CN105156465A - 一种具有复合不同弹性模量轴承内圈和外圈的滚动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有复合不同弹性模量材料的轴承内圈和外圈的滚动轴承，该轴承包括复合轴承外圈、复合轴承内圈、均匀分布于所述复合轴承外圈和所述复合轴承内圈之间的滚动体，所述复合轴承外圈与所述滚动体接触的内表面是弹性模量为E₁的耐磨表层A，所述复合轴承外圈的外侧是弹性模量为E₂的软基A；所述复合轴承内圈与所述滚动体接触的外表面是弹性模量为E₁的耐磨表层B，所述复合轴承内圈的内侧是弹性模量为E₂的软基B；且E₂＝E₁×(40％～60％)，本发明增大所述滚动体2与所述复合轴承外圈1和所述复合轴承内圈3接触时的变形量，有效地增大了接触时的包角，同时减小了接触位置的压强，改善了过盈状态时轴承套圈磨损问题与润滑膜破裂问题。

Description

一种具有复合不同弹性模量轴承内圈和外圈的滚动轴承

技术领域

本发明涉及滚动轴承和滚动轴承部件，具体是一种具有复合不同弹性模量材料的轴承内圈和外圈的滚动轴承。

背景技术

滚动轴承是机器中广泛应用的重要基础件，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，接触压强大，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，减小接触压强，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。采用不同弹性模量的材料复合制造滚动轴承的部件是实现上述效果的一种途径，即轴承内圈和轴承外圈与滚动体接触的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复合组成的轴承内圈和轴承外圈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，而提供一种具有复合不同弹性模量材料的轴承内圈和外圈的滚动轴承，采用不同弹性模量材料复合组成的轴承内圈和轴承外圈，改善轴承结构和材料，来提高滚动轴承的使用寿命。

本发明的技术方案是：具有复合不同弹性模量材料的轴承内圈和外圈的滚动轴承，包括复合轴承外圈、复合轴承内圈、均匀分布于所述复合轴承外圈和所述复合轴承内圈之间的滚动体；

所述复合轴承外圈与所述滚动体接触的内表面是弹性模量为E₁的耐磨表层A，所述复合轴承外圈的外侧是弹性模量为E₂的软基A，所述耐磨表层A和所述软基A固定连接；

所述复合轴承内圈与所述滚动体接触的外表面是弹性模量为E₁的耐磨表层B，所述复合轴承内圈的内侧是弹性模量为E₂的软基B，所述耐磨表层B和所述软基B固定连接；

E₂＝E₁×(40％～60％)；

所述耐磨表层A和所述耐磨表层B的厚度均为H₁，所述滚动体的直径为d，且

$H_1=(\frac{1}{20}~\frac{1}{10})\×d;$

所述软基A和所述软基B的厚度均为H₂，且H₁小于H₂。

上述方案中，所述弹性模量为E₁的耐磨表层A和耐磨表层B的材质均为滚动轴承钢、高速钢、高铬高碳合金、氧化铝陶瓷或碳化硅陶瓷，所述弹性模量为E₂的软基A和软基B的材质均为α钛合金或亚共析钢。

进一步的，E₂＝50％E₁。

上述方案中，所述耐磨表层A和所述耐磨表层B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A和所述软基B上；

进一步的，轴承外径D<1mm，所述耐磨表层A和所述耐磨表层B通过真空溅射分别固定在所述软基A和所述软基B上。

进一步的，轴承外径1mm<D<10mm，所述耐磨表层A和所述耐磨表层B通过喷涂或烧结分别固定在所述软基A和所述软基B上。

进一步的，轴承外径D>10mm，所述耐磨表层A和所述耐磨表层B通过嵌铸或机械结合分别固定在所述软基A和所述软基B上。

本发明的有益效果是：与现有技术相比本发明所述复合轴承外圈和所述复合轴承内圈包括弹性模量不同的复合材料，增大所述滚动体与所述复合轴承外圈和所述复合轴承内圈接触时的变形量，有效地增大了接触时的包角，同时减小了接触位置的压强，改善了过盈状态时轴承套圈磨损问题与润滑膜破裂问题，提高了滚动轴承的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是常用轴承轨道与滚动体接触的示意图。

