈槽形成，座圈槽的凹面?zhèn)葟较虻孛娉S承的軸線，而軸向分別地面朝軸承的一相應(yīng)側(cè)，—一個(gè)鋼制內(nèi)環(huán)，該內(nèi)環(huán)由兩個(gè)內(nèi)部半環(huán)構(gòu)成，兩個(gè)半環(huán)并排設(shè)置，并且能夠相互抵靠而軸向地預(yù)加載荷，每一個(gè)半環(huán)具有一條由一座圈槽形成的外部座圈，座圈槽的凹面?zhèn)葟较虻孛娉S承的外側(cè)，而軸向地面朝另一個(gè)內(nèi)部半環(huán)，這樣每一條內(nèi)部半環(huán)的外部座圈面朝外環(huán)的兩條內(nèi)部座圈中相應(yīng)的一條，—兩排滾珠，每一排滾珠設(shè)置在相互面對(duì)的兩對(duì)座圈中的相應(yīng)一對(duì)的兩座圈之間，并且與這兩個(gè)座圈成斜角接觸；以及—兩個(gè)滾珠保持架，每一個(gè)保持架可保持相應(yīng)的—排滾珠中的那些滾珠，并且保持架設(shè)置在外環(huán)與相應(yīng)的內(nèi)部半環(huán)之間。
本發(fā)明尤其涉及上述類型的高精度滾珠軸承，例如精度達(dá)ABEC7或9級(jí)的軸承，具體地說(shuō)是達(dá)到航空質(zhì)量精度要求的軸承。
更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及上述類型的滾珠軸承，即在裝配時(shí)予加載一軸向預(yù)載力以迫使兩內(nèi)部半環(huán)相互抵靠，該軸承的直徑較大，并適用于直升機(jī)旋轉(zhuǎn)斜盤裝置，該裝置也就是用于控制直升機(jī)主旋翼葉片的循環(huán)間距的一種裝置。
已知上述的角面接觸型的滾珠軸承中，其鋼環(huán)與也是鋼制的滾珠配合。
這些現(xiàn)有軸承的缺點(diǎn)在于，它們會(huì)受到氧化作用的影響，這將會(huì)導(dǎo)致滾珠與座圈的剝落，從而限制了軸承的使用壽命。
作為本發(fā)明基礎(chǔ)的問(wèn)題是要克服本技術(shù)領(lǐng)域中該類型滾珠軸承所存在的主要缺陷。
為此，本發(fā)明提出了一種上述類型的角面接觸滾珠軸承，其特點(diǎn)是，兩排滾珠(1)至少其表面以陶瓷制成，而鋼制環(huán)至少在它們的座圈上覆有一層鉻基合金。
由此可獲得一種混合式滾珠軸承，該軸承具有優(yōu)良的耐腐蝕性，并結(jié)合了在基本軸向負(fù)載下的優(yōu)良的潤(rùn)摩特性，這與預(yù)加載荷的角面接觸滾珠軸承的特定的使用模式相一致。
同樣有利的是，兩組滾珠是燒結(jié)的，并且由陶瓷制成，這可以顯著地減少質(zhì)量，大約可減少軸承的總質(zhì)量的10％。有利的是，滾珠的陶瓷至少含有部分的氮化硅(Si3N4)或碳化鈦(TiC)。
用于外環(huán)以及內(nèi)部半環(huán)的鋼材可從下列鋼材中選取至少進(jìn)行一次真空重熔的普通軸承鋼，較佳的型號(hào)為100C6 VIM-VAR，以及總體為不銹鋼的鋼材，較佳的型號(hào)為PYROWEAR675或XD15N，它們可以使軸承獲得較長(zhǎng)的使用壽命。
同樣有利的是，鉻合金的覆層為通過(guò)電解沉積產(chǎn)生的一層鉻含量較高且致密的覆層，覆層厚度約為2至5微米，這樣作為環(huán)的座圈覆層的鉻合金和滾珠的陶瓷的合作產(chǎn)生的結(jié)果是可以特別地提供一種優(yōu)良的耐腐蝕性，同時(shí)，還可以獲得比已知的此類型的軸承更高的剛度。
這些有利的特性，特別是在負(fù)載下的潤(rùn)摩特性，同本技術(shù)領(lǐng)域中已有的此類軸承相比，大大減少了用于潤(rùn)滑軸承的油脂的分解。
由于由此獲得的耐腐蝕性、高的剛度以及減少了潤(rùn)滑油脂的分解，根據(jù)本發(fā)明的軸承所需的維護(hù)成本非常低。
通過(guò)在外環(huán)的外表面和/或各個(gè)內(nèi)部半環(huán)的內(nèi)表面上至少局部地覆上銅的沉積物，可以進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)軸承環(huán)的保護(hù)。
