CN106763209B - 一种滚子轴承内外圈滚道耐磨结构的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种滚子轴承内外圈滚道耐磨结构，在轴承内、外圈滚道上设置沿周向延伸呈锯齿形或波浪形的凹坑阵列，所述凹坑阵列由圆柱形的凹坑组成。本发明能够使得轴承在工作状态下，在滚道表面形成流体动压润滑，当滚子轴承运动时，润滑油进入工作区，建立一定的油压支撑外载荷，形成油膜，保护工作面，减小摩擦系数，从而降低磨损延长使用寿命；呈锯齿形或波浪形的微凹坑阵列构造分布在轴承宽度上为“两端少，中间多”的状态，减少了润滑剂的轴端流失，确保轴承在宽度方向上充分润滑，提高轴承的润滑性能；同时，圆柱形的凹坑既能保证轴承的耐磨性能得到改善，又能保证轴承的强度和精度不受影响，通过尽可能的减少凹坑数量以保证轴承的整体机械强度、刚度和配合精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种轴承，具体涉及一种滚子轴承。
背景技术
轴承是各类机械装备的重要基础零部件，它的精度、性能、寿命和可靠性对主机的精度、性能、寿命和可靠性起着决定性的作用。滚子轴承的主要作用是支承转动的轴及轴上零件，并保持轴的正常工作位置和旋转精度，圆柱滚子与滚道为线接触轴承，主要承受径向负荷。滚子轴承既适用于承受重载荷与冲击载荷，也适用于高速旋转。但是滚子轴承对润滑性能的要求很高，轴承的内、外圈、滚动体及保持器的相互接触部分会发生摩擦及磨损，发生粘结从而导致轴承的滚动疲劳寿命的降低。同时异物的侵入也会导致滚子轴承内、外圈滚道发生生锈和腐蚀，导致轴承的精度降低，进一步导致机器的加工精度降低，带来一定的经济损失。
当前滚子轴承强化的方法主要有离子注入法、表面薄膜沉积、强力喷丸以及改善热处理工艺等，但是都存在一定的缺点。离子注入法会造成表面损伤，必须经过加温退火工艺才能恢复稳定性，工艺复杂。强力喷丸方法处理后的滚子轴承内、外圈粗糙度较差，且可能会影响到滚子轴承的强度和精度，同时强力喷丸的过程是不容易控制的。表面薄膜沉积方法虽然能够提高圆柱滚子轴承的强度，但不能确保滚子轴承工作过程的磨损降低。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种滚子轴承内外圈滚道耐磨结构及其加工方法，通过在轴承滚道上设置凹坑阵列，以减小圆柱滚子轴承运行的摩擦力，达到减摩效果，提高圆柱滚子轴承的耐磨性能，改善其润滑性能，大大提升圆柱滚子轴承的使用寿命。
技术方案：本发明提供了一种滚子轴承内外圈滚道耐磨结构，在轴承内、外圈滚道上设置沿周向延伸呈锯齿形或波浪形的凹坑阵列，所述凹坑阵列由圆柱形的凹坑组成。
进一步，所述圆柱形凹坑的深度为3～4μm，直径为100～160μm，相邻两个凹坑的距离为200～400μm。
进一步，所述凹坑面积占滚道面积的5～10％。
一种滚子轴承内外圈滚道耐磨结构的加工方法，包括以下步骤：
(1)将轴承内圈和外圈滚道进行抛光，用酒精清洗后晾干；
(2)将轴承内、外圈定位夹紧，用激光束通过聚焦透镜照射在轴承内、外圈滚道表面，沿锯齿形或波浪形的路线进行逐个凹坑的加工，通过加工条路线形成凹坑阵列；
(3)用超声波清洗轴承内、外圈并进行进一步抛光。
进一步，步骤(2)在加工轴承内圈滚道时，激光束垂直于轴承轴向方向直接通过透镜聚焦在滚道上。
加工轴承内圈滚道包括以下步骤：
①在进行第一条路线的凹坑加工时，首先加工路线最底端的任意点；
②带动轴承内圈顺时针旋转并沿轴承轴线方向向下移动Lcos30°；其中，L为凹坑间距，D为轴承的最大直径；
③重复步骤②，直至加工到本路线最顶端的点；
④带动轴承内圈顺时针旋转并沿轴承轴线方向向上移动Lcos30°；
⑤重复步骤④，直至加工到本路线最底端的点；
⑥重复步骤①～⑤待轴承完成自身360°旋转回到最初加工点位置，完成一条路线凹坑的加工；
⑦恢复到初始加工位置，带动轴承内圈往下移动2Lcos30°，重复步骤①～⑥完成第二条路线凹坑的加工。
