CN108843689A - 一种带润滑油道的冲压保持架及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带润滑油道的冲压保持架及加工方法。现有滚动轴承保持架与滚动体滑动摩擦过大。本发明保持架的兜孔侧壁开设有沿兜孔周向呈环形的环形槽，环形槽的两侧侧壁与兜孔侧壁之间均倒圆角；环形槽的槽底设有微织构。本发明保持架的加工方法：材料检查，保持架初加工形成钢环并光整处理，开设微织构，保持架单侧架体冲压成形，表面处理，铆接。本发明将传统保持架与滚动体之间的面面接触转变为面线接触从而降低摩擦阻力，通过几字形结构的圆角设计避免接触表面的切割效果导致次表面裂纹的过早成型，保持轴承正常工作寿命；同时在滚动体与保持架的接触油膜区域开设带有仿生表面形貌的织构，改善动压油膜特性，提高润滑效果。

Description

一种带润滑油道的冲压保持架及加工方法

技术领域

本发明属于滚动轴承技术领域，具体涉及一种抗磨损、基于仿生学、具有特殊结构的冲压保持架及加工方法。

背景技术

高可靠性、高精密度的高速轴承研发能力已成为制约我国高端装备制造业研发水平提升的瓶颈。随着我国工业水平的提升，高速轴承被广泛应用于航空航天、精密机床、高速电主轴、轨道交通、超精密级医疗机械等领域。在高速轴承中，尽管近年来出现了石墨轴承、SiC轴承、Si3N4轴承等新材料轴承表现出更好的高速特性，但钢材料轴承仍然在工业领域占到绝对主要的地位。对于开式油润滑滚动轴承，滚动体与保持架的滑动摩擦是滚动轴承最主要的摩擦阻力来源，如何降低轴承摩擦阻力，减小摩擦磨损与摩擦发热，是进一步提高轴承转速的关键。

目前，中国专利申请号201710816376.3的专利公开了一种新型轴承保持架，包括圆环状的保持架本体，所述保持架本体上开设有容纳滚动体的近似圆形的兜孔，其顶部设有开口，开口两侧一体形成有突起，所述突起包括基部和从基部一体延伸出的外侧突起和内侧突起，基部、外侧突起和内侧突起形成为大致“Y”字形，外侧突起和内侧突起之间形成有间隙，用以在滚动体被装入所述兜孔时发生一定的变形，但该发明保持架面对高速重载下性能可靠性仍值得商榷，并且在降低摩擦方面上无性能改变。中国专利申请号201110151188.6的专利公开了一种用于深沟球轴承的新型保持架，在对保持架整体强度无影响的情况下，进行二次镗出兜孔，使保持架减轻了自身重量，提高轴承的极限转速，减小保持架的惯性力矩，在急停急转中运行更平稳。同时，被二次镗出的兜孔有加强轴承内部润滑脂流动到轴承上部，从而提升润滑效果的作用，使轴承得到更充分的润滑作用，该种保持架结构具有很大的经济效益和实用价值，但是该发明在两兜孔之间再镗出一个小孔，在高速旋转下会影响接触力分布，进而影响疲劳寿命。

发明内容

本发明针对滚动轴承保持架与滚动体滑动摩擦过大，阻碍轴承转速进一步提高，并带来高速工况下发热严重的问题，提出了一种具有特殊结构的带有仿生表面形貌的保持架及加工方法，将传统保持架与滚动体之间的面面接触转变为面线接触从而降低摩擦阻力，通过几字形结构的圆角设计避免接触表面的切割效果导致次表面裂纹的过早成型，保持轴承正常工作寿命；同时在滚动体与保持架的接触油膜区域开设带有仿生表面形貌的织构，改善动压油膜特性，提高润滑效果。

本发明一种带润滑油道的冲压保持架，包括两个铆接在一起的保持架单侧架体，两个保持架单侧架体合围出沿周向分布的兜孔；所述的兜孔侧壁开设有沿兜孔周向呈环形的环形槽，环形槽的槽底、环形槽的两侧侧壁以及兜孔侧壁形成“几”字形，且环形槽的两侧侧壁与兜孔侧壁之间均倒圆角；所述环形槽的槽底设有微织构，微织构形成沿环形槽槽宽等距分布的2n个微织构组，n≥1，且环形槽沿槽宽方向的几何中心线两侧各有n个微织构组；每个微织构组由多个沿环形槽周向均布的微织构组成；微织构的最大深度在0.01-1mm之间取值；