每一個(gè)滾珠保持架具有一外部側(cè)面外圍部分，該部分相對(duì)于保持架(19，20)的內(nèi)部側(cè)面外圍部分徑向地朝外側(cè)偏移，通過(guò)側(cè)面外圍部分，各個(gè)保持架圍繞一圓筒形軸承表面集中在相應(yīng)的內(nèi)部半環(huán)的外側(cè)面上。另外，每一個(gè)滾珠保持架是一整體的，并且由金屬制成，較佳地可用青銅或鋁制成，或者可用帶有加入纖維加強(qiáng)的合成的基體的復(fù)合物，其中的纖維可以是編織的，較佳地為PEEK(聚醚醚酮(polyetheretherketone))樹脂基體中的的短碳纖維或CELERON(注冊(cè)商標(biāo)名)。
根據(jù)本發(fā)明的大直徑的預(yù)加載荷的混合角面接觸滾珠軸承有一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)它適于裝配在直升機(jī)的旋轉(zhuǎn)斜盤裝置中，更一般地說(shuō)，該軸承適用于在轉(zhuǎn)軸與固定殼體之間施加的軸向負(fù)載較重的任何應(yīng)用。
本發(fā)明的其它的優(yōu)點(diǎn)與特征將從下文給出的一個(gè)示范性的實(shí)施例的描述中顯而易見地獲得，但這些描述并不起限制作用，該示范性的實(shí)施例將參照下列附圖進(jìn)行描述，附圖分別為

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)預(yù)加載荷的混合角面接觸滾珠軸承的一軸向部分的截面圖，圖2以放大的比例示出了圖1中的軸承的外環(huán)的橫截面，圖3與圖2的情況相似，該圖以放大的比例示出了圖1的軸承的一個(gè)內(nèi)部半環(huán)的橫截面，圖4為圖1的軸承的兩個(gè)滾珠保持架中一個(gè)的軸向部分的截面；以及圖5為圖4的保持架的截面圖。
圖1示出了一種帶有兩排陶瓷滾珠1的混合軸承，其中的滾珠在一整體的外環(huán)2與一由兩個(gè)內(nèi)部半環(huán)4和5制成的內(nèi)環(huán)3之間成角面接觸，其中的兩個(gè)內(nèi)部半環(huán)4和5是并排設(shè)置的，并且它們?cè)谑褂脮r(shí)相互抵靠著而軸向地預(yù)加載荷。
更具體地說(shuō)，外環(huán)2是用鋼制成的，它的整體形狀為圓筒型。該外環(huán)2包括一中間部分6，其外徑比它兩個(gè)側(cè)面部分7和8的外徑小，而中間部分6位于兩個(gè)側(cè)面部分7和8之間，而每一個(gè)側(cè)面部分具有兩個(gè)內(nèi)部座圈9和10中的相應(yīng)的一個(gè)。這些座圈9和10被制造成座圈槽的形式，它們圍繞軸承的軸線X-X形成一圈，并且大致背對(duì)背的定向，也就是說(shuō)，徑向橫載面基本為圓弧形的槽9和10呈現(xiàn)出這樣一種狀態(tài)，即，它們的凹面?zhèn)葟较虻爻S承的軸線X-X，而軸向地在每一個(gè)側(cè)面朝著軸承相應(yīng)的側(cè)面部分7或8的一側(cè)的外側(cè)。
在每一個(gè)座圈槽9或10的側(cè)向的外側(cè)上的外環(huán)2的相應(yīng)的側(cè)面部分7或8在它側(cè)面中具有三個(gè)凹槽11或12，這些凹槽在圍繞相應(yīng)的側(cè)面部分7或8的側(cè)面周邊的圓周方向中是等距離的，外環(huán)2的這些凹槽11和12例如可用于限制該外環(huán)2在外殼上轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖3中的內(nèi)部半環(huán)4的情況所示，每一個(gè)鋼制內(nèi)部半環(huán)4和5包括一圓筒形的內(nèi)部軸向部分13，與具有一個(gè)外部座圈15的外部或側(cè)面軸向部分14相比，該內(nèi)部軸向部分13的內(nèi)徑較大而外徑較小。