具有改善抵抗微坑的軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種滾子軸承，其設(shè)置有適于減少或防止微坑的滾動(dòng)接觸表面形貌?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002] 微坑是最初由齒輪行業(yè)引入的術(shù)語(yǔ)，用來(lái)描述有時(shí)會(huì)出現(xiàn)在滾動(dòng)/滑動(dòng)接觸表面 上的微小的表面剝落和裂紋。關(guān)于滾動(dòng)軸承的標(biāo)準(zhǔn)IS015243[1]-損壞與故障一是指這種 損壞或故障模式作為"表面破損"或"表面引發(fā)疲勞"，這是：在減少潤(rùn)滑方式及一定比例的 滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)之下的滾動(dòng)接觸金屬表面凹凸的失效引起形成（1)磨光區(qū)域（釉面；灰色染色）、
[2] 凹凸微裂紋、（3)凹凸微碎片。
[0003]在許多工業(yè)軸承應(yīng)用中，由于需要更高的效率（通過(guò)小型化來(lái)降低重量及成本）， 功率密度已大幅增加。由于工作條件（例如，與更高溫度、更薄油膜和/或邊界潤(rùn)滑條件相 組合的更重負(fù)載）的日益嚴(yán)重，機(jī)器部件可能遭受表面引發(fā)疲勞（或微坑）。在滾動(dòng)元件 軸承中，微坑并不一定是主要的故障模式，但它可以促進(jìn)/加速其它故障模式的出現(xiàn)，如壓 痕、表面引發(fā)剝落及咬死。
[0004] 因此，微坑是造成生命限制性軸承磨損的機(jī)理之一。減輕微坑影響的一種方法是 確保軸承中的滾動(dòng)接觸表面總是由具有足夠厚度的潤(rùn)滑膜隔開(kāi)。然而，特別是當(dāng)采用油脂 潤(rùn)滑時(shí)，軸承有時(shí)將在邊界或混合潤(rùn)滑條件下操作。簡(jiǎn)而言之，適當(dāng)?shù)哪ず穸炔荒芸偸堑玫?保證。
[0005] 防止微坑并改善軸承的磨損及疲勞壽命的第二種方法是采用表面工程技術(shù)，其改 變滾動(dòng)接觸表面的化學(xué)和/或形貌特性。這種技術(shù)的示例公開(kāi)在發(fā)布給Timken公司的 US5503481中。該專(zhuān)利描述了一種在軸承的滾動(dòng)接觸表面上提供各向同性光潔度的方法。 在機(jī)械加工操作比如研磨（其在軸承部件的滾動(dòng)表面上產(chǎn)生定向的粗糙度曲線）之后，軸 承部件被浸漬在與軸承鋼發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以形成保護(hù)涂層的化學(xué)溶液中?；瘜W(xué)溶液還包括研 磨元件，其經(jīng)由攪拌去除粗糙度曲線的上隆起上的保護(hù)涂層，使得能夠與下層鋼發(fā)生進(jìn)一 步化學(xué)反應(yīng)。因此，粗糙度曲線的高度減小，使得淺坑沒(méi)有特別的定向（即各向同性）。最 后，在沒(méi)有化學(xué)溶液的情況下，保護(hù)涂層被除去。
[0006]所得的光潔度通常被稱(chēng)為超級(jí)壓光，并且已經(jīng)示出為顯著提高抵抗軸承磨損（包 括微坑）的機(jī)理。然而，具有超級(jí)壓光的軸承相對(duì)昂貴。因此，在向軸承提供增加的抵抗微 坑方面還存在改善的余地，其可以以簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方式制造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在滾動(dòng)元件軸承中，潤(rùn)滑和表面粗糙度對(duì)微坑和表面損傷起到關(guān)鍵作用。本發(fā)明 基于的理解是，由潤(rùn)滑和粗糙度所起的作用與邊界/混合潤(rùn)滑下的局部摩擦力（在凹凸級(jí)） 和應(yīng)力集中的影響非常相關(guān)。