所述的微织构在环形槽展开面上的形状采取下列形状中的一种：

1)雨滴形，所述雨滴形由圆弧段和长度相等的两条直线段组成，两条直线段的一端相交，另一端与圆弧段两端分别连接；微织构底部所在圆柱面与环形槽底部所在圆柱面同轴设置；雨滴形的面积为1-2mm²。

2)鱼鳞形，所述鱼鳞形由圆弧段和形状一致的两条连接弧段组成，两条连接弧段的一端相交，另一端与圆弧段两端分别连接；微织构底部所在圆柱面与环形槽底部所在圆柱面同轴设置；雨滴形的面积为1-2mm²。

3)菱形；微织构的底部为沿环形槽宽度方向的直线段，两侧面为形状一致的弧面；菱形的面积为1-2mm²。

本发明一种带润滑油道的冲压保持架的加工方法，具体如下：

步骤一：材料检查：测量保持架原材料的厚度、长度和宽度尺寸，计算加工余量；检查保持架原材料是否有裂纹、毛刺和划痕缺陷，将有缺陷的原材料去除；

步骤二：保持架初加工：将步骤一检测合格的原材料经过剪板机得到圆形工件；接着将圆形工件继续裁剪，得到保持架所需钢环；最后将钢环光整处理；

步骤三：开设微织构：使用紫外激光加工设备在步骤二加工得到的钢环的其中一个表面开设微织构，所有微织构形成沿钢环径向等距分布的2n个微织构组，n≥1，且钢环径向方向的几何中心线两侧各有n个微织构组；每个微织构组由多个沿钢环周向均布的微织构组成；根据钢球直径确定在保持架单侧架体上需要开设的环形槽的宽度，然后根据环形槽的宽度确定2n个微织构组的总宽度，最终得到钢球直径与环形槽宽度及2n个微织构组的总宽度的对应关系如表1所示；

表1尺寸参数

步骤四：保持架单侧架体加工成形：将经步骤三开设微织构后的钢环冲压成形，形成保持架单侧架体，所述保持架单侧架体设有兜孔，兜孔孔壁设有环形槽，所有微织构均分布在环形槽的底面，且环形槽宽度方向的几何中心线两侧各有n个微织构组；所述环形槽两侧壁与兜孔连接处均倒圆角，圆角半径为0.8mm；

步骤五：对保持架单侧架体微织构所在侧的表面进行表面处理，去除毛刺；

步骤六：铆接：将经步骤五处理后的两个保持架单侧架体开设微织构的面相对设置，然后将两个保持架单侧架体铆接形成保持架，各保持架肋板中心点为铆钉位置。

本发明与现有技术相比有以下有益结果：

1.本发明在冲压式保持架侧开设特殊结构，所述特殊结构形成为大概“几”字形，将传统保持架与滚动体之间的面面接触转变为面线接触从而降低摩擦阻力，通过几字形结构的圆角设计避免接触表面的切割效果导致次表面裂纹的过早成型，同时在滚动体与保持架之间有大量空间存储润滑油脂，并在实际工作中可充分更换与补充润滑油脂，增大了润滑介质流过轴承的面积，使润滑介质的循环流动更加顺畅，增强了冷却的效果，改善了轴承的散热条件，提高了轴承的使用寿命。

2.本发明在滚动体与保持架的接触油膜区域开设带有仿生表面形貌的织构，而且仿生织构的两侧壁由底部至顶部截面积逐渐增大，使得滚动体高速旋转时润滑液有被甩出的趋势，从而为轴承提供支承力。

3.本发明的结构加工方便，保持架整体结构简单。

4.本发明还可以针对不同工作要求，选用不同几何参数(包括环形槽的宽度、高度以及倒圆角的半径)的“几字形”，设计不同单元体形态，从而获得优异的性能。

5.本发明保持架加工工艺通过合理制作工序，精致设计结构，有效保证了轴承的负荷承载能力，极大地降低了轴承高速运转时的摩擦力，减少轴承结构的损耗，保障了轴承的使用性能，延长了轴承的使用寿命。

