CN103080579A - 轴承环及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种轴承环（160，260，310，410），其具有内圆周（155，255）和外圆周（140，240），以及具有用于在其中一个所述圆周上的滚动元件的滚道（121，221)，所述轴承环具有在其中一个所述圆周的上的齿轮结构（131-138，231-238），以及具有至少一个焊接接头（151，251）。所述焊接接头通过闪光对接焊接形成。优选地，齿轮结构（131-138，231-238）和/或滚道（121，221）通过滚轧、机加工或者其组合成形。

Description

轴承环及其制造方法
技术领域
本发明公开了一种改进的轴承环及其制造方法。
背景技术
滚动轴承是许多技术领域的常用部件。滚动轴承包括外轴承环，内轴承环，以及多个定位在外和内轴承环之间的滚动元件。内和外轴承环具有用于滚动元件的滚道。
在一些技术领域中，诸如，例如，风力发电涡轮机中，期望地是装备滚动轴承的轴承环的至少其中一个具有齿轮结构。实现装备滚动轴承的轴承环具有齿轮结构的已知方法的例子包括如下步骤，连接齿轮结构至轴承环的外圆周或者内圆周，或者通过机加工在轴承环的外或内圆周上形成齿轮结构。
第一种方法，即连接齿轮结构至轴承环的缺点是在齿轮结构和它要连接的轴承环之间的接头随着时间通过如应力，蠕变，侵蚀腐蚀以及磨损将变得薄弱，其可以最终引起接头分离。该缺陷在使用大力的应用中，例如前述的风力发电涡轮机中特别地令人烦恼。
第二种方法，即在轴承环的外或内圆周上机加工齿轮结构的缺点在于机加工的齿轮结构内在地引起结构上的薄弱。
轴承环，至少在外环的情况下，会内在地需要是中空环，上述的所有方法的缺点是难于在它的圆周上制造具有齿轮结构的中空环，关于整体的齿轮结构和轴承环具有足够的精度和质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种在它的圆周上具有齿轮结构的轴承环，其不具有上述的不足，以及也提供用于制造该轴承环的至少一种方法。
该目的通过本发明实现在于它公开了一种轴承环，其具有内圆周和外圆周，以及具有用于在它的其中一个圆周上的滚动元件的滚道。此外，本发明的轴承环具有在它的另一个圆周上的齿轮结构，以及进一步具有通过闪光对接焊接（flash butt welding）形成的焊接接头。
因为闪光对接焊接提供了特别坚固的焊接接头的事实，这是有利的。此外，因为本发明的轴承环具有通过闪光对接焊接形成的至少一个焊接接头的事实，齿轮结构和滚道可以成形在直的钢棒的相对主表面上，该直的钢棒接着弯曲成环形且通过闪光焊接对接在一起。这意味着例如，齿轮结构可以通过诸如标准的齿轮制造技术成形在钢棒上或者在钢棒中，例如，在制造线性传输中使用的技术，与在轴承环上制造齿轮结构的传统方法相比较，这会获得更低的成本和更高的质量。
此外，使用闪光对接焊接使得所使用的钢比制造具有齿轮结构的轴承环的传统制造方法能够具有更高的碳含量。由于使用闪光对接焊接，具有高碳含量的钢，例如，超过0.67%碳含量的钢，可以被用于制造本发明的轴承环，其意味着本发明的轴承环可以比传统的具有齿轮结构的轴承环更坚固，或者它的质量和性能方面相当，但是具有更低的成本。
在本发明的一个实施例中，齿轮结构和/或滚道已经通过滚轧成形，同时，在另一个实施例中，齿轮结构和/或滚道已经通过机加工成形。在进一步的实施例中，齿轮结构和/或滚道已经通过机加工和滚轧的组合成形。
在轴承环的一个实施例中，齿轮结构位于外圆周上，滚道位于内圆周上。
在轴承环的一个实施例中，齿轮结构位于内圆周上，滚道位于外圆周上。
在各种实施例中，齿轮结构包括，嵌齿或者斜齿轮。在一个实施例中，焊接接头位于两个嵌齿或者两个斜齿轮之间。
本发明也公开了用于制造轴承环的方法，其包括如下步骤：
在细长形钢棒的第一主表面上成形第一齿轮结构；
在钢棒的第二主表面上成形滚道，第二主表面是与第一主表面相对的表面；
弯曲该钢棒以形成环，以使得钢棒的两个相对远端部连接；
通过闪光对接焊接彼此结合钢棒的所述两个端部。
本发明也公开了制造轴承环的方法，其包括如下步骤：
