CN105134788A - 一种具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承，所述具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承包括复合轴承内圈、复合轴承外圈、均匀分布于所述复合轴承内圈和所述复合轴承外圈之间的复合滚动体；所述复合轴承内圈包括弹性模量为E₂的软基A和弹性模量为E₁的耐磨表层A；所述复合滚动体的包括弹性模量为E₁的耐磨表层B和弹性模量为E₂的软基B；所述复合轴承外圈包括弹性模量为E₂的软基C和弹性模量为E₁的耐磨表层C；且E₂＝(40％～60％)E₁；本发明通过采用不同弹性模量的材料复合制造滚动轴承，增大了滚动体与轴承内圈、轴承外圈滚道的接触面积，增大了接触包角，减小了接触压强，在一定程度上可以减少滚动轴承的磨损，增强抗冲击能力，提高滚动轴承的寿命。

Description

一种具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承

技术领域

本发明属于轴承技术领域，具体涉及一种具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承。

背景技术

滚动轴承是机器中广泛应用的重要基础件，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的，滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体和保持架四部分组成。长期以来，人们广泛采用高弹性模量的材料制造滚动轴承，以实现滚动轴承的高硬度、高耐磨性和良好的承载能力。但高的弹性模量会导致滚动体与轴承内外圈的接触变形小，接触面积小，接触包角α小，接触压强P大，单位接触面积上的摩擦力大，增加了轴承的磨损。接触压强大也不利于润滑油膜的形成，降低了润滑剂的减摩效果。此类问题在航空发动机、高速轮轨交通等高速、重载条件下使用的滚动轴承尤为突出。

保持滚动体与轴承内外圈滚道接触面的高硬度、高耐磨性，适当增加接触变形，增大滚动体与轴承内外圈滚道的接触面积，增大接触包角α，减小接触压强p，在一定程度上可以减少滚动轴承的磨损，提高滚动轴承的寿命。采用不同弹性模量的材料复合制造滚动轴承是实现上述效果的一种途径，即滚动体与内外圈的接触表面层为高弹性模量、高硬度的材料，非接触部分为弹性模量较低的易变形材料。到目前为止，尚未有一种通过高低弹性模量材料组合来提高使用寿命的滚动轴承。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，而提供一种具有软基耐磨表层的复合滚动轴承。

本发明的技术方案是：一种具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承，包括复合轴承内圈、复合轴承外圈、均匀分布于所述复合轴承内圈和所述复合轴承外圈之间的复合滚动体；

所述复合轴承内圈包括弹性模量为E₂的软基A和弹性模量为E₁的耐磨表层A，所述耐磨表层A包裹在所述软基A外，并与所述软基A固定连接；

所述复合滚动体的包括弹性模量为E₁的耐磨表层B和弹性模量为E₂的软基B,所述耐磨表层B包覆在软基B的外表面、并与所述软基B固定连接；

所述复合轴承外圈包括弹性模量为E₂的软基C和弹性模量为E₁的耐磨表层C，所述软基C包裹在所述耐磨表层C外，并与所述软基C固定连接。

上述方案中，E₂＝(40％～60％)E₁。

上述方案中，所述耐磨表层A的厚度H₁为所述复合滚动体的直径D₁的1/20～1/10。

上述方案中，所述耐磨表层B的厚度H₂为所述复合滚动体的直径D₁的1/20～1/10。

上述方案中，所述耐磨表层C的厚度H₃为所述复合滚动体的直径D₁的1/20～1/10。

上述方案中，所述耐磨表层A、所述耐磨表层B和所述耐磨表层C均由滚动轴承钢、高速钢、高铬高碳合金、氧化铝陶瓷或碳化硅陶瓷制成，所述软基A、所述软基B和所述软基C均由α钛合金或亚共析钢制成。

上述方案中，所述轴承外径D<1mm，所述耐磨表层A、所述耐磨表层B和所述耐磨表层C均通过真空溅射沉积在所述软基A、所述软基B和所述软基C上。

上述方案中，所述轴承外径1mm<D<10mm，所述耐磨表层A、所述耐磨表层B和所述耐磨表层C通过喷涂或烧结在所述软基A、所述软基B和所述软基C上。

上述方案中，所述轴承外径D>10mm，所述耐磨表层A、所述耐磨表层B和所述耐磨表层C通过喷涂、烧结、嵌铸或机械结合的方式固定在所述软基A、所述软基B和所述软基C上。

