CN110645264B - 一种滚动轴承内圈滚道及滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种滚动轴承内圈滚道及滚动轴承，所述滚动轴承内圈的滚道表面中心区域内设有动力润滑织构，所述动力润滑织构用于将滚道表面与滚动体表面分离，避免产生干摩擦；所述滚道表面侧边区域设有储油织构，且所述滚道表面侧边区域为滚道表面中心区域两侧的对称区域，用于在高负载下形成连续油膜；所述滚道表面上设有布油织构，且所述布油织构与动力润滑织构和储油织构部分重叠，用于使润滑油沿着滚动体运动方向运动。本发明可以通过动力润滑织构、储油织构和布油织构共同改善运行稳定性和润滑状况。

Description

一种滚动轴承内圈滚道及滚动轴承
技术领域
本发明涉及轴承领域，特别涉及一种滚动轴承内圈滚道及滚动轴承。
背景技术
滚动轴承是重要的机械基础件，其工艺性能的高低，往往代表或制约着一个国家机械工业和其他相关产业的发展水平。由于滚道表面的润滑不充分和磨粒捕获机制的缺失导致的滚道接触表面磨损或咬死是滚动轴承的主要失效形式之一。
中国专利公开了一种滚道表面具有特定织构序列的高寿命滚动轴承，在滚道表面加工单一均匀织构阵列，有效减小了滚道表面的摩擦系数，延长了轴承寿命。但没有考虑到滚道的不同区域面临的受力情况不同，需要不同的润滑方案。同时，在滚动轴承承受径向冲击力时，单一织构阵列的韧性差，表面易发生干摩擦，此时表面织构反而增大了摩擦系数。
中国专利公开了一种滚道和球表面具有织构序列的滚动轴承，在滚道、保持架和球表面加工特定序列的微凹槽织构，使运动过程中球表面的每个点都参与接触，磨损量均匀，提高了接触疲劳寿命。但该方案中，保持其运动轨迹依赖其高度的精密性，对加工工艺和材料的后处理都提出了很高的要求。在受交变载荷冲击时，其稳定运行轨迹可能发生跳动，增大了滚动轴承的不稳定性。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种滚动轴承内圈滚道及滚动轴承，在滚动轴承滚道表面，利用激光微加工技术，在轴承滚道表面核心受力区域设置动力润滑织构，在滚道侧边区域布置储油织构，在滚道部分区域布置布油织构。通过分布在滚道核心受力区域的动力润滑织构的流体动压作用，将滚道表面与滚动体表面分离，避免产生干摩擦，改善接触面润滑条件；分布在滚道侧边区域的储油织构，能在承受径向冲击载荷时，储存从动力润滑织构中受挤溢出的润滑油，并且这部分润滑油在高负载下能在储油织构表面也形成连续油膜，增加产生流体动压效应的区域，抵抗冲击载荷，维持轴承稳定性。分布在滚道部分区域的布油织构，在转动惯性的作用下，将润滑油沿着运动方向泵送，保证了各个区域布油的均匀性，能够有效提升区域联合承载能力。此外，通过激光烧蚀作用在活塞销表面形成激光硬化层，省去了后续表面淬火工序，节能环保。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种滚动轴承内圈滚道，所述滚动轴承内圈的滚道表面中心区域内设有动力润滑织构，所述动力润滑织构用于将滚道表面与滚动体表面分离，避免产生干摩擦；所述滚道表面侧边区域设有储油织构，且所述滚道表面侧边区域为滚道表面中心区域两侧的对称区域，用于在高负载下形成连续油膜；所述滚道表面上设有布油织构，且所述布油织构与动力润滑织构和储油织构部分重叠，用于使润滑油沿着滚动体运动方向运动。
进一步，所述滚道表面中心区域的横截面曲线弧度θ1与所述滚动轴承内圈滚道的横截面曲线弧度θ0的关系为：θ1/θ0＝10-50％；所述滚道表面侧边区域横截面的单边曲线弧度θ2与所述滚动轴承内圈滚道的横截面曲线弧度θ0的关系为：2*θ2/θ0＝50-90％；设有布油织构的所述滚道表面区域的横截面曲线弧度θ3与所述滚动轴承内圈滚道的横截面曲线弧度θ0的关系为：θ3/θ0＝10-95％。
