CN109072978B - 滚动轴承和轴承轨道面的耐磨损处理方法 - Google Patents

滚动轴承和轴承轨道面的耐磨损处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明的课题在于提供可减少轨道圈的轨道面的磨损，并且轨道面的外面处理容易的滚动轴承、以及轴承轨道面的耐磨损处理方法。在内圈和外圈之间夹设滚动体。作为内圈或外圈的轨道圈(10)中的母材的轨道面(10a)下的表层部分为其硬度高于母材的普通部分(12)，并且外面为微小凹凸面的耐磨损层(13)。具有氧化膜，该氧化膜为耐磨损层(13)中的埋入微小凹凸面的凹部的膜厚(t)，并且在其外面具有沿上述微小凹凸面的凹凸部，该氧化膜(14)覆盖耐氧化膜(13)的外面。该氧化膜(14)为比上述母材的上述耐磨损层(13)脆的材质。

Description

滚动轴承和轴承轨道面的耐磨损处理方法
相关申请
本申请要求申请日为2016年3月24日、申请号为JP特愿2016－059475的申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。
技术领域
本发明涉及一种比如支承风力发电机、产业机械的主轴的双排自动调心滚子轴承等的滚动轴承、以及对该轴承的轨道面进行耐磨损处理的方法。
背景技术
作为支承风力发电机的主轴的轴承，广泛地采用双排自动调心滚子轴承(比如，专利文献1)。在风力发电机的主轴支承用的轴承中，不但作用叶片、转子头的自重造成的径向荷载，而且作用有风力造成的轴向荷载。在作用有轴向荷载的场合，双排自动调心滚子轴承的双排的滚子中的承受轴向荷载的排的滚子同时地负荷径向荷载和轴向荷载。由于与轴向荷载相比较，一个方向的轴向荷载大，故具有在轨道圈的轨道面中的负荷轴向荷载的滚子排中产生磨损等的表面损伤的情况。
轴承磨损的主要原因主要在于下述的2点：
(1)一个是使用条件。比如，在于低速、高荷载的条件下使用的场合，为了提高效率，采用低粘度油等的场合，在为了小型化，采用尺寸小的轴承的场合等时，产生磨损。
(2)另一个是轨道面和滚动体的滑动造成的磨损。特别是在双排自动调心滚子轴承中，由于滚子为球面，产生差动滑动，故容易产生磨损。
为了提高轨道圈的轨道面的耐磨损性，通过喷丸处理，使轨道面的外面硬化。由于在喷丸处理的状态，表面粗糙度大，故在过去，在喷丸处理后，进行研磨等的精加工。
另外，作为轴承的轨道面等的表面处理，人们提出采用来自植物的绿原酸，在轨道面的外面上形成氧化膜(非专利文献1)。在该文献中记载到，如果进行绿原酸的表面处理，则磨损特性、烧结寿命、防锈性等提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2005050038号公报
非专利文献1：田口陽介、板橋惠梨子、三上英信共著“表面处理劑としての天然抗酸化劑の効果”、NTN TECHNICAL REVIEW No.81(2013)
发明内容
发明要解决的课题
在比如，用于风力发电机的主轴支承时，采用双排自动调心滚子轴承的场合，为了提高负荷轴向荷载的滚子排的负荷容量，延长轴承寿命，人们考虑尺寸大的轴承，但是其导致重量的增加，成本的上升。
在为了提高轨道面的耐磨损性，进行表面处理的场合，像上述过去的那样，在进行喷丸处理后，在进行精加工的场合，轨道面的表面处理花费2个步骤，制造效率差、导致成本的增加。
本发明的目的在于提供下述的滚动轴承，其适用于特别是像支承风力发电机的主轴的轴承等那样，用于低速、高荷载的场合，可减少轨道圈的轨道面的磨损，并且轨道面的表面处理容易。本发明的另一目的在于提供可减少轨道圈的轨道面的磨损，并且轨道面的表面处理容易的轴承轨道面的耐磨损处理方法。
用于解决课题的技术方案
