CN105864285B - 一种带微织构的航空关节轴承及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空制造领域，公开一种带微织构的航空关节轴承及其制造方法。其特征是航空关节轴承包括外圈和内圈，内圈装在外圈内，且内圈的外球面和外圈的内球面相配合转动，所述内圈外表面和外圈内表面通过超声表面强化的方法形成一层具有压应力的表面强化层，强化层表面布置有利于润滑的微织构，内外圈表面宽度中间的环形润滑槽和微织构内储存润滑脂。本发明的效果和益处是通过表面超声强化，关节轴承内外圈的表面粗糙度大幅度降低，表面层金属晶粒得到细化，微观硬度提高，抗疲劳性能因表面引入压应力而大幅提高；环形润滑槽和表面微织构的结合使用使内外圈之间的摩擦副润滑性能得到改善，耐磨损性能提高，关节轴承的使用寿命得到大幅提高。

Description

一种带微织构的航空关节轴承及其制造方法
技术领域
本发明属于航空制造领域，特别涉及到一种带微织构的航空关节轴承及其制造方法。
背景技术
关节轴承因其具有较大的承载能力和抗冲击能力及抗腐蚀、耐磨损、自调心等特点而广泛用于航空飞行器的旋翼系统、操纵系统、飞机起落架、方向舵、传动系统、航空发动机和高速列车的转向机构等关键部位。这些关键部位往往经受冲击、振动、超大载荷、贫润滑、失重、大温差等复杂工况，导致关节轴承因发生磨损而寿命降低甚至功能丧失。
关节轴承的基本型是由具有球形滑动球面接触表面的内、外圈组成。目前关节轴承的外圈内表面和内圈外表面主要是通过车削和磨削等切削加工的方式实现的。切削加工后工件表面会残留拉应力，对关节轴承的抗疲劳性能造成较大的影响。另外，由于切削加工后残留的刀痕和磨屑不利于内外圈的接触，且加工时并未考虑内外圈摩擦副之间的微观润滑结构，导致关节轴承内外圈之间的摩擦副发生磨损。
降低关节轴承内外圈接触副的表面粗糙度，提高表面微观硬度，增加表面微织构等措施可以有效改善关节轴承的摩擦特性，提高关节轴承的寿命和可靠性。本发明针对关节轴承内圈外表面及外圈内表面之间球面接触副因表面粗糙度差、微观硬度低及润滑不充分而造成磨损等问题，采用表面超声滚压强化的方法制造一种表面带有微织构的航空关节轴承，大大提高航空关节轴承的耐磨损性能。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对现有航空关节轴承球面接触副因表面粗糙度差、微观硬度低及润滑不充分而造成磨损等问题，提出一种表面经过超声滚压强化并带有微织构的长寿命、大承载航空关节轴承。
技术方案：
一种带微织构的航空关节轴承，其特征在于：该轴承包括外圈和内圈；所述内圈外壁为球面；所述外圈内壁为与所述内圈相配合的内球面；所述外圈内表面和所述内圈外表面宽度中间位置设有环形润滑槽；所述外圈内表面和所述内圈外表面有强化层，所述强化层表面布置有微织构，所述环形润滑槽和微织构内储存有润滑脂。
所述的带微织构的航空关节轴承，其特征在于：所述强化层是通过超声表面滚压强化得到的强化层，其表面粗糙度为Ra0.01μm~0.4μm。
所述的带微织构的航空关节轴承，其特征在于：所述微织构的形状为圆形微织构、方形微织构、平行微织构、交错微织构的一种或几种；所述微织构的特征宽度或直径为10μm~400μm，特征深度为1μm~50μm，微织构的特征间距为0.4~3mm。
所述的带微织构的航空关节轴承的制造方法，其特征在于：
该制造方法包含四个步骤：
步骤1：车削或磨削出关节轴承内圈的外表面和外圈的内表面，使表面粗糙度达到Ra0.2μm~1.6μm；
步骤2：采用光滑表面的超声滚压工具滚压关节轴承内圈外表面和外圈内表面，实现表面材料微观硬度的提高，并使表面粗糙度达到Ra0.01μm~0.4μm；
步骤3：车削出关节轴承内圈外表面的润滑槽，镗削出关节轴承外圈内表面的润滑槽，钻削出内圈和外圈的导油孔；
步骤4：采用带有微凸起的超声滚压工具滚压关节轴承内圈的外表面和外圈的内表面，实现表面微织构的成形。
优点及效果：经过超声表面滚压强化后，关节轴承内圈外表面和外圈内表面的表面粗糙度大幅度降低，表面层金属晶粒得到细化，微观硬度提高，摩擦系数下降；由于表面引入了压应力使关节轴承的抗疲劳性能大幅提高；环形润滑槽和表面微织构的结合使用使内外圈之间的摩擦副润滑性能得到提高，耐磨损性能提高，关节轴承的使用寿命得到大幅提高。
附图说明：
图1是本发明带微织构航空关节轴承的剖视图；
图2是本发明带微织构航空关节轴承的外圈剖视图；
图3是本发明带微织构航空关节轴承的内圈剖视图；
图4-图7是本发明航空关节轴承内圈外表面和外圈内表面微织构的示意图；
图8是本发明关节轴承内圈外表面和外圈内表面的接触过程示意图；
图9是本发明一种带微织构的航空关节轴承制造方法的示意图；
图中：1外圈；2内圈；3圆形微织构；4方形微织构；5平行微织构；6交错微织构；7润滑脂、8表面微织构、1-1外圈表面强化层、2-1内圈外表面强化层。
具体实施方式：
本发明带微织构航空关节轴承的原理是：采用低振幅的超声振动与外加静载荷相叠加使工件表面发生剧烈塑性变形以获得关节轴承的表面纳米化。加工时，经过车削或磨削加工的关节轴承内圈外表面和外圈内表面被安装在超声波装置上的硬质合金工具以10~30kHz的频率拍打。高频率的拍打使工件表面材料发生强烈塑性变形，导致工件表面晶粒纳米化以及表面层残余压应力。然后再用具有微凸起的超声滚压工具滚压工件表面，使工件表面形成具有一定规律的微织构。关节轴承表面强化层结合微织构起到改善关节轴承的摩擦和润滑性能，明显提高关节轴承的耐磨损性能和抗疲劳性能。
本发明一种带微织构的航空关节轴承，如图1所示：包括外圈1和内圈2。所述内圈2装在外圈1内，且内圈2的外球面和外圈1的内球面相配合转动，所述内圈2外面表面和外圈1内表面宽度中间的位置设有环形润滑槽。所述内圈2外表面和外圈1内表面具有一层层状结构的强化层1-1、2-1，且强化层表面布置有微织构8，所述环形润滑槽和微织构内储存有润滑脂。
所述内圈2外表面和外圈1内表面的硬质层是通过超声表面滚压强化得到的，其表面粗糙度为Ra0.01μm~0.4μm；
所述内圈外表面和外圈内表面的微织构的形状为方形、圆形、平行线性、交错线性的一种或几种，微织构的特征宽度或直径为10μm~400μm，特征深度为1μm~50μm，微织构的特征间距为0.4~3mm。
本发明一种带微织构的航空关节轴承的制造方法，其特征在于：所述关节轴承内圈的外表面和外圈的内表面经过车削或磨削加工后，表面粗糙度为Ra0.2μm~1.6μm；然后，采用光滑表面的超声滚压工具滚压关节轴承内圈外表面和外圈内表面，实现表面材料微观硬度的提高，并使表面粗糙度达到Ra0.01μm~0.4μm；之后，镗削出外圈内表面的环形润滑槽，车削出内圈外表面的环形润滑槽，钻削出导油孔；最后，采用带有微凸起的超声滚压工具滚压关节轴承内圈的外表面和外圈的内表面，实现表面微织构的成形。
经过超声表面滚压强化后，关节轴承内圈外表面和外圈内表面的表面粗糙度大幅度降低，表面层金属晶粒得到细化，微观硬度提高，摩擦系数下降；由于表面引入了压应力使关节轴承的抗疲劳性能大幅提高；环形润滑槽和表面微织构的结合使用使内外圈之间的摩擦副润滑性能得到提高，耐磨损性能提高，关节轴承的使用寿命得到大幅提高。