另一個(gè)內(nèi)部半環(huán)5具有的結(jié)構(gòu)與內(nèi)部半環(huán)4的結(jié)構(gòu)對(duì)稱，并且也具有一內(nèi)部軸向部分16以及一具有一外部座圈18的外部或側(cè)面軸向部分17，當(dāng)靜止時(shí)，兩個(gè)內(nèi)部半環(huán)4和5通過(guò)一預(yù)定的間隙而軸向隔開，并且當(dāng)軸承安裝成使用結(jié)構(gòu)時(shí)，內(nèi)部半環(huán)相互抵靠而軸向地預(yù)加負(fù)載，并且由此通過(guò)它們的內(nèi)部軸向部分13與16而軸向接觸。外部座圈15與18具有的形狀同樣也是座圈槽圍繞X-X形成一圈，而其徑向截面為一圓弧形，每一個(gè)座圈的凹面?zhèn)葟较虻孛娉S承的外側(cè)，而軸向地面朝另一個(gè)內(nèi)部半環(huán)5或4的外部座圈18或15，也就是說(shuō)，內(nèi)部環(huán)3的外部座圈15和18大致相互面對(duì)著。
一排滾珠被安裝成在內(nèi)部半環(huán)4的外部座圈槽15與外環(huán)2上面對(duì)座圈槽5的內(nèi)部座圈槽9之間成滾動(dòng)接觸，而另一排滾珠被安裝成在內(nèi)部半環(huán)5的外部座圈槽18與外環(huán)2上面對(duì)座圈槽18的內(nèi)部座圈槽10之間成滾動(dòng)接觸。
由此，滾珠被安裝成相對(duì)于軸承的中間徑向平面P-P的斜角接觸，該平面是軸承組件的一個(gè)對(duì)稱平面，當(dāng)軸承被安裝成使用結(jié)構(gòu)而軸向地預(yù)加載荷時(shí)，該平面與內(nèi)部半環(huán)4和5通過(guò)它們的內(nèi)部軸向部分13和16而軸向接觸的平面相一致。
軸承還包括兩個(gè)滾珠保持架19與20，這兩個(gè)保持架也是相對(duì)于徑向平面P-P對(duì)稱的，并且每一個(gè)保持架均被制成一個(gè)整體。保持架19將第一排滾珠1保持在外環(huán)2與內(nèi)部半環(huán)4之間，而保持架19也設(shè)置在兩環(huán)之間，同時(shí)，另一個(gè)保持架20將第二排滾珠保持在外環(huán)2與內(nèi)部半環(huán)5之間，而該保持架20也設(shè)置在兩環(huán)之間。如圖4與圖5所示的保持架19的情況中，有若干空腔24徑向通過(guò)每一個(gè)保持架19和20，每一個(gè)空腔分別容納有一個(gè)相應(yīng)的滾珠1，在相應(yīng)的座圈槽15或18與相應(yīng)的內(nèi)部軸向部分13或16之間的每一個(gè)保持架19和20包括一外部側(cè)面外圍部分21，該部分21關(guān)于該保持架19或20的一內(nèi)部側(cè)面外圍部分22徑向地朝著外側(cè)偏移，它通過(guò)內(nèi)部側(cè)面外圍部分22而圍繞著相應(yīng)的內(nèi)部半環(huán)4或5的一外部圓筒形軸承表面23(參見圖3)對(duì)中。
需指出的是，這些內(nèi)部軸向部分13與16在它們的內(nèi)部側(cè)面周邊上具有至少一個(gè)凹槽，該凹槽可防止內(nèi)環(huán)3的兩個(gè)半環(huán)在安裝于軸承中的軸上轉(zhuǎn)動(dòng)。
兩排滾珠中的滾珠1是燒結(jié)的，并且由陶瓷制成，例如可采用Si3N4或TiC的陶瓷。這些陶瓷滾珠1與鋼環(huán)2和3的座圈槽9、10以及15、18配合，當(dāng)制成環(huán)2和3所用的鋼不是不銹鋼時(shí)，這些鋼環(huán)2和3至少在其座圈槽上，最好是在它們整個(gè)的表面上鍍上一層鉻含量較高的一種致密的合金的覆層。選擇用于生產(chǎn)環(huán)2和3的鋼可以是一種經(jīng)久耐用的鋼，例如，通過(guò)一種通過(guò)雙重真空重熔的方法生產(chǎn)的型號(hào)為100C6的普通軸承鋼，從而給于它良好的夾雜特性(inclusion property)(以限制雜質(zhì))，這種鋼通常被稱為100C6 VIM-VAR。環(huán)2和3也可采用一種總體上是不銹的鋼材制成，為了增加座圈的硬度而對(duì)這些座圈表面滲碳會(huì)使座圈9，10，25和18失去的不生銹的特性，而這可以通過(guò)覆加一層致密的鉻合金覆層來(lái)進(jìn)行彌補(bǔ)，其中那種總體上不會(huì)生銹的鋼材可以為CARPENTER公司(美國(guó))生產(chǎn)的以PYROWEAR675的名稱出售的鋼材和法國(guó)的AUBERT ET DUVAL公司生產(chǎn)的以商品名稱為XD15N出售的鋼材中的一種。