在两个或者更多个细长形钢棒的每一个的第一主表面上成形第一齿轮结构；
在两个或者更多个细长形钢棒的每一个的第二主表面上成形滚道，第二主表面是与第一主表面相对的表面；
弯曲两个或者更多个细长形钢棒以使得它们每一个形成具有第一半径的环的环形节段，每个细长形钢棒的齿轮结构和滚道面对相同的方向，向着环节段的内部/外部。
通过闪光对接焊接彼此结合所述两个或者更多个钢棒的端部，从而形成具有所述第一半径的轴承环。
在一个实施例中，滚道和/或齿轮结构通过滚轧成形。
在一个实施例中，滚道和/或齿轮结构通过机加工成形。
在一个实施例中，滚道和/或齿轮结构通过滚轧和机加工成形。
在一个实施例中，滚道和齿轮结构以相同的操作成形。
在所述方法的一个实施例中，钢棒弯曲以形成环，其形式如下：齿轮结构从环的外圆周面对向外，滚道从环的内圆周面对向内。
在所述方法的一个实施例中，钢棒弯曲以形成环，其形式如下：齿轮结构从环的内圆周面对向内，滚道从环的外圆周面对向外。
在所述方法的一个实施例中，齿轮结构形成以包括嵌齿或斜齿轮。在一个该实施例中，齿轮结构或者多个齿轮结构被形成以包括邻接钢棒或者多个钢棒的每一个端部的完整的嵌齿或者斜齿轮，因此使得闪光对接焊接能够在两个嵌齿或者斜齿轮之间实施。
本发明的这些或者其它实施例以及通过本发明获得的优点将在下文说明。
附图说明
本发明将参照附图详述如下，在附图中：
图1a-1d示出了本发明的第一实施例；
图2a-2d示出了本发明的第二实施例；以及
图3示出了本发明的第三实施例；以及
图4示出了本发明的第四实施例；以及
图5示出了本发明的第五实施例。
具体实施方式
图1a-1c示出了获得本发明的一个实施例的轴承环的方法，同时图1d示出了用作滚动轴承的外轴承环的本发明的轴承环。
图1a示出了细长形的钢棒100，其具有第一主表面110和第二主表面120，以及两个相对的远端部115，125。在图1a中的虚线画出了齿轮结构的轮廓，其形成在钢棒100的第一主表面110上。在图1a中，在相对的远端部115，125上的虚线也示出了用于滚动元件的滚道也形成在钢棒上在第二主表面120上，第二主表面120是与第一主表面110相对的主表面。
在本发明的方法的一个实施例中，齿轮结构和/或滚道通过滚轧形成。
在本发明的方法的一个实施例中，齿轮结构和/或滚道通过机加工形成。
在本发明的方法的一个实施例中，齿轮结构和/或滚道通过机加工和滚轧的组合形成。
形成齿轮结构和/或滚道的这些不同方式提供了不同的优点：使用滚轧形成齿轮结构和/或轨道提供了特别坚固的齿轮结构和/或滚道，这是由于通过滚轧所导致的平滑和连续的材料流动。使用机加工形成齿轮结构和/或滚道是有利的，因为机加工在钢棒上执行，即，在与环的弯曲的圆周上机加工相对的直的结构上执行，这使得机加工更容易且成本更低。
适合地，齿轮结构和滚道以相同的操作成形。
在第一主表面110上形成的齿轮结构可以具有不同的形式和形状，与后文所述，但是在图1a-1d中示出的实施例中，齿轮结构成形以包括嵌齿（cog）131-138，其形状为齿的形式，即，具有尖的三角形结构的凸出部，该尖端面对背离齿轮结构位于其上的钢棒的第一主表面110。适合地，在钢棒的主表面上嵌齿均匀地间隔开，且通过中间间隔分离开。
通过本发明给出的另一个优点是，如图1a和1b所示，齿轮结构和滚道形成在直的钢棒的平的表面上，其比在环形表面上形成齿轮结构或者滚道更容易。
图1b示出了在钢棒100的第一主表面110上形成的完整的齿轮结构，即以间隔交错的嵌齿131-138。还示出了滚道121。
通过图1b中的两个箭头所示，钢棒110将被弯曲以形成环，以使得钢棒100的两个相对远端部115，125连接。图1b的箭头指示钢棒沿着引起齿轮结构从被形成的环的外圆周面向向外且滚道121被定位在所形成的环的内圆周上的方向弯曲。在本发明的另一个实施例中，钢棒沿着另一个方向弯曲，以使得齿轮结构从被形成的环的内圆周面向向内且滚道被定位在被形成的环的外圆周上。
一旦钢棒已经弯曲成环形，两个相对远端部115，125通过闪光对接焊接彼此结合，以使得焊接接头形成在环中。（为了完整的目的，如何进行闪光对接焊接的例子将在本文的末尾给出）。