进一步，步骤(2)在加工轴承外圈滚道时，在轴承外圈内部设有平面镜和透镜，平面镜与入射激光束呈45°夹角，激光束沿平行于轴承轴向方向发射，通过平面镜反射后再经透镜聚焦在滚道上。
加工轴承外圈滚道包括以下步骤：
①在进行第一条路线的凹坑加工时，首先加工路线最底端的任意点；
②带动轴承外圈顺时针旋转并沿轴承轴线方向伸出Lcos30°；其中，L为凹坑间距，D为轴承的最大直径；
③重复步骤②，直至加工到本路线最顶端的点；
④带动轴承外圈顺时针旋转并沿轴承轴线方向缩进Lcos30°；
⑤重复步骤④，直至加工到本路线最底端的点；
⑥重复步骤①～⑤完成自身360°旋转回到最初加工点位置，完成一条路线凹坑的加工；
⑦恢复到初始加工位置，带动轴承外圈向外伸出2Lcos30°，重复步骤①～⑥完成第二条路线凹坑的加工。
有益效果：1、本发明在轴承内、外圈滚道设置的微凹坑能够使得轴承在工作状态下，在滚道表面形成流体动压润滑，当滚子轴承运动时，润滑油进入工作区，建立一定的油压支撑外载荷，形成油膜，保护工作面，减小摩擦系数，从而降低磨损延长使用寿命；呈锯齿形或波浪形的微凹坑阵列构造分布在轴承宽度上为“两端少，中间多”的状态，减少了润滑剂的轴端流失，确保轴承在宽度方向上充分润滑，提高轴承的润滑性能；同时，圆柱形的凹坑容积更大，具有更优异的润滑油存储能力，可以从不同方向接受磨粒和外来异物；凹坑的大小及布置方式既能保证轴承的耐磨性能得到改善，又能保证轴承的强度和精度不受影响，通过尽可能的减少凹坑数量以保证轴承的整体机械强度、刚度和配合精度。
2、滚道表面的微凹坑采用激光烧蚀技术进行加工，相较于激光冲击技术产生的微凹坑，激光烧蚀技术适用的加工尺寸范围更大，效果更好。
附图说明
图1为本发明凹坑阵列的结构示意图；
图2为凹坑阵列的剖面图；
图3为凹坑阵列的局部放大图；
图4为轴承内圈滚道激光烧蚀加工示意图；
图5为轴承外圈滚道激光烧蚀加工示意图；
图6为凹坑阵列的加工线路图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种滚子轴承内外圈滚道耐磨结构，如图1所示，在轴承内、外圈滚道的滚面上设置沿周向延伸的锯齿形凹坑阵列，凹坑阵列是由一个个圆柱形的凹坑组成。如图2所示，每个圆柱形凹坑的深度h为4μm，直径d为150μm，相邻的每两个凹坑之间的距离相同，如图3所示，L为300μm。所有凹坑所占面积为滚道面积的8％。
为了加工出该种凹坑阵列，采用如图4、5所示的加工装置，包含激光器1和聚焦透镜3。加工轴承内圈滚道时，激光器1发射的激光束2通过聚焦透镜3直接照射在待处理的轴承内圈4滚道上，具体操作如下：
(1)将轴承内圈4滚道进行抛光，并用酒精清洗轴承内圈4，进行晾干；
(2)轴承内圈4水平的安装在数控工作台5上进行定位夹紧，并设置激光器1参数，激光束2的波长为532nm，调Q频率为5～15KHz，光束质量为M2＜2，发散角θ小于 0.003mrad，光束模式为基模TEM00，激光束2从激光器1由左至右水平的发出，与轴承的轴线方向垂直，通过聚焦透镜3照射在预先处理好的轴承内圈4滚道上；
(3)通过移动数控工作台5，利用激光器1在轴承内圈4滚道加工出一系列微凹坑阵列，具体操作如下：
A、如图6所示，在进行a路线微凹坑加工时，首先加工a路线最底端的任意点；
B、步骤A完成后，数控工作台5带动轴承内圈4顺时针旋转并沿轴承轴线方向向下移动Lcos30°；其中，L为凹坑间距，D为轴承的最大直径；
C、重复步骤B，直至加工到a路线最顶端的点；
D、步骤C完成后，数控工作台5带动轴承内圈4顺时针旋转并沿轴承轴线方向向上移动Lcos30°；
E、重复步骤D，直至加工到a路线最底端的点；
F、重复步骤A、B、C、D、E完成a路线微凹坑的加工；
G、a路线微凹坑加工完成时，数控工作台5恢复到初始加工位置，数控工作台5 带动轴承内圈4往下移动2Lcos30°；
I、重复步骤A、B、C、D、E、F完成b路线微凹坑的加工。