這種致密鉻合金覆層是一種實(shí)際不具有表面多孔性的覆層，它厚度約為2微米到5微米，它是能過(guò)電化學(xué)沉積而產(chǎn)生的，更具體地說(shuō)是通過(guò)電解沉積而產(chǎn)生的。較佳地，這種沉積采用由法國(guó)的DELAGE ELECTROLIZING S.A.atChambery，在法國(guó)實(shí)行的商品名為“Electrolizing”的電解沉積法而實(shí)現(xiàn)。這種方法允許由一種鉻含量較高的、致密的、無(wú)磁性的、硬度極高的合金形成一表面覆層而電解沉積，從而形成一種既不具有多孔性又不帶有小結(jié)的均質(zhì)、平滑、均一的表面，以防止腐蝕、增加耐磨性并減少摩擦。
當(dāng)環(huán)2和3所用的鋼不是不銹鋼時(shí)，可以在外環(huán)2的整個(gè)內(nèi)表面上，以及第一個(gè)內(nèi)部半環(huán)4或5的整個(gè)外表面上鍍上致密的鉻合金覆層。
另外，無(wú)論環(huán)2和3所采用的鋼是不是不銹鋼，都可以在外環(huán)2的所有外表面或部分外表面上，和/或每一個(gè)內(nèi)部半環(huán)4或5的所有內(nèi)表面或部分內(nèi)表面上沉積上一銅覆層。
保持架19和20的側(cè)面不突出于環(huán)2和3的側(cè)面，每一個(gè)整體的保持架19或20可以用金屬制成，例如銅或鋁。然而，每一個(gè)保持架19或20也可以方便地用復(fù)合材料制成，例如一種熱塑樹脂制成的合成基體，其中的熱塑樹脂例如可以為用短碳纖維之類的加強(qiáng)纖維加強(qiáng)的樹脂PEEK(聚醚醚酮)?；蛘?，每一個(gè)復(fù)合保持架19或20可以方便地以一種以商品名稱為CELERON出售的材料制成，并且由一種覆有固化的樹脂的棉編織物生產(chǎn)。
由于滾珠1是由陶瓷制成的，上述的軸承可顯著減少質(zhì)量，可減少10％左右，并且由于在滾珠1的陶瓷與環(huán)2和3的座圈槽的致密的鉻合金覆層之間的合作，該軸承可提供比本技術(shù)領(lǐng)域的其它實(shí)施例更大的剛度，以及在基本的軸向負(fù)載的情況下，還可提供結(jié)合了優(yōu)良的潤(rùn)摩性能的優(yōu)良的耐腐蝕性。與本技術(shù)領(lǐng)域的同類型的軸承相比，這又能大大減少潤(rùn)滑油和脂的分解，由此降低了維護(hù)成本。
在根據(jù)本發(fā)明的這種滾珠軸承裝配在用于直升機(jī)的旋轉(zhuǎn)斜盤裝置的這種應(yīng)用中，這種滾珠軸承無(wú)需重新拆裝加入油脂，就可以在直升機(jī)的工作循環(huán)中達(dá)到1200個(gè)工作小時(shí)。
權(quán)利要求
1.一種角面接觸型滾珠軸承，該軸承包括—一個(gè)鋼制外環(huán)(2)，該外環(huán)具有兩個(gè)內(nèi)部座圈(9，10)，這兩個(gè)座圈大致背對(duì)背地設(shè)置，并且由座圈槽形成，座圈槽的凹面?zhèn)妊貜较蛎娉S承的軸線(X-X)，而沿軸向分別橫向地面朝軸承的一相應(yīng)側(cè)；—一個(gè)鋼制內(nèi)環(huán)(3)，該內(nèi)環(huán)由兩個(gè)內(nèi)部半環(huán)(4，5)構(gòu)成，兩個(gè)半環(huán)并排設(shè)置，并且可以相互抵靠而軸向地預(yù)加載荷，每一個(gè)半環(huán)具有一條由一座圈槽形成的外部座圈(15，18)，座圈槽的凹面?zhèn)葟较虻孛娉S承的外側(cè)，而軸向地面朝另一個(gè)內(nèi)部半環(huán)(5，4)，這樣每一條內(nèi)部半環(huán)(4，5)的外部座圈(15，18)面向外環(huán)(2)的兩個(gè)內(nèi)部座圈(9，10)中相應(yīng)的一個(gè)；—兩排滾珠(1)，每一排滾珠(1)設(shè)置在相互面對(duì)的兩對(duì)座圈中的相應(yīng)一對(duì)的兩座圈(9-15；10-18)之間，并且與這兩條座圈成斜角接觸；以及—兩個(gè)滾珠(1)保持架(19，20)，每一個(gè)保持架可保持相應(yīng)的一排滾珠中的那些滾珠(1)，并且保持架設(shè)置在外環(huán)(2)與相應(yīng)的內(nèi)部半環(huán)(4，5)之間；其特征在于，兩排滾珠(1)至少其表面以陶瓷制成，而鋼制環(huán)(2，3)至少在它們的座圈(9，10，15，18)上覆有一鉻基合金的覆層。