图1c示出了中空轴承环160。如可以从图1c看出的，中空轴承环160具有外圆周140和内圆周155，且具有在外圆周140上的齿轮结构以及在内圆周155上的滚道121。在该例子中的齿轮结构包括交错具有间隔的齿形的嵌齿131-138。
如可以在图1c中所示，通过闪光对接焊接，焊接接头151形成在完成的中空轴承环160中，适合地在两个嵌齿131，138之间。适合地，焊接接头以如下方式放置在两个嵌齿之间：齿轮结构被形成以包括邻接钢棒或者多个钢棒的每个端部的完整的嵌齿，因此使得闪光对接焊接在两个嵌齿之间进行。自然地，本发明也包括其中闪光对接焊接以嵌齿或者斜齿轮实行的实施例，在这种情况中，嵌齿或者斜齿轮的其中一个部分在每个那些钢棒的末端上成形，该末端接着通过闪光对接焊接结合在一起，以使得在两个端部已经通过闪光对接焊接结合至彼此之后，形成完整的嵌齿或者斜齿轮。
图1d示出了在适当位置作为滚动轴承170的外环的中空轴承环160。如所示的，滚动轴承170也包括内环175以及定位在内环175和外环160之间的，在每个环的滚道中的多个滚动元件。在图1d中，闪光对接焊接接头已经经受精加工，例如可以通过机加工完成。
图2a-2d示出了由该实施例获得的本发明的方法以及轴承环260（图2c中示出）的又一实施例，同时图2d示出了在滚动轴承270中使用的中空轴承环260：在图2a-2c中示出的方法和在图2d中示出的滚动轴承270在此不会详细地说明，因为其非常类似于在图1a-1d中所示出的，但是如所示的，齿轮结构（由图2a中的虚线画出轮廓）形成在钢棒200的第二主表面220上，滚道221（由图2a中的虚线画出轮廓）形成在钢棒200的第一主表面210上。适合地，齿轮结构和/或滚道221通过滚轧、机加工或者其组合形成。在该实施例中，类似于图1a-1d中示出的，齿轮结构包括间隔交错的齿形嵌齿231-238。
一旦已经在钢棒200中成形齿轮结构和滚道，如由图2b中的两个箭头所示的，钢棒200弯曲成环形，两个相对端部215，225以与关于图1a-1c中说明的相同方式通过闪光对接焊接彼此结合。以该方式获得的轴承环260因此类似于图1c的轴承环160，但是区别在于齿轮结构从环260的内圆周255面向向内，以及滚道221从轴承环260的外圆周240面向向外。
自然地，图2c的实施例260也可以通过在钢棒200的第一主表面210上形成齿轮结构，接着沿着与图2b中的箭头所示的方向相对的方向弯曲钢棒而获得。
图2d示出了在适当位置作为滚动轴承270的内环的轴承环260。如所示出的，滚动轴承270也包括外环275，定位在内环260和外环275之间的，在每个环的滚道中的多个滚动元件。
如将意识到的，在轴承环中通过滚轧成形的齿轮结构的精确的结构可以以多种方式变化。图3示出了定位作为滚动轴承305的外环的本发明的轴承环310的第三实施例。在该实施例中，齿轮结构已经形成在轴承环310的外圆周340上，以及以具有光滑凸出部的结构的形式，其面对远离轴承环310的圆周。
图4示出了定位作为滚动轴承405的外环的本发明的轴承环410的第四实施例。在该实施例中，齿轮结构已经成形在轴承环410的外圆周440上，并且以斜齿轮的形式。适合地，在该实施例中，焊接接头被放置在两个斜齿轮之间，其以如下方式实现：齿轮结构被形成以包括邻接钢棒或者多个钢棒的每个端部的完整的斜齿轮，因此使得闪光对接焊接能够在两个斜齿轮之间实施，与在斜齿轮中间实施相对。
图5示出了本发明的再一个实施例500。在该实施例中，齿轮结构形成在外齿轮环的外圆周540和在内齿轮环的内圆周555两者上。该实施例500通过组合关于图1和2所述的方法获得。
图1和2示出了通过使用一个连续的钢棒获得轴承环的方法。然而，本发明也公开了通过使用两个或者更多个钢棒获得轴承环的方法，如下所述：
在两个或者更多个细长形钢棒的每一个的第一主表面上成形第一齿轮结构；
在两个或者更多个细长形钢棒的每一个的第二主表面上成形滚道，第二主表面是与第一主表面相对的表面；
弯曲两个或者更多个细长形钢棒以使得它们每一个形成具有第一半径的环的环形节段，每个细长形钢棒的滚道和齿轮结构面对相同的方向，向着环节段的内部/外部，
通过闪光对接焊接彼此结合两个或者更多个钢棒的端部，从而形成具有所述第一半径的轴承环。