进一步，所述动力润滑织构为均匀点阵分布的微凹坑形貌，所述微凹坑形貌参数为： D1＝20-100μm,h1＝5-30μm；所述微凹坑均匀点阵分布参数为：ρ1＝5-30％,
Figure GDA0002780552700000021
Figure GDA0002780552700000022
其中：D1为动力润滑织构微凹坑形貌直径；h1为动力润滑织构微凹坑形貌深度；ρ1为动力润滑织构微凹坑形貌面积与滚道表面中心区域面积的比值；a1为相邻所述动力润滑织构的微凹坑形貌之间的径向距离；b1为相邻所述动力润滑织构的微凹坑形貌之间的周向距离。
进一步，所述储油织构为均匀点阵分布的微凹坑形貌，所述微凹坑形貌参数为： D2＝50-200μm,h2＝1-15μm，所述微凹坑均匀点阵分布参数为：ρ2＝2-15％,
Figure GDA0002780552700000023
Figure GDA0002780552700000024
其中：D2为储油织构微凹坑形貌直径；h2为储油织构微凹坑形貌深度；ρ2为储油织构微凹坑形貌面积与滚道表面侧边区域面积的比值；a2为相邻所述储油织构的微凹坑形貌之间的径向距离；b2为相邻所述储油织构的微凹坑形貌之间的周向距离。
进一步，所述布油织构为规则分布的微凹槽形貌，所述微凹槽形貌参数为：B＝20-100μm,h3＝1-15μm；其中：B为布油织构的微凹槽形貌宽度；h3为布油织构的微凹槽形貌深度。
进一步，所述布油织构为谐波分布的微凹槽形貌，所述谐波分布的微凹槽形貌参数为：N＝1-3，A＝(0.5-2)r，ω＝4π-20π，其中，N为谐波数量；A为谐波振幅；r为滚道表面曲率半径；ω为角频率。
进一步，所述布油织构为鱼骨分布的微凹槽形貌，所述鱼骨分布的微凹槽形貌参数为： W＝200-20000μm，α＝30-60°，其中，W为鱼骨分布线距；α为鱼骨与滚道中心线所成角度。
进一步，所述滚道表面中心区域的横截面曲线弧度θ1、；所述滚道表面侧边区域横截面的单边曲线弧度θ2和设有布油织构的所述滚道表面区域的横截面曲线弧度θ3之间满足下面关系：
Figure GDA0002780552700000031
且θ3>θ1。
一种滚动轴承，包括滚动轴承内圈，所述滚动轴承内圈上设有滚动轴承内圈滚道。
本发明的有益效果在于：
通过分布在滚道核心受力区域的动力润滑织构的流体动压作用，将滚道表面与滚动体表面分离，避免产生干摩擦，改善接触面润滑条件；分布在滚道侧边区域的储油织构，能在承受径向冲击载荷时，储存从动力润滑织构中受挤溢出的润滑油，并且这部分润滑油在高负载下能在储油织构表面也形成连续油膜，增加产生流体动压效应的区域，抵抗冲击载荷，维持轴承稳定性。分布在滚道部分区域的布油织构，在转动惯性的作用下，将润滑油沿着运动方向泵送，保证了各个区域布油的均匀性，能够有效提升区域联合承载能力。此外，通过激光烧蚀作用在活塞销表面形成激光硬化层，省去了后续表面淬火工序，节能环保。
附图说明
图1为本发明所述的滚动轴承内圈滚道实施例1结构图。
图2为本发明所述的滚动轴承内圈滚道实施例2结构图。
图3为本发明所述的滚道表面中心区域分布图。
图4为图3的Ⅰ局部放大图。
图5为本发明所述的动力润滑织构形貌均匀点阵分布图。
图6为本发明所述的动力润滑微凹坑横截面示意图。
图7为本发明所述的滚道表面侧边区域图。
图8为图7的Ⅳ局部放大图。
图9为本发明所述的储油织构形貌均匀点阵分布图
图10为本发明所述的储油微凹坑横截面示意图。
图11为本发明所述的滚道表面布油织构布置区域图。
图12为图11 的Ⅶ局部放大图。
图13为本发明所述的布油织构谐波分布和鱼骨分布示意图。