本发明的滚动轴承中，在内圈和外圈之间夹设有滚动体，作为上述内圈或上述外圈的轨道圈的母材的轨道面下的表层部分为耐磨损层，该耐磨损层的硬度高于上述母材的普通部分，并且其外面为微小凹凸面，该滚动轴承具有氧化膜，该氧化膜为上述耐磨损层中的埋入上述微小凹凸面的凹部的膜厚，并且在其外面具有沿上述微小凹凸面的凹凸部，该氧化膜覆盖上述耐氧化膜的外面，上述氧化膜为比上述母材的上述耐磨损层更脆的材质。
按照该方案，在使用前的状态的轨道圈的轨道面中，在表层部分具有耐磨损层，氧化膜覆盖该耐磨损层的外面。耐磨损层的外面为微小凹凸面，氧化膜的外面为沿耐磨损层的微小凹凸面的凹凸状。该氧化膜的外面为比其下的耐磨损层和母材的层更脆的材质。由此，如果开始滚动轴承的运转，则通过轨道圈和滚动体的旋转接触，氧化膜的凸部容易磨损，使其平滑化。由于像这样，通过使滚动轴承运转，自然适应，使轨道面平滑化，故研磨等的精加工是不需要的。由于形成氧化膜的处理与研磨等的精加工相比较是较容易的，能以良好的效率而低成本地制作轨道圈。
由于该结构的滚动轴承在轨道面下的表层部分具有耐磨损层，故使轨道圈的磨损减少，可实现滚动轴承的寿命的延长。另外，在因使用，轨道圈的轨道面适应的状态，轨道面平滑，轴承的旋转阻力小于仅仅进行了喷丸处理的产品。
滚动轴承也可为下述的双排自动调心滚子轴承，在该双排自动调心滚子轴承中，在内圈和外圈之间按照左右2排夹设滚子，上述外圈的轨道面为球面状。由于双排调心滚柱轴承容易产生差动滑动造成的磨损，故在轨道圈的轨道面上设置耐磨损层，使其硬化的场合是有效的。
本发明的轴承轨道面的耐磨损处理方法适用于在内圈与外圈之间夹设滚动体的滚动轴承的上述内圈或上述外圈的轨道圈的轨道面，该方法包括：形成耐磨损层的步骤，在该步骤中，在上述轨道面上进行喷丸处理，在上述轨道圈中的母材的上述轨道面下的表层部分形成耐磨损层，在该耐磨损层中具有残留应力，其硬度高于上述母材的普通部分，并且其外面为微小凹凸面；形成氧化膜的步骤，在该步骤中，对上述耐磨损层的外面进行氧化以形成氧化膜，该氧化膜为上述耐磨损层中的上述微小凹凸面的凹部的深度以上的膜厚，通过与运转时的上述滚动体的旋转接触，对其外面的凹凸部进行平滑处理。
如果通过该耐磨损处理方法对轨道圈的轨道面进行表面处理，则使用前的轨道圈的轨道面在表层部分具有耐磨损层，处于氧化膜覆盖该耐磨损层的状态。耐磨损层的外面为微小凹凸面，氧化膜的外面为沿耐磨损层的微小凹凸面的凹凸状。该氧化膜的外面为脆于其下的耐磨损层和母材层的材质。由此，如果开始滚动轴承的运转，则通过轨道圈和滚动体的旋转接触，氧化膜的凸部容易磨损，得到平滑化处理。由于像这样，通过使滚动轴承运转，自然适应，轨道面得到平滑处理，故研磨等的精加工是不需要的。由于形成氧化膜的处理与研磨等的精加工相比较，是较容易的，故可以良好的效率，低成本地制作轨道圈。
上述氧化膜的形成既可为采用绿原酸的表面处理，也可为发黑处理。对于任何的处理，均可通过仅仅将轨道圈浸泡于处理液中的简单的方法而进行。特别是，由于绿原酸由来源于植物的成分构成，故采用绿原酸的表面处理对于环境是优良的。
权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少2个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的2个以上的任意的组合也包含在本发明中。
附图说明
根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于限制本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。
图1为本发明的第1实施方式的滚动轴承的纵向剖视图；