因此，本发明的实施例包括使用至少两个钢棒，其被弯曲且接着结合在一起以形成轴承环，该结合通过闪光对接焊接实现。所使用的两个（或者更多个）钢棒可以是相等长度的，这意味着它们会形成轴承环的相等部分，或者它们可以是不同长度的，只要它们弯曲成相同的半径，以使得它们形成装配在一起的不同角度长度的“圆形节段”。
除了在该实施例中使用多个钢棒以使得形成更多的闪光对接焊接接头的事实，其中使用一个钢棒以形成轴承环的实施例的上述的特征也可以应用至该实施例，例如，齿轮结构和滚道的形式和形状以及齿轮结构和滚道如何成形以及它们放置在轴承环的位置。
使用一个或者更多个圆形节段以形成本发明的轴承环也可以表示为如下方式：
第一齿轮结构形成在至少一个细长形钢棒的第一主表面上；
滚道形成在至少一个细长形钢棒的第二主表面上，第二主表面是与第一主表面相对的表面；
该至少一个钢棒弯曲以使得它形成具有第一半径的圆的圆形节段；
至少一个钢棒的端部通过闪光对接焊接彼此结合，从而形成具有第一半径的轴承环。
因此，在此说明的该圆形节段或者是完整的圆（360度）的一个圆形节段，或者是该圆的一部分，它们通过焊接装配在一起以形成完成的圆。自然地，如果使用多于一个的圆形节段（即，每个圆形节段小于360度），在其上形成滚道和齿轮结构的各表面面对相同的方向。
闪光对接焊接已经在上面的说明中提及，一种形式的闪光对接焊接的简短的说明会在下文给出：
已经被彼此接合从而使得钢棒形成环的钢棒的相对远端部在两个夹钳之间被夹紧，上夹钳和下夹钳，上夹钳是钢的，下夹钳是铜的。所述端部在一起并且施加电流。电弧因此在两个配合的表面之间产生，即，两个端部的表面。在闪光对接焊接过程开始时，电弧间隙足够大以甚至露出所述两个面以及清洁所述两个面。减少且接着闭合和打开间隙在两个端部中产生热。当温度已经达到锻造的温度，施加压力。在配合的表面之间产生闪光，其从焊接区域去掉潜在的不纯物和缺陷。
本发明不限于上述的和在附图中示出的实施例的例子，而是可以在附随的权利要求的范围内自由地变化。此外，应该指出的是通过滚轧形成的某种齿轮结构可以增强，即，通过机加工“最终完成”。然而，任何机加工在它的本质上会是小的，因此通过机加工对材料引起的任何缺点会是小的或者是可忽略的。
应指出的是除了那些在附图中示出和上文说明的那些轴承环，本发明的轴承环可以成形以装配大量的不同种类的滚动轴承，在这种情况下，例如滚道可以被设定形状以装配成其它类型的滚动轴承。可以说明的可替换的滚动轴承的例子是所谓的球形滚动轴承，其具有两排辊子，具有在外环中的公共球形滚道以及关于轴承轴线倾斜某一角度的两个内环滚道。本发明的轴承环用于它的其它类型的可替换的滚动轴承包括锥形，圆锥形，圆柱形以及螺旋形滚动轴承以及球轴承。
此外，应清楚的是虽然本发明已经通过数个方法实施例进行说明，可是本发明也包括产品，即，如专利权利要求中所列出的通过这些方法获得的轴承环。此外，本发明也包括滚动轴承，其包括在本发明的任何实施例中所述的轴承环。

Claims (21)

1.一种轴承环（160，260，310，410），其具有内圆周（155，255）和外圆周（140，240），以及具有用于在其中一个所述圆周上的滚动元件的滚道（121，221），所述轴承环具有在所述圆周的另一个上的齿轮结构（131-138，231-238），以及具有至少一个焊接接头（151，251），所述轴承环其特征在于：所述焊接接头通过闪光对接焊接形成。
2.根据权利要求1所述的轴承环（160，260，310，410），其中所述齿轮结构（131-138，231-238）和/或所述滚道（121，221）通过滚轧形成。
3.根据权利要求1所述的轴承环（160，260，310，410），其中所述齿轮结构（131-138，231-238）和/或所述滚道（121，221）通过机加工形成。