[0008] 因此，本發(fā)明的目的是限定一種滾動(dòng)元件軸承，其中滾動(dòng)接觸表面的表面形貌被 設(shè)計(jì)成盡量減少在凹凸級(jí)的混合潤(rùn)滑壓力及表面下應(yīng)力。這是通過(guò)制造軸承的部件使得滾 動(dòng)接觸表面具有正確的粗糙度參數(shù)（不僅對(duì)于凹凸高度，還對(duì)于凹凸的方向性）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0009] 具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種軸承，其包括布置在所述軸承的內(nèi)滾道與外滾道之間 的多個(gè)滾動(dòng)元件，由此滾動(dòng)接觸交界面限定在至少一個(gè)滾動(dòng)元件上的第一滾動(dòng)接觸表面與 由所述內(nèi)外滾道之一所形成的第二滾動(dòng)接觸表面之間。所述第一和第二滾動(dòng)接觸表面分別 具有第一RMS粗糙度Rql和第二RMS粗糙度Rq2。此外，所述第一和第二滾動(dòng)接觸表面分別 具有以Peklenik數(shù)丫表示的第一 3D粗糙圖案丫i和第二3D粗糙圖案丫 2。根據(jù)本發(fā)明， 所述滾動(dòng)接觸交界面具有表面形貌，其中：
[0010] -0? 8 彡Rql/Rq2< 1. 25
[0011] 1^3. 0;以及
[0012] -y 10. 0〇
[0013] 粗糙度參數(shù)Rq是根均方平均粗糙度，其可以例如通過(guò)符合IS04288使用光學(xué)輪廓 儀來(lái)進(jìn)行測(cè)量。Rq由下式給出：
[0015] 其中，
[0016] L是在滾動(dòng)方向（X)上的評(píng)估區(qū)域的長(zhǎng)度；
[0017] W是在橫向方向（y)上的評(píng)估區(qū)域的寬度；
[0018] z是粗糙度的局部表面高度，以及
[0019] 5是粗糙度的平均表面高度。
[0020] Peklenik數(shù)Y例如定義在機(jī)械工程師學(xué)會(huì)論文集第1〇2卷中的1967年出版的 "通過(guò)隨機(jī)過(guò)程分析的表面特征和測(cè)量的新發(fā)展"中。其是一種表面的各向同性的測(cè)量，并 且可以被視為代表性凹凸的長(zhǎng)度與寬度的比率。因此，Y=1用于完全各向同性的表面； Y=〇用于具有純粹橫向粗糙圖案的表面和Y=<-用于具有純粹縱向粗糙圖案的表面。 通過(guò)采樣技術(shù)來(lái)確定Peklenik數(shù)，比如在潤(rùn)滑技術(shù)雜志第100卷中1978年出版的"確定3 維粗糙度對(duì)部分流體動(dòng)力潤(rùn)滑作用的平均流動(dòng)模型"中所述。
[0021] 在根據(jù)本發(fā)明的軸承中，第一和第二滾動(dòng)接觸表面（軸承滾道）的粗糙圖案具有 縱向定向。特別地，第二滾動(dòng)接觸表面的定向是高度縱向。傳統(tǒng)軸承的滾道通常具有定向 在縱向方向上的粗糙圖案，但是Peklenik數(shù)比根據(jù)本發(fā)明的軸承要低得多。在對(duì)幾種市售 的軸承進(jìn)行分析之后發(fā)現(xiàn)滾道的Y值在5和8之間。
[0022] 第一和第二RMS粗糙度Rql、Rq2優(yōu)選的是盡可能相等。這基于的理解是，更粗糙的 滾動(dòng)接觸表面在存在滑動(dòng)且沒(méi)有全膜潤(rùn)滑的情況下施加負(fù)載微循環(huán)于更平滑的相對(duì)的滾 動(dòng)接觸表面上。在實(shí)踐中，軸承的滾道通常比滾動(dòng)元件稍微粗糙。因此，在根據(jù)本發(fā)明的軸 承中，對(duì)于第二滾動(dòng)接觸表面（滾道）的粗糙圖案的縱向方向性的要求大于第一滾動(dòng)接觸 表面（滾動(dòng)元件）。
[0023] 本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，其它粗糙度參數(shù)對(duì)盡量減小微坑起作用。在根據(jù)本發(fā)明的軸 承中，所述第一和第二滾動(dòng)接觸表面中的每個(gè)具有粗糙度偏斜Rsk< _〇. 1。偏斜參數(shù)由下 式給出：