本发明的有益效果是：与现有技术相比本发明通过采用不同弹性模量的材料复合制造的复合滚动轴承，适当增大了滚动体与轴承内、外圈滚道的接触变形，增大了接触面积，增大了接触包角，减小了接触压强，在一定程度上可以减少滚动轴承的磨损，保持滚动体与轴承内、外圈滚道接触面的高硬度、高耐磨性，提高滚动轴承的寿命。

附图说明

图1为本发明复合滚动轴承工作时的径向受力局部剖视图。

图2为传统滚动轴承工作时的径向受力局部图。

图中：1、常用轴承内圈；2、常用滚动体；3、常用轴承外圈；4、接触包角ɑ₁；5、软基A；6、耐磨表层A；7、耐磨表层B；8、软基B；9、耐磨表层C；10、软基C；11、接触包角ɑ₂；12、复合轴承内圈；13、复合滚动体；14、复合轴承外圈。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示为本发明所述具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承的一种实施方式，在该实施方式中，所述具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承，包括复合轴承内圈12、复合轴承外圈14、均匀分布于所述复合轴承内圈12和所述复合轴承外圈14之间的复合滚动体13，以及包裹所述复合滚动体13的保持架。

所述复合轴承内圈12、所述复合轴承外圈14以及所述复合滚动体13均由两种材料复合制成。所述复合轴承内圈12包括弹性模量为E₂的软基A5和弹性模量为E₁的耐磨表层A6，所述耐磨表层A6包裹在所述软基A5外，并与所述软基A5固定连接；

所述复合滚动体13的包括弹性模量为E₁的耐磨表层B7和弹性模量为E₂的软基B8,所述耐磨表层B7包覆在软基B8的外表面、并与所述软基B8固定连接；

所述复合轴承外圈14包括弹性模量为E₂的软基C10和弹性模量为E₁的耐磨表层C9，所述软基C10包裹在所述耐磨表层C9外，并与所述软基C10固定连接。

对于弹性模量为E₁的所述耐磨表层A6、所述耐磨表层B7和所述耐磨表层C9的性能，要求是具有高的接触疲劳强度、高的硬度和耐磨性、足够的韧性和淬透性。

所述耐磨表层A6、所述耐磨表层B7和所述耐磨表层C9的硬度高具有良好耐磨性且弹性模量均为E₂，所述软基A5、所述软基B8和所述软基C10易变形，且弹性模量均为E₁，且E₂＝(40％～60％)E₁。

所述耐磨表层A6的厚度H₁为所述复合滚动体13的直径D₁的1/20～1/10。

所述耐磨表层B7的厚度H₂为所述复合滚动体13的直径D₁的1/20～1/10。

所述耐磨表层C9的厚度H₃为所述复合滚动体13的直径D₁的1/20～1/10。

所述耐磨表层A6所述耐磨表层B7和所述耐磨表层C9通过真空溅射、喷涂、烧结、嵌铸或机械结合分别固定在所述软基A5、所述软基B8和所述软基C10上。

所述复合滚动轴承外径D<1mm，所述耐磨表层A6所述耐磨表层B7和所述耐磨表层C9通过真空溅射分别固定在所述软基A5、所述软基B8和所述软基C10上。

所述复合滚动轴承外径1mm<D<10mm，所述耐磨表层A6所述耐磨表层B7和所述耐磨表层C9通过喷涂或烧结分别固定在所述软基A5、所述软基B8和所述软基C10上。

所述复合滚动轴承外径D>10mm，所述耐磨表层A6所述耐磨表层B7和所述耐磨表层C9可通过喷涂、烧结、嵌铸、机械结合嵌铸或机械结合分别固定在所述软基A5、所述软基B8和所述软基C10上。

所述具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承可以适用于球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承以及鼓形滚子轴承等轴承中。

所述耐磨表层A6、所述耐磨表层B7和所述耐磨表层C9均由滚动轴承钢、高速钢、高铬高碳合金、氧化铝陶瓷或碳化硅陶瓷制成，所述软基A5、所述软基B8和所述软基C10均由α钛合金或亚共析钢制成,且所述α钛合金的弹性模量E₂≈1/2E₁。