图3是本发明中复合轴承轨道与滚动体接触的示意图。

图4是以滚珠轴承为例本发明的组合结构示意图。

图中，1、复合轴承外圈；101、耐磨表层A；102、软基A；2、滚动体；3、复合轴承内圈；301、耐磨表层B；302、软基B；4、常用轴承轨道；5、复合轴承轨道；6、接触包角ɑ；7、接触包角β。

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。

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复合不同弹性模量材料的轴承内圈和外圈的滚动轴承的一种实施方式，所述具有复合不同弹性模量材料的轴承内圈和外圈的滚动轴承包括复合轴承外圈1、复合轴承内圈3、均匀分布于所述复合轴承外圈1和所述复合轴承内圈3之间的滚动体2，以及包裹所述滚动体2的保持架。

所述复合轴承外圈1与所述滚动体2接触的内表面是弹性模量为E₁的耐磨表层A101，所述复合轴承外圈1的外侧是弹性模量为E₂的软基A102，所述耐磨表层A101和所述软基A102固定连接。

所述复合轴承内圈3与所述滚动体2接触的外表面是弹性模量为E₁的耐磨表层B301，所述复合轴承内圈3的内侧是弹性模量为E₂的软基B302，所述耐磨表层B301和所述软基B302固定连接。

对于弹性模量为E₁的所述耐磨表层A101和所述耐磨表层B301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。

图2所示为常用滚动轴承内圈或外圈构成的常用轴承轨道4与滚动体接触的示意图，在载荷F的作用下，所述滚动体2与所述常用轴承轨道4接触，并形成接触包角α6。

图3所示为本发明中所述复合轴承外圈1或所述复合轴承内圈3构成的复合轴承轨道5接触示意图，在相同的载荷F的作用下，所述滚动体2和所述复合轴承轨道5接触，并形成接触包角β7。

所述耐磨表层A101和所述耐磨表层B301的厚度均为H₁，所述滚动体2的直径为d，且

$H_1=(\frac{1}{20}~\frac{1}{10})\&times;d;$

所述软基A102和软基B302的厚度均为H₂，且H₁小于H₂，因此所述耐磨表层A101和所述耐磨表层B301的变形量增大，且E₂＝E₁×(40％～60％)。

在载荷作用时弹性模量为E₁的材料层和弹性模量为E₂的材料层同时变形，相同载荷作用下，由于所述复合轴承外圈1和所述复合轴承内圈3的变形量增大，所述接触包角β7大于所述接触包角α6，从而接触位置压强减小。

所述复合轴承外圈1和所述复合轴承内圈3适用于滚珠轴承、滚柱轴承、圆锥滚子轴承和鼓形轴承等滚动轴承。

所述耐磨表层A101和所述耐磨表层B301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A102和所述软基B302上。

其中，当轴承外径D<1mm时，选择真空溅射；

当轴承外径1mm<D<10mm时，选择喷涂或烧结；

当轴承外径D>10mm时，选择嵌铸或机械复合。

图4为所述复合轴承外圈1和所述复合轴承内圈3应用到滚珠轴承为例的组合结构示意图，

滚珠轴承包括复合轴承外圈1、复合轴承内圈3、均匀分布于所述复合轴承外圈1和所述复合轴承内圈3之间的滚动体2；

所述复合轴承外圈1与所述滚动体2接触的内表面是弹性模量为E₁的耐磨表层A101，所述复合轴承外圈1的外侧是弹性模量为E₂的软基A102，所述耐磨表层A101和所述软基A102固定连接。所述耐磨表层A101的材质优选为滚动轴承钢、高速钢、高铬高碳合金、氧化铝陶瓷或碳化硅陶瓷，所述软基A102的材质优选为α钛合金或亚共析钢。