图14为本发明所述的微凹槽横截面示意图。
图中：
1-滚动轴承内圈；2-滚动体；3-滚动轴承外圈。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1和图2所示，本发明所述的滚动轴承内圈滚道，所述滚动轴承内圈1的滚道表面中心区域内设有动力润滑织构，所述动力润滑织构用于将滚道表面与滚动体2表面分离，避免产生干摩擦；所述滚道表面侧边区域设有储油织构，且所述滚道表面侧边区域为滚道表面中心区域两侧的对称区域，用于在高负载下形成连续油膜；所述滚道表面上设有布油织构，且所述布油织构与动力润滑织构和储油织构部分重叠，用于使润滑油沿着滚动体2运动方向运动。滚道核心区域的动力润滑织构，提供主要流体动压效果；滚道侧边区域的储油织构和滚道核心区域的动力润滑织构协同作用使滚动轴承能够抵御径向冲击载荷；滚道部分区域的布油织构沿运动方向泵油，保证布油的区域均匀性；三者共同改善运行稳定性和润滑状况。
如图4、图8和图12所示，所述滚道表面中心区域的横截面曲线弧度θ1与所述滚动轴承内圈1滚道的横截面曲线弧度θ0的关系为：θ1/θ0＝10-50％；所述滚道表面侧边区域横截面的单边曲线弧度θ2与所述滚动轴承内圈1滚道的横截面曲线弧度θ0的关系为：2*θ2/θ0＝ 50-90％；设有布油织构的所述滚道表面区域的横截面曲线弧度θ3与所述滚动轴承内圈1滚道的横截面曲线弧度θ0的关系为：θ3/θ0＝10-95％。所述滚道表面中心区域的横截面曲线弧度θ1、所述滚道表面侧边区域横截面的单边曲线弧度θ2和设有布油织构的所述滚道表面区域的横截面曲线弧度θ3之间满足下面关系：
Figure GDA0002780552700000041
且θ3>θ1。这样所述动力润滑织构的滚道表面核心受力区域与储油织构的滚道表面侧边区域搭接，布油织构的滚道部分区域完全覆盖动力润滑织构的滚道表面核心受力区域。
如图3、图4、图5和图6所示，所述动力润滑织构为均匀点阵分布的微凹坑形貌，所述微凹坑形貌参数为：D1＝20-100μm,h1＝5-30μm；所述微凹坑均匀点阵分布参数为：ρ1＝5-30％,
Figure GDA0002780552700000042
其中：D1为动力润滑织构微凹坑形貌直径；h1为动力润滑织构微凹坑形貌深度；ρ1为动力润滑织构微凹坑形貌面积与滚道表面中心区域面积的比值； a1为相邻所述动力润滑织构的微凹坑形貌之间的径向距离；b1为相邻所述动力润滑织构的微凹坑形貌之间的周向距离。
如图7、图8、图9和图10所示，所述储油织构为均匀点阵分布的微凹坑形貌，所述微凹坑形貌参数为：D2＝50-200μm,h2＝1-15μm，所述微凹坑均匀点阵分布参数为：ρ2＝2-15％,
Figure GDA0002780552700000043
其中：D2为储油织构微凹坑形貌直径；h2为储油织构微凹坑形貌深度；ρ2为储油织构微凹坑形貌面积与滚道表面侧边区域面积的比值；a2为相邻所述储油织构的微凹坑形貌之间的径向距离；b2为相邻所述储油织构的微凹坑形貌之间的周向距离。
如图11、图12、图13和图14所示，所述布油织构为规则分布的微凹槽形貌，所述微凹槽形貌参数为：B＝20-100μm,h3＝1-15μm；其中：B为布油织构的微凹槽形貌宽度； h3为布油织构的微凹槽形貌深度。如图13所示，所述布油织构为谐波分布的微凹槽形貌，所述谐波分布的微凹槽形貌参数为：N＝1-3，A＝(0.5-2)r，ω＝4π-20π，其中，N为谐波数量； A为谐波振幅；r为滚道表面曲率半径；ω为角频率。所述布油织构为鱼骨分布的微凹槽形貌，所述鱼骨分布的微凹槽形貌参数为：W＝200-20000μm，α＝30-60°，其中，W为鱼骨分布线距；α为鱼骨与滚道中心线所成角度。