4.根据权利要求1所述的轴承环（160，260，310，410），其中所述齿轮结构（131-138，231-238）和/或所述滚道（121，221）通过机加工和滚轧的组合形成。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的轴承环（160，310，410），其中所述齿轮结构位于所述外圆周（140，240）上，所述滚道位于所述内圆周（155，255，340，440）上。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的轴承环（260），其中所述齿轮结构位于所述内圆周（155，255）上，所述滚道（121，221）位于所述外圆周（140，240）上。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的轴承环（160，260，310），其中所述齿轮结构包括嵌齿（131-138，231-238）。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的轴承环（410），其中所述齿轮结构包括斜齿轮。
9.根据权利要求7-8中任一项所述的轴承环（160，260，310），其中所述焊接接头（151，251）位于两个嵌齿之间或者两个斜齿轮之间。
10.一种滚动轴承（305，405），包括权利要求1-9中任一项所述的轴承环（160，260，310，410）。
11.一种制造轴承环（160，260，310，410）的方法，所述方法其特征在于：它包括如下步骤：
在细长形钢棒（100，200）的第一主表面（110，210）上形成第一齿轮结构（131-138，231-238）；
在所述钢棒的第二主表面（120，220）上形成滚道（121，221），所述第二主表面是与所述第一主表面相对的表面；
弯曲所述钢棒以形成环，以使得所述钢棒的两个相对远端部（115，125；215，225）连接；
通过闪光对接焊接彼此结合所述钢棒的所述两个端部。
12.一种制造轴承环（160，260，360，460）的方法，所述方法其特征在于：它包括如下步骤：
在两个或者更多个细长形钢棒的每一个的第一主表面（110，210）上形成第一齿轮结构（131-138，231-238）；
在两个或者更多个细长形钢棒的每一个的第二主表面（120，220）上形成滚道（121，221），所述第二主表面是与所述第一主表面相对的表面；
弯曲两个或者更多个细长形钢棒以使得它们每一个形成具有第一半径的环的环形节段，每个细长形钢棒的所述齿轮结构和所述滚道面对相同的方向，向着环节段的内部/外部；
通过闪光对接焊接彼此结合所述两个或者更多个钢棒的端部，从而形成具有所述第一半径的轴承环。
13.根据权利要求11或12所述的方法，根据其所述滚道（121，221）和/或所述齿轮结构（131-138，231-238）通过滚轧形成。
14.根据权利要求11或12所述的方法，根据其所述滚道（121，221）和/或所述齿轮结构（131-138，231-238）通过机加工形成。
15.根据权利要求11或12所述的方法，根据其所述滚道（121，221）和/或所述齿轮结构（131-138，231-238）通过滚轧和机加工的组合形成。
16.根据权利要求11-15中任一项所述的方法，根据其所述滚道和所述齿轮结构以相同的操作形成。
17.根据权利要求11-16中任一项所述的方法，根据其所述钢棒或者多个钢棒被弯曲，其形式如下：所述齿轮结构从环节段或者环的外圆周（140）面对向外，所述滚道（121）从环节段或者环的内圆周（155）面对向内。
18.根据权利要求11-16中任一项所述的方法，根据其所述钢棒或者多个钢棒被弯曲，其形式如下：所述齿轮结构从环节段或者环的内圆周（255）面对向内，所述滚道（221）从环节段或者环的外圆周（240）面对向外。
19.根据权利要求11-18中任一项所述的方法，根据其所述齿轮结构形成为包括嵌齿（131-138；231-238）。
20.根据权利要求11-19中任一项所述的方法，包括成形所述齿轮结构或者多个齿轮结构以包括斜齿轮。
21.根据权利要求19或20所述的方法，根据其所述齿轮结构或者多个齿轮结构被形成以包括邻接钢棒或者多个钢棒的每个端部的完整嵌齿或者斜齿轮，因此使得闪光对接焊接（151，251，351）能够在两个嵌齿或者斜齿轮之间实施。
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