所述复合轴承内圈3与所述滚动体2接触的外表面是弹性模量为E₁的耐磨表层B301，所述复合轴承内圈3的内侧是弹性模量为E₂的软基B302，所述耐磨表层B301和所述软基B302固定连接。

所述耐磨表层B301的材质优选为滚动轴承钢、高速钢、高铬高碳合金、氧化铝陶瓷或碳化硅陶瓷，所述软基B302的材质优选为α钛合金或亚共析钢。

其中无载荷时所述滚动体2的直径d＝12.5mm，且E₂＝50％E₁，其中所述耐磨表层A101和所述耐磨表层B301的厚度均为H₁，H₁＝1.15mm，接触包角增大。本发明通过改变了所述复合轴承外圈1和所述复合轴承内圈3组成材料的弹性模量，增大所述滚动体2与所述复合轴承外圈1和所述复合轴承内圈3接触时的变形量，有效地增大了接触时的包角，同时减小了接触位置的压强，改善了过盈状态时轴承套圈磨损问题与润滑膜破裂问题。

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 (7)

1.具有复合不同弹性模量材料的轴承内圈和外圈的滚动轴承，其特征在于，包括复合承外圈(1)、复合轴承内圈(3)、均匀分布于所述复合轴承外圈(1)和所述复合轴承内圈(3)之间的滚动体(2)；

所述复合轴承外圈(1)与所述滚动体(2)接触的内表面是弹性模量为E₁的耐磨表层A(101)，所述复合轴承外圈(1)的外侧是弹性模量为E₂的软基A(102)，所述耐磨表层A(101)和所述软基A(102)固定连接；

所述复合轴承内圈(3)与所述滚动体(2)接触的外表面是弹性模量为E₁的耐磨表层B(301)，所述复合轴承内圈(3)的内侧是弹性模量为E₂的软基B(302)，所述耐磨表层B(301)和所述软基B(302)固定连接；

E₂＝E₁×(40％～60％)；

所述耐磨表层A(101)和所述耐磨表层B(301)的厚度均为H₁，所述滚动体(2)的直径为d，且 $H_1=(\frac{1}{20}~\frac{1}{10})\&times;d;$

所述软基A(102)和所述软基B(302)的厚度均为H₂，且H₁小于H₂。

2.根据权利要求1所述的具有复合不同弹性模量材料的轴承内圈和外圈的滚动轴承，其特征在于，所述弹性模量为E₁的耐磨表层A(101)和耐磨表层B(301)的材质均为滚动轴承钢、高速钢、高铬高碳合金、氧化铝陶瓷或碳化硅陶瓷制成，所述弹性模量为E₂的软基A(102)和软基B(302)的材质均α钛合金或亚共析钢。

3.根据权利要求2所述的具有复合不同弹性模量材料的轴承内圈和外圈的滚动轴承，其特征在于，E₂＝50％E₁。

4.根据权利要求1所述的具有复合不同弹性模量材料的轴承内圈和外圈的滚动轴承，其特征在于，所述耐磨表层A(101)和所述耐磨表层B(301)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A(102)和所述软基B(302)上。

5.根据权利要求4所述的具有复合不同弹性模量材料的轴承内圈和外圈的滚动轴承，其特征在于，轴承外径D<1mm，所述耐磨表层A(101)和所述耐磨表层B(301)通过真空溅射分别固定在所述软基A(102)和所述软基B(302)上。

6.根据权利要求4所述的具有复合不同弹性模量材料的轴承内圈和外圈的滚动轴承，其特征在于，轴承外径1mm<D<10mm，所述耐磨表层A(101)和所述耐磨表层B(301)通过喷涂或烧结分别固定在所述软基A(102)和所述软基B(302)上。

7.根据权利要求4所述的具有复合不同弹性模量材料的轴承内圈和外圈的滚动轴承，其特征在于，轴承外径D>10mm，所述耐磨表层A(101)和所述耐磨表层B(301)通过嵌铸或机械结合分别固定在所述软基A(102)和所述软基B(302)上。