本实施例中复合滚动轴承内径为12mm,复合滚动轴承轴承外径为37mm，所述复合滚动体13直径D1为12.5mm，所述复合滚动体13中弹性模量为E1滚动轴承钢厚度H₂＝1.25mm，轴承内圈12中弹性模量为E₁滚动轴承钢厚度H₁＝1.15mm，轴承外圈14中弹性模量为E₁滚动轴承钢厚度H₃＝1.15mm，滚动轴承钢和α钛合金的组合方法选择机械结合。

图2所示为传统滚动轴承工作时的径向受力局部图，在载荷F的作用下，常用滚动体2与常用轴承外圈3和常用轴承内圈1接触，并形成接触包角α₁4。

在相同载荷F的作用下，所述复合滚动体13和所述复合轴承内圈12以及所述复合轴承外圈14的接触面积增大，增大了接触包角形成接触包角α₂11。

所述接触包角α₂11大于所述接触包角α₁4。

本发明通过采用不同弹性模量的材料复合制造滚动轴承，保持了滚动体与轴承内圈、轴承外圈滚道接触面的高硬度、高耐磨性，且适当增加了接触变形，增大了滚动体与轴承内圈、轴承外圈滚道的接触面积，增大了接触包角，减小了接触压强，在一定程度上可以减少滚动轴承的磨损，提高滚动轴承的寿命。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承，其特征在于，包括复合轴承内圈(12)、复合轴承外圈(14)、均匀分布于所述复合轴承内圈(12)和所述复合轴承外圈(14)之间的复合滚动体(13)；

所述复合轴承内圈(12)包括弹性模量为E₂的软基A(5)和弹性模量为E₁的耐磨表层A(6)，所述耐磨表层A(6)包裹在所述软基A(5)外，并与所述软基A(5)固定连接；

所述复合滚动体(13)的包括弹性模量为E₁的耐磨表层B(7)和弹性模量为E₂的软基B(8),所述耐磨表层B(7)包覆在软基B(8)的外表面、并与所述软基B(8)固定连接；

所述复合轴承外圈(14)包括弹性模量为E₂的软基C(10)和弹性模量为E₁的耐磨表层C(9)，所述软基C(10)包裹在所述耐磨表层C(9)外，并与所述软基C(10)固定连接。

2.根据权利要求1所述的具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承，其特征在于，E₂＝(40％～60％)E₁。

3.根据权利要求1所述的具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承，其特征在于，所述耐磨表层A(6)的厚度H₁为所述复合滚动体(13)的直径D₁的1/20～1/10。

4.根据权利要求1所述的具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承，其特征在于，所述耐磨表层B(7)的厚度H₂为所述复合滚动体(13)的直径D₁的1/20～1/10。

5.根据权利要求1所述的具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承，其特征在于，所述耐磨表层C(9)的厚度H₃为所述复合滚动体(13)的直径D₁的1/20～1/10。

6.根据权利要求1所述的具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承，其特征在于，所述耐磨表层A(6)、所述耐磨表层B(7)和所述耐磨表层C(9)均由滚动轴承钢、高速钢、高铬高碳合金、氧化铝陶瓷或碳化硅陶瓷制成，所述软基A(5)、所述软基B(8)和所述软基C(10)均由α钛合金或亚共析钢制成。

7.根据权利要求1所述的具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承，其特征在于，所述复合滚动轴承外径D<1mm，所述耐磨表层A(6)、所述耐磨表层B(7)和所述耐磨表层C(9)均通过真空溅射沉积在所述软基A(5)、所述软基B(8)和所述软基C(10)上。

8.根据权利要求1所述的具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承，其特征在于，所述复合滚动轴承外径1mm<D<10mm，所述耐磨表层A(6)、所述耐磨表层B(7)和所述耐磨表层C(9)通过喷涂或烧结在所述软基A(5)、所述软基B(8)和所述软基C(10)上。

9.根据权利要求1所述的具有软基和耐磨表层的复合滚动轴承，其特征在于，所述复合滚动轴承外径D>10mm，所述耐磨表层A(6)、所述耐磨表层B(7)和所述耐磨表层C(9)通过喷涂、烧结、嵌铸或机械结合的方式固定在所述软基A(5)、所述软基B(8)和所述软基C(10)上。