轴承外圈6滚道耐磨结构的加工方法与内圈滚道相似，不同的是，在加工轴承外圈6滚道时，轴承外圈6立起，轴端面对激光器1，轴线方向是水平的，在轴承外圈6内部设置平面镜7及透镜3，平面镜7与入射激光束2呈45°夹角，激光束2从激光器1 由左至右水平的发出，经平面镜7反射后的激光束2沿轴承的径向方向射出，通过透镜 3聚焦在轴承外圈6滚道上，加工过程具体操作如下：
K、在进行a路线微凹坑加工时，首先加工a路线最底端的任意点；
L、步骤K完成后，数控工作台5带动轴承外圈6顺时针旋转并沿轴承轴线方向向左伸出Lcos30°；
M、重复步骤L，直至加工到a路线最顶端的点；
N、步骤M完成后，数控工作台5带动轴承外圈6顺时针旋转并沿轴承轴线方向向右缩进Lcos30°；
O、重复步骤N，直至加工到a路线最底端的点；
P、重复步骤K、L、M、N、O完成a路线微凹坑的加工。
Q、a路线微凹坑加工完成时，数控工作台5恢复到初始加工位置，数控工作台5 带动轴承外圈6往外伸出2Lcos30°。
R、重复步骤K、L、M、N、O、P完成b路线微凹坑的加工。
加工完成后用超声波清洗轴承内外圈滚道并进行进一步的抛光。
本发明利用激光烧蚀技术在滚子轴承的内、外圈滚道上进行凹坑造型，通过微凹坑造型的合理分布，在不影响轴承的精度和强度前提下，确保了凹坑能够从多方向捕捉磨粒和外来异物，避免发生生锈腐蚀和进一步的磨损，可以显著提高轴承的使用寿命和润滑性能。同时产生的凹坑能提高其耐磨性能，改善润滑性能，降低轴承内、外圈滚道与滚动体发生粘结的可能性。
Claims (5)
1.一种滚子轴承内外圈滚道耐磨结构的加工方法，其特征在于：滚道耐磨结构在轴承内、外圈滚道上设置沿周向延伸呈锯齿形或波浪形的凹坑阵列，所述凹坑阵列由圆柱形的凹坑组成；加工方法包括以下步骤：
(1)将轴承内圈和外圈滚道进行抛光，用酒精清洗后晾干；
(2)将轴承内、外圈定位夹紧，用激光束通过透镜聚焦照射在轴承内、外圈滚道表面，沿锯齿形或波浪形的路线进行逐个凹坑的加工，通过加工若干条路线形成凹坑阵列；
(3)用超声波清洗轴承内、外圈并进行进一步抛光；
其中，步骤(2)在加工轴承内圈滚道时，激光束垂直于轴承轴向方向直接通过透镜聚焦在滚道上，包括以下步骤：
①在进行第一条路线的凹坑加工时，首先加工路线最底端的任意点；
②带动轴承内圈顺时针旋转并沿轴承轴线方向向下移动Lcos30°；其中，L为凹坑间距，D为轴承的最大直径；
③重复步骤②，直至加工到本路线最顶端的点；
④带动轴承内圈顺时针旋转并沿轴承轴线方向向上移动Lcos30°；
⑤重复步骤④，直至加工到本路线最底端的点；
⑥重复步骤①～⑤待轴承完成自身360°旋转回到最初加工点位置，完成一条路线凹坑的加工；
⑦恢复到初始加工位置，带动轴承内圈往下移动2Lcos30°，重复步骤①～⑥完成第二条路线凹坑的加工。
2.根据权利要求1所述的滚子轴承内外圈滚道耐磨结构的加工方法，其特征在于：所述圆柱形凹坑的深度为3～4μm，直径为100～160μm，相邻两个凹坑的距离为200～400μm。
3.根据权利要求1所述的滚子轴承内外圈滚道耐磨结构的加工方法，其特征在于：所述凹坑面积占滚道面积的5～10％。
4.根据权利要求1所述的滚子轴承内外圈滚道耐磨结构的加工方法，其特征在于：步骤(2)在加工轴承外圈滚道时，在轴承外圈内部设有平面镜和透镜，平面镜与入射激光束呈45°夹角，激光束沿平行于轴承轴向方向发射，通过平面镜反射后再经透镜聚焦在滚道上。
5.根据权利要求4所述的滚子轴承内外圈滚道耐磨结构的加工方法，其特征在于：加工轴承外圈滚道包括以下步骤：
①在进行第一条路线的凹坑加工时，首先加工路线最底端的任意点；
②带动轴承外圈顺时针旋转并沿轴承轴线方向伸出Lcos30°；其中，L为凹坑间距，D为轴承的最大直径；
③重复步骤②，直至加工到本路线最顶端的点；
④带动轴承外圈顺时针旋转并沿轴承轴线方向缩进Lcos30°；
⑤重复步骤④，直至加工到本路线最底端的点；
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| GR01 | Patent grant | ||
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