CN105387073A - 一种带有耐高温固定架的钴系钢圆锥滚子轴承 - Google Patents

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Abstract

一种带有耐高温固定架的钴系钢圆锥滚子轴承，本发明涉及一种耐高温圆锥滚子轴承，本发明内容是为了解决现有技术中圆锥滚子轴承保持架兜孔与滚子的接触线较长，造成非承载区滚动体在高温重载工况时的运动阻力加大，产生较大的摩擦力矩，圆锥滚子轴承耐高温条件无法达到从常规250℃左右提升到500～600℃的要求，它包括轴承外圈、轴承内圈、轴承固定架和多个活动体，轴承外圈、轴承内圈和轴承固定架均为锥形套体，轴承固定架的侧壁上均布加工有多个活动体安装孔，活动体安装孔的两个相对的侧壁加工有两个弧面，且每个活动体安装孔内对应安装有一个活动体，轴承固定架套装在轴承内圈上，轴承外圈套装在轴承固定架上，本发明用于轴承领域。

Description

一种带有耐高温固定架的钴系钢圆锥滚子轴承
技术领域
本发明涉及一种耐高温圆锥滚子轴承，具体涉及一种带有耐高温固定架的钴系钢圆锥滚子轴承。
背景技术
随着航空航天任务的拓展，空间飞行器对使用轴承的耐温要求逐步提升，极限工作温度从常规250℃左右提升到500～600℃乃至更高。该高温重载工况下，圆锥滚子轴承的摩擦力矩急剧增加。在航空发动机需求牵引下，轴承材料经历了低合金钢——高合金钢——陶瓷材料的发展轨迹。
低合金钢以GCr15(美国牌号52100)为代表。GCr15需要长期高温尺寸稳定化处理，长期工作温度在200℃以下，主要用于民品轴承和使用温度较低的普通轴承。在不同时期以GCr15为基础添加不同合金元素发展出系列产品，包括添加Al元素的MHT钢，添加Mo、Si元素的52CB钢，添加V元素的52100BB钢，添加Mn、Si元素的52100Mod.Ⅱ钢等。
在1953以后轴承材料开始重点关注高合金高速工具钢，Mo、W等元素添加带来的轴承材料硬度、耐温和尺寸稳定性优势使轴承材料性能大幅提高，同时也对材料冶炼、锻造、热处理工艺、尺寸稳定工艺具有很高的要求。美国出于自身战略储备考虑抵制W系高速钢的发展，重点发展了Mo系高速钢，形成以Cr4Mo4V(美国牌号M50)系列为代表的高性能高合金轴承钢并在全球范围内航空等重要领域推广使用。M50轴承钢具有较好的高温尺寸稳定性、高温硬度、高温接触疲劳性能，长期工作温度经验证已达350℃。
目前，应用于空间飞行器中的圆锥滚子轴承的工作温度达到了500～600℃高温，而普通圆锥滚子轴承材料的耐温性能无法达到这一要求，因此，需要采用新型耐高温轴承材料对圆锥滚子轴承进行设计。圆锥滚子轴承的摩擦力矩主要包括：1、承载区滚动体的滚动摩擦力矩；2、承载区滚动体大端面与内圈挡边间的滑动摩擦力矩；3、非承载区滚动体的滑动摩擦力矩。常温油润滑工况下非承载区滑动摩擦力矩约为轴承总摩擦力矩的2％。而在高温重载工况下非承载区滚动体的滑动摩擦力矩急剧增大，达到圆锥滚子轴承总摩擦力矩的20％～30％。
保持架的结构是高温重载工况下非承载区滑动摩擦力矩的重要影响因素：圆锥滚子轴承保持架兜孔轮廓为平面，该兜孔与滚子的接触线较长，造成非承载区滚动体在高温重载工况时的运动阻力加大，产生较大的摩擦力矩。因此，高温重载工况下对圆锥滚子轴承保持架的兜孔轮廓进行修形，以减小滚动体与保持架间的接触线长度，是降低圆锥滚子轴承在高温重载下摩擦力矩的有效方法之一。
发明内容
本发明内容是为了解决现有技术中圆锥滚子轴承保持架兜孔与滚子的接触线较长，造成非承载区滚动体在高温重载工况时的运动阻力加大，产生较大的摩擦力矩，圆锥滚子轴承耐高温条件无法达到从常规250℃左右提升到500～600℃的要求，进而提供一种带有耐高温固定架的钴系钢圆锥滚子轴承。
本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：
一种带有耐高温固定架的钴系钢锥滚子轴承：它包括轴承外圈、轴承内圈、轴承固定架和多个活动体，轴承外圈、轴承内圈和轴承固定架均为锥形套体，轴承固定架的侧壁上均布加工有多个活动体安装孔，活动体安装孔的两个相对的侧壁加工有两个弧面，且每个活动体安装孔内对应安装有一个活动体，轴承固定架套装在轴承内圈上，轴承外圈套装在轴承固定架上，且多个活动体设置在轴承外圈和轴承内圈之间。
本发明的有益效果是：
1、M42是超硬钴高速工具钢，M42钢中钒的质量分数为0.95％～1.35％，钴的质量分数为7.5％～8.5％，钴能促使碳化物在淬火加热时更多地溶解在基体内，利用高的基体硬度提高耐磨性。该钢的硬度、热硬性、耐磨柱及磨削性都很好，热处理硬度可达67～70HRC。
2、本发明的锥滚子轴承的轴承外圈1、轴承内圈2、轴承固定架4和活动体3均采用M42钴系钢材料，轴承固定架4采用不锈钢材料。通过专用高温轴承试验测试设备对本发明的锥滚子轴承进行高温摩擦试验测试，本发明锥滚子轴承具有能在600℃高温环境下的工作特点。
3、M42钴系钢材料具有较好的组织均匀性及碳化物弥散程度。
4、本发明中活动体安装孔5的两个相对的侧壁加工有两个弧面6，减少了每个活动体安装孔5与活动体3的接触线的长度，降低了圆锥滚子轴承的摩擦力矩，增加了圆锥滚子轴承的使用寿命，且本发明的圆锥滚子轴承可以达到从常规250℃左右提升到500～600℃的工作要求。
附图说明
图1是本发明整体结构主视图，图2是本发明轴承固定架4的主视图，图3是本发明往复摆动高温轴承试验台加载装置示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种带有耐高温固定架的钴系钢圆锥滚子轴承，它包括轴承外圈1、轴承内圈2、轴承固定架4和多个活动体3，轴承外圈1、轴承内圈2和轴承固定架4均为锥形套体，轴承固定架4的侧壁上均布加工有多个活动体安装孔5，活动体安装孔5的两个相对的侧壁加工有两个弧面6，且每个活动体安装孔内对应安装有一个活动体3，轴承固定架4套装在轴承内圈2上，轴承外圈1套装在轴承固定架4上，且多个活动体3设置在轴承外圈1和轴承内圈2之间。
具体实施方式二：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述一种带有耐高温固定架的钴系钢圆锥滚子轴承，所述轴承外圈1是由M42钴系钢材料制成的轴承外圈，轴承内圈2是由M42钴系钢材料制成的轴承内圈，活动体3是由M42钴系钢材料制成的活动体，轴承固定架4是由0Cr18Ni9Ti不锈钢材料制成的轴承固定架，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种带有耐高温固定架的钴系钢圆锥滚子轴承，所述M42钴系钢材料中各元素的质量百分比如下：C:1％～1.15％、Cr：3.5％～4.5％、V:0.95％～1.35％、W:1.15％～1.85％、Mo：9.0％～10.0％、Co7.5％～8.5％和余量Fe，其它与具体实施方式一相同。
实施例：利用往复摆动高温轴承试验测试设备对M42钴系钢加工的圆锥滚子轴承进行高温环境下摩擦力矩测试。图3为本发明锥滚子轴承试验台加载装置示意图，主要由中心主轴11、轴向加载液压缸12、保温箱13、径向加载接头14、径向加载液压缸15、径向加载套筒16、轴向加载端盖17、轴向加载接头18。试验箱内安装有锥滚子轴承，通过保温箱13控制轴承环境温度。需要试验的圆锥滚子轴承采用悬臂布置并置于独立控温高温腔内，轴向和径向加载由径向加载液压缸15和轴向加载液压缸12实现。
测试1：本发明的圆锥滚子轴承，在450℃温度条件径向载荷90kN，轴向载荷25kN的试验工况下，往复摆动1小时，摆动频率1Hz。相对于采用传统的圆锥滚子轴承，其摩擦力矩下降11％左右，而且试验完成后轴承固定架4经高温氧化失去金属光泽，但整体状态完好，未出现严重磨损和断裂。
测试2：本发明的圆锥滚子轴承，在550℃温度条件径向载荷90kN，轴向载荷25kN的试验工况下，往复摆动1小时，摆动频率1Hz。相对于采用传统的圆锥滚子轴承，其摩擦力矩下降11％左右，而且试验完成后轴承固定架4经高温氧化失去金属光泽，但整体状态完好，未出现严重磨损和断裂。
测试3：本发明的圆锥滚子轴承，在600℃温度条件径向载荷90kN，轴向载荷25kN的试验工况下，往复摆动1小时，摆动频率1Hz。相对于采用传统的圆锥滚子轴承，其摩擦力矩下降11％左右，而且试验完成后轴承固定架4经高温氧化失去金属光泽，但整体状态完好，未出现严重磨损和断裂。

