CN103697061A - 整合微结构的滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种整合微结构的滚动轴承，包括轴承外圈、轴承内圈、保持架和圆柱或圆锥滚子；所述的圆柱或圆锥滚子的圆柱面或圆锥面整合2层以上延展方向一定排列的纤维层；或圆柱或圆锥滚子的整体均由延展方向一定排列的纤维层构成，纤维层纵横交织构成圆柱或圆锥滚子表层，交织结构厚度大于四倍赫兹接触区半宽。本发明纤维层延展方向与裂纹延展方向相互垂直，纤维层能很好地阻止疲劳裂纹的产生和疲劳裂纹的扩展，提高滚子接触疲劳寿命，从而提高轴承的使用寿命；纤维层是由延展方向相同或者相互垂直的纤维交替叠加而成，这样能防止滚子双向滚动时产生的双向裂纹。

Description

整合微结构的滚动轴承
技术领域
本发明涉及一种滚动轴承，尤其是涉及一种整合微结构的滚动轴承。
背景技术
六十年代后期以来，随着钢材质量的提高，轴承失效形式中，起源于轴承表面裂纹所产生的剥落失效更为常见。
在滚动轴承中，滚动体或内外圈滚动表面，由于接触负荷的反复作用，形成裂纹并继续扩展，直至金属表层产生片状或点坑状剥落，这种现象称为接触疲劳剥落。接触疲劳破坏过程为疲劳裂纹的生成，扩展直至剥落。根据帕姆格林的假设，疲劳裂纹起源于表面下最大动态切应力处，这种裂纹往往与滚动体表面成45度角，即裂纹沿45度方向扩展。
滚子的接触疲劳剥落是轴承失效的一种主要形式，通过改进滚子结构增强滚子疲劳寿命能有效提高轴承使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种整合微结构的滚动轴承，在轴承滚子上整合有多层或整体延展方向一定排列的纤维层，纤维层延展方向与滚子轴线成45度角或135度角的滚动轴承。
本发明采用的技术方案是：
本发明包括轴承外圈、轴承内圈、保持架和圆柱或圆锥滚子；所述的圆柱或圆锥滚子的圆柱面或圆锥面整合2层以上延展方向一定排列的纤维层；或圆柱或圆锥滚子的整体均由延展方向一定排列的纤维层构成，纤维层纵横交织构成圆柱或圆锥滚子表层，交织结构厚度大于四倍赫兹接触区半宽。
所述延展方向一定排列的纤维层，该纤维层延展方向与滚子轴线方向成45度角或者135度角，该纤维层延展方向与滚子疲劳裂纹延伸方向垂直。
所述纤维层由延展方向相互垂直的纤维交替叠加而成。
所述纤维层的材料采用具有较好延展性和较高机械力学强度的材料，为GCr15、GCr9SiMn或GCr18Mo；纤维采用横截面为圆形或扁平长方形的钢丝，圆形纤维直径为10 ~500μm，扁平长方形纤维厚度为2~50μm，宽度为10~500μm。
本发明具有的有益效果是：
1、纤维层延展方向与裂纹延展方向相互垂直，纤维层能很好地阻止疲劳裂纹的产生和疲劳裂纹的扩展，提高滚子接触疲劳寿命，从而提高轴承的使用寿命。
2、纤维层是由延展方向相同或者相互垂直的纤维交替叠加而成，这样能防止滚子双向滚动时产生的双向裂纹。
附图说明
图1是圆柱滚子轴线方向上的接触应力分布图。
图2是整合微结构圆柱滚子横截面。
图3是全纤维层结构圆柱滚子横截面。
图4是纵横交织的纤维层结构示意图。
图5是整合微结构圆柱滚子外观图。
图6是整合微结构圆锥滚子外观图。
图7是圆形纤维横截面图。
图8是扁平长方形纤维横截面图。
图中1、轴承内圈，2、圆柱滚子，3、轴承外圈，4、纤维层，5、圆柱滚子滚芯，6、整合微结构圆柱滚子，7、整合微结构圆锥滚子。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、图2所示，本发明包括轴承外圈1、轴承内圈3、保持架和圆柱或圆锥滚子；所述的圆柱或圆锥滚子的圆柱面或圆锥面整合2层以上延展方向一定排列的纤维层4；或圆柱或圆锥滚子的整体均由延展方向一定排列的纤维层4构成，如图3所示。纤维层4纵横交织构成圆柱或圆锥滚子表层，交织结构厚度大于四倍赫兹接触区半宽。
如图1所示，滚动轴承工作过程中滚子2受到交变应力，易产生接触疲劳，根据理论分析可得，滚子2产生的疲劳裂纹沿滚子圆周45度角扩展，与工程实际情况相符。F为滚子轴线方向受力分布。
如图4所示，所述延展方向一定排列的纤维层，该纤维层延展方向与滚子轴线方向成45度角或者135度角，该纤维层延展方向与滚子疲劳裂纹延伸方向垂直，约束裂纹扩展，提高滚子疲劳寿命。
如图4所示，所述纤维层由延展方向相互垂直的纤维交替叠加而成。
所述纤维层的材料采用具有较好延展性和较高机械力学强度的材料，如GCr15、GCr9SiMn或GCr18Mo等，纤维采用横截面为圆形或扁平长方形的钢丝，圆形纤维直径d为10 ~500μm，扁平长方形纤维厚度h为2~50μm，宽度b为10~500μm。如图7、图8所示。
如图5所示，是整合微结构圆柱滚子外观图。
如图6所示，是整合微结构圆锥滚子外观图。
本发明的工作原理是：
滚动轴承中滚子的疲劳失效多为沿着滚子表面成45度角方向的裂纹扩展，本发明在滚子圆周上整合了一层纤维结构，纤维层的延展方向与裂纹扩展方向相互垂直，即与滚子表面成反方向的45度角，阻止裂纹的产生和扩展。纤维层是由互成90度角的纤维交织而成，能有效阻止裂纹沿左右两方向的扩展。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种整合微结构的滚动轴承，包括轴承外圈、轴承内圈、保持架和圆柱或圆锥滚子；其特征在于：所述的圆柱或圆锥滚子的圆柱面或圆锥面整合2层以上延展方向一定排列的纤维层；或圆柱或圆锥滚子的整体均由延展方向一定排列的纤维层构成，纤维层纵横交织构成圆柱或圆锥滚子表层，交织结构厚度大于四倍赫兹接触区半宽。
2.根据权利要求1所述的一种整合微结构的滚动轴承，其特征在于：所述延展方向一定排列的纤维层，该纤维层延展方向与滚子轴线方向成45度角或者135度角，该纤维层延展方向与滚子疲劳裂纹延伸方向垂直。
3.根据权利要求1所述的一种整合微结构的滚动轴承，其特征在于：所述纤维层由延展方向相互垂直的纤维交替叠加而成。
4.根据权利要求1所述的一种整合微结构的滚动轴承，其特征在于：所述纤维层的材料采用具有较好延展性和较高机械力学强度的材料，为GCr15、GCr9SiMn或GCr18Mo；纤维采用横截面为圆形或扁平长方形的钢丝，圆形纤维直径为10 ~500μm，扁平长方形纤维厚度为2~50μm，宽度为10~500μm。
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