图2A为表示对轨道圈的轨道面进行耐磨损处理的第1步骤的说明图；
图2B为表示对轨道圈的轨道面进行耐磨损处理的第2步骤的说明图；
图2C为轨道面进行适应的第3步骤的说明图；
图3为本发明的第2实施方式的滚动轴承的纵向剖视图；
图4为本发明的第3实施方式的滚动轴承的纵向剖视图；
图5为本发明的还一不同的实施方式的滚动轴承的纵向剖视图。
具体实施方式
根据附图，对本发明的第1实施方式进行说明。该滚动轴承1为双排调心滚子轴承，在该双排调心滚子轴承中，分别在作为轨道圈的内圈2和外圈3之间，按照在宽度方向并列方向2排的方式，夹设作为滚动体的滚子4。内圈2、外圈3与滚子4由轴承钢构成。外圈3的轨道面3a为球面状，左右各排的滚子4的外周面为沿外圈3的轨道面3a的剖面形状。换言之，滚子4的外周面为沿外圈3的轨道面3a的圆弧围绕中心线C而旋转的旋转曲面。在内圈2上，形成沿左右各排的滚子4的外周面的截面形状的双排的轨道面2a。
在图示的例子中，左右各排的滚子4为相同形状。即，在左右各排的滚子4中，沿中心线的长度相互相同，并且接触角θ相互相等。另外，左右各排的滚子4均为最大直径的位置位于滚子长度的中间处的对称滚子。左右各排的滚子4的形状也可相互不同。滚子的最大直径位置也可相对滚子长度的中间处而错开。
在内圈2的外周面的两端，分别设置凸缘6。在图示的例子中，在内圈2的外周面的中间部，即左右各排的滚子4、4之间的部分，不具有中凸缘。也可在左右各排的滚子4、4之间的部分设置中凸缘，还可在左右各排的滚子4、4之间的部分夹设导向圈。左右各排的滚子4、4分别通过保持架8而保持。在外圈3的轴向中间部设置供脂孔9。
对内圈2和外圈3的轨道面2a、3a进行耐磨损处理。图2A～图2C为表示耐磨损处理的步骤的说明图。
在耐磨损处理的第1步骤中，像图2A所示的那样，在由内圈或外圈构成的轨道圈10的轨道面10a上进行喷丸处理。通过借助喷丸处理，使由无数的铁或非铁金属的小球或滚柱构成的丸11高速地与轨道面10a的外面碰撞，对轨道面10a的外面部分施加残余内部应力。施加了残余内部应力的表层部分为其硬度高于母材的普通部分12的耐磨损层13。在该耐磨损层13的外面中，丸11所碰到的部位为凹部13a，丸11没有碰到的部位为作为凸部13b而残留的微小凹凸面。喷丸处理后的表面粗糙度比如0.3Ra以上。
在第2步骤，像图2B所示的那样，对耐磨损层13进行氧化，形成四氧化三铁Fe3O4的氧化膜14。通过耐磨损层13的外面部改性为氧化膜14，在氧化膜14的内侧新形成耐磨损层13的凹部13a’和凸部13b’。氧化膜14的外面与第1步骤结束时的耐磨损层13的外面相同，为凹部14a和凸部14b并列的微小凹凸面。氧化膜14的膜厚t与第1步骤结束时的耐磨损层13的凹部13a的深度d相同，或为比其稍厚的程度。该膜厚t为比如0.5～2μm左右。氧化膜14的形成通过采用绿原酸的表面处理，或发黑处理而进行。
如果开始像上述那样对轨道圈10的轨道面10a进行了耐磨损处理的滚动轴承的运转，则轨道圈10和滚动体(在图中没有示出)旋转接触，由此，氧化膜14的凸部14b磨损，像图2C所示的第3步骤那样，对氧化膜14的外面进行平滑处理。
像这样，通过使滚动轴承运转，轨道圈10的轨道面10a自然地适应，对轨道面10a进行平滑处理，由此，像过去那样，研磨等的精加工是不需要的。由于采用用于形成氧化膜14的绿原酸的表面处理或发黑处理通过仅仅使轨道圈10浸渍于处理液中的简单的方法便可，故与研磨等的精加工相比较较容易，可以良好的效率、低成本地制作轨道圈10。另外，在采用绿原酸的表面处理的场合，由于采用来自植物的绿原酸，故对于环境来说是优良的。