Claims (3)

1.一种带有耐高温固定架的钴系钢圆锥滚子轴承，其特征在于：它包括轴承外圈(1)、轴承内圈(2)、轴承固定架(4)和多个活动体(3)，轴承外圈(1)、轴承内圈(2)和轴承固定架(4)均为锥形套体，轴承固定架(4)的侧壁上均布加工有多个活动体安装孔(5)，活动体安装孔(5)的两个相对的侧壁加工有两个弧面(6)，且每个活动体安装孔内对应安装有一个活动体(3)，轴承固定架(4)套装在轴承内圈(2)上，轴承外圈(1)套装在轴承固定架(4)上，且多个活动体(3)设置在轴承外圈(1)和轴承内圈(2)之间。
2.根据权利要求1所述一种带有耐高温固定架的钴系钢圆锥滚子轴承，其特征在于：所述轴承外圈(1)是由M42钴系钢材料制成的轴承外圈，轴承内圈(2)是由M42钴系钢材料制成的轴承内圈，活动体(3)是由M42钴系钢材料制成的活动体，轴承固定架(4)是由0Cr18Ni9Ti不锈钢材料制成的轴承固定架。
3.根据权利要求1或2所述一种带有耐高温固定架的钴系钢圆锥滚子轴承，其特征在于：所述M42钴系钢材料中各元素的质量百分比如下：C:1％～1.15％、Cr：3.5％～4.5％、V:0.95％～1.35％、W:1.15％～1.85％、Mo：9.0％～10.0％、Co7.5％～8.5％和余量Fe。
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