附图说明

图1为本发明保持架的结构立体图；

图2为本发明形成的“几”字形示意图；

图3为本发明的微织构在环形槽展开面上为雨滴形的示意图；

图4为本发明微织构在环形槽展开面上鱼鳞形的示意图；

图5为本发明微织构在环形槽展开面上为菱形的示意图；

图6为本发明微织构在钢环上的分布示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1和图2，一种带润滑油道的冲压保持架，包括两个铆接在一起的保持架单侧架体1，两个保持架单侧架体1合围出沿周向分布的多个容纳滚动体的兜孔2；兜孔2侧壁开设有环形的环形槽3，环形槽的槽底4、环形槽的两侧侧壁以及兜孔侧壁形成“几”字形，且环形槽的两侧侧壁与兜孔侧壁之间均倒圆角；环形槽将传统保持架与滚动体之间的面面接触转变为面线接触从而降低摩擦阻力，且“几”字形特殊结构内有较大空间，用以存储润滑油脂，从而在实际工作中可充分更换与补充润滑油脂，增大了润滑介质流过轴承的面积，使润滑介质的循环流动更加顺畅，增强了冷却的效果，改善了轴承的散热条件，提高了轴承的使用寿命。

环形槽的槽底设有微织构，微织构形成沿环形槽槽宽等距分布的2个微织构组，且环形槽沿槽宽方向的几何中心线两侧各有1个微织构组；每个微织构组由多个(本实施例中为12个)沿环形槽周向均布的微织构组成；微织构的最大深度为0.05mm；如图3、4和5所示，微织构在环形槽展开面上的形状采取下列形状中的一种：

1)雨滴形，所述雨滴形由圆弧段和长度相等的两条直线段组成，两条直线段的一端相交，另一端与圆弧段两端分别连接；微织构底部所在圆柱面与环形槽底部所在圆柱面同轴设置；雨滴形的面积为1mm²。

2)鱼鳞形，所述鱼鳞形由圆弧段和形状一致的两条连接弧段组成，两条连接弧段的一端相交，另一端与圆弧段两端分别连接；微织构底部所在圆柱面与环形槽底部所在圆柱面同轴设置；雨滴形的面积为1mm²。

3)菱形；微织构的底部为沿环形槽宽度方向的直线段，两侧面为形状一致的弧面；菱形的面积为1mm²。

润滑液进入微织构使得钢球与“几”字形之间形成润滑膜；在滚动体与保持架的接触油膜区域开设带有仿生表面形貌的织构改善动压油膜特性，提高润滑效果，特别是微织构的两侧壁由底部至顶部截面积逐渐增大时钢球高速滚动可以使润滑液有被甩出的趋势，从而为轴承提供支承力，且保证轴承在不同旋转方向时微织构内的润滑液均能被有效甩出；润滑液被甩出后会注入新的润滑液，避免润滑性能降低。

该带润滑油道的冲压保持架的加工方法，具体如下：

步骤一：材料检查：测量保持架原材料的厚度、长度和宽度尺寸，计算加工余量；检查保持架原材料是否有裂纹、毛刺和划痕缺陷，将有缺陷的原材料去除；

步骤二：保持架初加工：将步骤一检测合格的原材料经过剪板机得到圆形工件；接着将圆形工件继续裁剪，得到保持架所需钢环；最后将钢环光整处理；

步骤三：开设微织构：如图6所示，使用紫外激光加工设备在步骤二加工得到的钢环的其中一个表面开设微织构，所有微织构形成沿钢环径向等距分布的2n个微织构组，n＝1，且钢环径向方向的几何中心线(该几何中心线为一个圆周)两侧各有n个微织构组；每个微织构组由多个沿钢环周向均布的微织构组成；根据钢球直径确定在保持架单侧架体上需要开设的环形槽的宽度，然后根据环形槽的宽度确定2n个微织构组的总宽度，最终得到钢球直径与环形槽宽度及2n个微织构组的总宽度的对应关系如表1所示；