Claims (3)

1.一种带微织构的航空关节轴承，其特征在于：该轴承包括外圈（1）和内圈（2）；所述内圈（2）外壁为球面；所述外圈（1）内壁为与所述内圈（2）相配合的内球面；所述外圈（1）内表面和所述内圈（2）外表面宽度中间位置设有环形润滑槽；所述外圈（1）内表面和所述内圈（2）外表面有强化层（1-1、2-1），所述强化层（1-1、2-1）表面布置有微织构（8），所述环形润滑槽和微织构（8）内储存有润滑脂（7）；
所述微织构（8）的形状为圆形微织构（3）、方形微织构（4）、平行微织构（5）、交错微织构（6）的一种或几种；所述微织构的特征宽度或直径为10μm~400μm，特征深度为1μm~50μm，微织构的特征间距为0.4~3mm。
2.根据权利要求1所述的带微织构的航空关节轴承，其特征在于：所述强化层（1-1、2-1）是通过超声表面滚压强化得到的强化层，其表面粗糙度为Ra0.01μm~0.4μm。
3.一种如权利要求1所述的带微织构的航空关节轴承的制造方法，其特征在于：
该制造方法包含四个步骤：
步骤1：车削或磨削出关节轴承内圈（2）的外表面和外圈（1）的内表面，使表面粗糙度达到Ra0.2μm~1.6μm；
步骤2：采用光滑表面的超声滚压工具滚压关节轴承内圈外表面和外圈内表面，实现表面材料微观硬度的提高，并使表面粗糙度达到Ra0.01μm~0.4μm；
步骤3：车削出关节轴承内圈（2）外表面的润滑槽，镗削出关节轴承外圈（1）内表面的润滑槽，钻削出内圈（2）和外圈（1）的导油孔；
步骤4：采用带有微凸起的超声滚压工具滚压关节轴承内圈（2）的外表面和外圈（1）的内表面，实现表面微织构的成形。
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