2.如權(quán)利要求1所述的滾珠軸承，其特征在于，滾珠(1)是燒結(jié)的，并且由陶瓷制成。
3.如權(quán)利要求1和2所述的滾珠軸承，其特征在于，陶瓷至少含有一定的Si3N4或TiC。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的滾珠軸承，其特征在于，用于外環(huán)(2)以及內(nèi)環(huán)(3)的鋼材可從下列鋼中選取至少進(jìn)行一次真空重熔的普通軸承鋼，較佳的型號(hào)為100C6 VIM-VAR，以及總體為不銹鋼的鋼材，較佳的型號(hào)為PYROWEAR 675或XD15N。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的滾珠軸承，其特征在于，鉻合金的覆層為通過(guò)電解沉積產(chǎn)生的一層鉻含量較高且致密的覆層，覆層厚度約為2至5微米。
6.如權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的滾珠軸承，其特征在于，每一個(gè)滾珠(1)保持架(19，20)具有一外部側(cè)面外圍部分(21)，該部分相對(duì)于保持架(19，20)的內(nèi)部側(cè)面外圍部分(22)徑向地朝外側(cè)偏移，通過(guò)側(cè)面外圍部分，所述保持架(19，20)在相應(yīng)的內(nèi)部半環(huán)(4，5)的外側(cè)面上圍繞一圓筒形軸承表面(23)而對(duì)中。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的滾珠軸承，其特征在于，每一個(gè)滾珠保持架(19，20)是一整體的，并且由金屬制成，較佳地可用青銅或鋁制成，或者可用帶有加入纖維加強(qiáng)的合成的基體的復(fù)合物，其中的纖維可以是編織的，較佳地為在PEEK(聚醚醚酮)樹脂中的短碳纖維或CELERON。
8.如權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)所述的滾珠軸承，其特征在于，外環(huán)(2)的外表面和/或各個(gè)內(nèi)部半環(huán)(4，5)的內(nèi)表面至少局部地覆有一銅的沉積物。
9.一種如權(quán)利要求1至8中的任何一項(xiàng)所述的滾珠軸承的應(yīng)用，這種滾珠軸承可用于直升機(jī)的旋轉(zhuǎn)斜盤裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種滾珠軸承,該軸承包括兩排陶瓷滾珠,并且在兩個(gè)基本背對(duì)背的內(nèi)部滾珠軸承座圈之間成斜角接觸,它們位于鋼的環(huán)(2)和基本相互面對(duì)著的外部滾珠軸承座圈上,以及位于可相互軸向預(yù)加負(fù)載的內(nèi)部半環(huán)(4,5)上,外環(huán)(2)與內(nèi)環(huán)(3)的座圈覆有一層致密鉻基合金覆層,該覆層與滾珠(1)的陶瓷合作,從而提供了一種滾珠軸承,該滾珠軸承具有優(yōu)良的剛度、耐腐蝕性、在負(fù)載下具有潤(rùn)摩特性的,并且減小了球形體積,由此顯著地減少了潤(rùn)滑油脂的分解以及維護(hù)的成本。本發(fā)明可應(yīng)用于大直徑的預(yù)加載荷的混合滾珠軸承,以吸收軸向負(fù)載,特別可裝配在直升機(jī)的旋轉(zhuǎn)斜盤中。
文檔編號(hào)F16C33/58GK1373837SQ0081285
公開日2002年10月9日 申請(qǐng)日期2000年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月14日
發(fā)明者A·J·比貝特, 讓－皮埃爾·A·卡赫茲 申請(qǐng)人:Snfa公司