如果在滚动轴承的轨道圈上实施该轴承轨道圈的耐磨损处理，则使轨道圈10的磨损降低，可实施滚动轴承的寿命延长。特别是，如果在容易产生差动滑动造成的磨损的双排调心滚子轴承中实施，则是有效的。但是，该轴承轨道圈的耐磨损处理也可在双排调心滚子轴承以外的滚动轴承中实施。同样在该场合，减少轨道圈10的磨损，可实现滚动轴承的寿命延长。
图3表示适用于由圆锥滚子轴承构成的滚动轴承21的例子。在作为轨道圈的内圈22和外圈23的各轨道面22a、23a上进行耐磨损处理。滚动体为圆锥滚子24。在内圈22的外周面的两端分别设置大凸缘26和小凸缘27。各圆锥滚子24分别通过保持架28而保持。
图4表示适用于由圆锥滚子轴承构成的滚动轴承31的例子。在作为轨道圈的内圈32和外圈33的各轨道面32a、33a上进行耐磨损处理。滚动体为圆筒滚子34。在外圈33的内周面的两端分别设置凸缘36。各圆筒滚子34分别通过保持架38而保持。
图5表示适用于由深槽滚柱轴承构成的滚动轴承41的例子。在作为轨道圈的内圈42和外圈43的各轨道面42a、43a上进行耐磨损处理。滚动体为滚珠44。各滚珠44分别通过保持架48而保持。
如上面所述，根据实施例，对用于实施本发明的形态进行了说明，但是，在这里公开的实施方式在全部的方面是列举的，没有限制。本发明的范围不是通过上述的说明，而通过权利要求书而给出，应包括与权利要求等同的意思和权利要求的范围内的全部的变更。
标号的说明：
标号1、21、31、41表示滚动轴承；
标号2、22、32、42表示内圈(轨道圈)；
标号2a、22a、32a、42a表示轨道面；
标号3、23、33、43表示外圈(轨道圈)；
标号3a、23a、33a、43a表示轨道面；
标号4表示滚子(滚动体)；
标号10表示轨道圈；
标号10a表示轨道面；
标号13表示耐磨损层；
标号13a、13a’表示凹部；
标号13b、13b’表示凸部；
标号14表示氧化膜；
标号14a表示凹部；
标号14b表示凸部；
标号24表示圆锥滚子(滚动体)；
标号34表示圆筒滚子(滚动体)；
标号44表示滚柱(滚动体)。

Claims (5)

1.一种滚动轴承，在该滚动轴承中，在内圈和外圈之间夹设有滚动体，其特征在于，
作为上述内圈或上述外圈的轨道圈的母材的轨道面下的表层部分为耐磨损层，该耐磨损层的硬度高于上述母材的普通部分，并且其外面为微小凹凸面，
该滚动轴承具有氧化膜，该氧化膜为上述耐磨损层中的埋入上述微小凹凸面的凹部的膜厚，并且在其外面具有沿上述微小凹凸面的凹凸部，该氧化膜覆盖上述耐磨损层的外面，
上述氧化膜为比上述母材的上述耐磨损层更脆的材质。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，其为双排自动调心滚柱轴承，在该双排自动调心滚柱轴承中，在内圈和外圈之间按照左右2排夹设形成上述滚动体的滚子，上述外圈的轨道面为球面状。
3.一种轴承轨道面的耐磨损处理方法，该方法为，在内圈与外圈之间夹设滚动体的滚动轴承的上述内圈或上述外圈的轨道圈的轨道面的耐磨损处理方法，该方法包括：
形成耐磨损层的步骤，在该步骤中，在上述轨道面上进行喷丸处理，在上述轨道圈中的母材的上述轨道面下的表层部分形成耐磨损层，在该耐磨损层中具有残留应力，其硬度高于上述母材的普通部分，并且其外面为微小凹凸面，
形成氧化膜的步骤，在该步骤中，对上述耐磨损层的外面进行氧化以形成氧化膜，该氧化膜为上述耐磨损层中的上述微小凹凸面的凹部的深度以上的膜厚，通过与运转时的上述滚动体的旋转接触，对其外面的凹凸部进行平滑处理。
4.根据权利要求3所述的轴承轨道面的耐磨损处理方法，其特征在于，上述氧化膜的形成为采用绿原酸的表面处理。
5.根据权利要求3所述的轴承轨道面的耐磨损处理方法，其特征在于，上述氧化膜的形成为发黑处理。
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