[0025] 粗糙度曲線在滾動(dòng)方向（x)以及在橫向方向（y)上的斜率也很重要，特別是在 平均直徑4小于300mm的軸承中。在根據(jù)本發(fā)明的軸承中，第一和第二滾動(dòng)接觸表面中 的每個(gè)具有在滾動(dòng)方向（x)上的斜率參數(shù)RAqx和在橫向方向（y)上的斜率參數(shù)RAqy，當(dāng) d# 300mm時(shí)具有以下值：
[0026] RAqx^ 15mrad
[0027] RAqy< 45mrad，
[0028] 在具有平均直徑dm>300mm的大尺寸軸承中：
[0029] RAqx^ 30mrad
[0030] RAqy< 90mrad，
[0031] 在滾動(dòng)方向上的斜率參數(shù)由下式給出：
[0033] 在橫向方向上的斜率參數(shù)由下式給出：
[0035] 此外，第一和第二RMS粗糙度的實(shí)際值很重要。在根據(jù)本發(fā)明的軸承中，第一和第 二滾動(dòng)接觸表面具有的最大RMS粗糙度與軸承的平均直徑ct有關(guān)，如下：
[0036]Rql和Rq2彡 8xl〇-9(1000dJ0.55[米]〇
[0037] 本發(fā)明還限定了一種制造軸承圈的方法，使得滾道具有Y多1〇的粗糙圖案。所述 方法包括研磨滾道的步驟，這是軸承圈制造中的通常做法。研磨導(dǎo)致表面具有定向在縱向 方向上的高方向性粗糙圖案。研磨之后，軸承滾道通常經(jīng)歷精加工操作，比如珩磨或拋光， 以將粗糙度高度降低至所需水平用于長(zhǎng)磨損壽命。通常，精加工操作不僅使表面更加光滑， 而且更加各向同性。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明所述的方法，軸承圈的滾道進(jìn)行精加工操作，從而降低滾道的粗糙度 高度，而無(wú)需修改由研磨所提供的方向性。還可以應(yīng)用適當(dāng)控制的珩磨處理。
[0039] 因此，可以通過(guò)使用常規(guī)的機(jī)械來(lái)經(jīng)濟(jì)地制備具有增加抵抗微坑的軸承。根據(jù)下 面的詳細(xì)說(shuō)明書(shū)及附圖，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0040] 下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，其中：
[0041] 圖1示出了滾動(dòng)元件軸承的一部分的剖視圖。
[0042] 圖2示出了具有縱向粗糙度形態(tài)的表面形貌。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 圖1示出了滾動(dòng)元件軸承示例的局部剖視圖。在所示的例子中，軸承是圓錐滾子 軸承，包括設(shè)置在內(nèi)圈10和外圈20之間的多個(gè)圓錐滾子。每個(gè)滾子具有外圓柱形表面31， 其與內(nèi)圈上的內(nèi)滾道12和外圈上的外滾道22滾動(dòng)接觸。滾動(dòng)接觸交界面限定在每個(gè)滾子 的外圓柱形表面31與內(nèi)外滾道22、22之間。在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滾子還將經(jīng)歷在滾動(dòng)方向（其 將被指定為x方向）上的一些滑移（滑動(dòng)接觸）。
[0044] 在邊界或混合潤(rùn)滑中，當(dāng)在滾動(dòng)接觸交界面的潤(rùn)滑劑膜具有不足以分離接觸的厚 度時(shí)，表面不規(guī)則性會(huì)影響干燥和潤(rùn)滑點(diǎn)分布在該接觸中的方式。還必須考慮表面牽引力 及可能應(yīng)力集中的不連續(xù)。高粗糙度（或高粗糙度斜坡）將促進(jìn)局部膜坍塌，高接觸壓力 和牽引力。這將加強(qiáng)牽引力不連續(xù)的關(guān)鍵區(qū)域中的應(yīng)力集中。存在的一些滑動(dòng)有助于表面 牽引力，并且發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，微坑首先出