表1尺寸参数

步骤四：保持架单侧架体加工成形：将经步骤三开设微织构后的钢环冲压成形，形成保持架单侧架体，所述保持架单侧架体设有兜孔，兜孔孔壁设有环形槽，所有微织构均分布在环形槽的底面，且环形槽宽度方向的几何中心线两侧各有n个微织构组；所述环形槽两侧壁与兜孔连接处均倒圆角，圆角半径为0.8mm，将现有未开设环形槽的面面接触形式改变为面线接触形式，降低钢球与兜孔之前的摩擦阻力；环形槽宽度与润滑油脂的润滑效果有很大关联，当环形槽宽度过大时，影响保持架的刚度，当环形槽宽度过小时，润滑脂在环形槽内阻塞，润滑油脂润滑效果变差；

步骤五：对保持架单侧架体微织构所在侧的表面进行表面处理，去除毛刺，确保表面精度满足设计要求；

步骤六：铆接：将经步骤五处理后的两个保持架单侧架体开设微织构的面相对设置，然后将两个保持架单侧架体铆接形成保持架，各保持架肋板中心为铆钉位置。

Claims (3)

1.一种带润滑油道的冲压保持架，包括两个铆接在一起的保持架单侧架体，两个保持架单侧架体合围出沿周向分布的兜孔，其特征在于：所述的兜孔侧壁开设有沿兜孔周向呈环形的环形槽，环形槽的槽底、环形槽的两侧侧壁以及兜孔侧壁形成“几”字形，且环形槽的两侧侧壁与兜孔侧壁之间均倒圆角；所述环形槽的槽底设有微织构，微织构形成沿环形槽槽宽等距分布的2n个微织构组，n≥1，且环形槽沿槽宽方向的几何中心线两侧各有n个微织构组；每个微织构组由多个沿环形槽周向均布的微织构组成；微织构的最大深度在0.01-1mm之间取值。

2.根据权利要求1所述的一种带润滑油道的冲压保持架，其特征在于：所述的微织构在环形槽展开面上的形状采取下列形状中的一种：

1)雨滴形，所述雨滴形由圆弧段和长度相等的两条直线段组成，两条直线段的一端相交，另一端与圆弧段两端分别连接；微织构底部所在圆柱面与环形槽底部所在圆柱面同轴设置；雨滴形的面积为1-2mm²；

2)鱼鳞形，所述鱼鳞形由圆弧段和形状一致的两条连接弧段组成，两条连接弧段的一端相交，另一端与圆弧段两端分别连接；微织构底部所在圆柱面与环形槽底部所在圆柱面同轴设置；雨滴形的面积为1-2mm²；

3)菱形；微织构的底部为沿环形槽宽度方向的直线段，两侧面为形状一致的弧面；菱形的面积为1-2mm²。

3.根据权利要求1或2所述的一种带润滑油道的冲压保持架的加工方法，其特征在于：该方法具体如下：

步骤一：材料检查：测量保持架原材料的厚度、长度和宽度尺寸，计算加工余量；检查保持架原材料是否有裂纹、毛刺和划痕缺陷，将有缺陷的原材料去除；

步骤二：保持架初加工：将步骤一检测合格的原材料经过剪板机得到圆形工件；接着将圆形工件继续裁剪，得到保持架所需钢环；最后将钢环光整处理；

步骤三：开设微织构：使用紫外激光加工设备在步骤二加工得到的钢环的其中一个表面开设微织构，所有微织构形成沿钢环径向等距分布的2n个微织构组，n≥1，且钢环径向方向的几何中心线两侧各有n个微织构组；每个微织构组由多个沿钢环周向均布的微织构组成；根据钢球直径确定在保持架单侧架体上需要开设的环形槽的宽度，然后根据环形槽的宽度确定2n个微织构组的总宽度，最终得到钢球直径与环形槽宽度及2n个微织构组的总宽度的对应关系如表1所示；

表1尺寸参数

步骤四：保持架单侧架体加工成形：将经步骤三开设微织构后的钢环冲压成形，形成保持架单侧架体，所述保持架单侧架体设有兜孔，兜孔孔壁设有环形槽，所有微织构均分布在环形槽的底面，且环形槽宽度方向的几何中心线两侧各有n个微织构组；所述环形槽两侧壁与兜孔连接处均倒圆角，圆角半径为0.8mm；

步骤五：对保持架单侧架体微织构所在侧的表面进行表面处理，去除毛刺；

步骤六：铆接：将经步骤五处理后的两个保持架单侧架体开设微织构的面相对设置，然后将两个保持架单侧架体铆接形成保持架，各保持架肋板中心点为铆钉位置。