如图1所示，本发明所述的滚动轴承内圈滚道实施例1，其中布油微凹槽的分布形状为鱼骨状，加工方法具体步骤如下：
步骤1，对滚动轴承滚道表面进行区域划分，确立核心受力区域、侧边区域、部分区域范围和织构形状参数，具体形貌参数如下：动力润滑织构所占的核心受力区域的占比参数为：θ1/θ0＝20-40％；动力润滑织构的微凹坑形貌参数为：D1＝30-70μm,h1＝7- 13μm,ρ1＝7-19％,
Figure GDA0002780552700000051
储油织构所占的侧边区域的占比参数为：θ2/θ0＝60-75％；储油织构的微凹坑形貌参数为：D2＝60-140μm,h2＝3-7μm,ρ2＝ 3-8％,
Figure GDA0002780552700000052
布油织构所占的部分区域的占比参数为：θ3/θ0＝75-85％；布油织构的形貌参数为：B＝30-70μm,h3＝7-13μm，分布参数为：w＝400-8000μm，α＝45-60°。
步骤2，利用固体激光器或光纤激光器，按照动力润滑织构的设计方案对滚道表面进行微凹坑激光烧蚀加工，具体激光加工参数：激光波长532nm或1064nm，离焦量[-1.2mm,1.2mm]，脉冲宽度[10ps，300ns]，脉冲频率[1Hz，10KHz]，激光能量密度[106W/cm2,108W/cm2]，辅助气体为氮气或高压空气或惰性气体，辅助气体吹气角度与加工点法线成0-60°。
步骤3，利用固体激光器或光纤激光器，按照储油织构的设计方案对滚道表面进行微凹坑激光烧蚀加工，具体激光加工参数：激光波长532nm或1064nm，离焦量[-1.2mm,1.2mm]，脉冲宽度[10ns，500ns]，脉冲频率[1Hz，10KHz]，激光能量密度[106W/cm2,108W/cm2]，辅助气体为氮气或高压空气或惰性气体，辅助气体吹气角度与加工点法线成0-60°。
步骤4，利用固体激光器或光纤激光器，按照布油织构的设计方案对滚道表面进行微凹槽激光烧蚀加工，具体激光加工参数：激光波长532nm或1064nm，离焦量[-1.2mm,1.2mm]，脉冲宽度[10ps，300ns]，脉冲频率[1Hz，10KHz]，激光能量密度[106W/cm2,108W/cm2]，脉冲光斑重叠率[40％,90％],辅助气体为氮气或高压空气或惰性气体，辅助气体吹气角度与加工点法线成0-60°。
步骤5，最终形成具有鱼骨状布油微凹槽的一种表面织构化轴承滚道。
如图2所示，本发明所述的滚动轴承内圈滚道实施例2，其中布油微凹槽的分布形状为谐波状，加工方法具体步骤如下：
步骤1，对滚动轴承滚道表面进行区域划分，确立核心受力区域、侧边区域、部分区域范围和织构形状参数，具体形貌参数如下：动力润滑织构所占的核心受力区域的占比参数为：θ1/θ0＝20-40％；动力润滑织构的微凹坑形貌参数为：D1＝30-70μm,h1＝7- 13μm,ρ1＝7-19％,
Figure GDA0002780552700000061
储油织构所占的侧边区域的占比参数为：θ2/θ0＝60-75％；储油织构的微凹坑形貌参数为：D2＝60-140μm,h2＝3-7μm,ρ2＝ 3-8％,
Figure GDA0002780552700000062
布油织构所占的部分区域的占比参数为：θ3/θ0＝80-90％；布油织构的形貌参数为：B＝30-70μm,h3＝7-13μm，分布参数为：N＝1-3，A＝(0.5-2) r，ω＝4π-20π。
步骤2，利用固体激光器或光纤激光器，按照动力润滑织构的设计方案对滚道表面进行微凹坑激光烧蚀加工，具体激光加工参数：激光波长532nm或1064nm，离焦量[-1.2mm,1.2mm]，脉冲宽度[10ps，300ns]，脉冲频率[1Hz，10KHz]，激光能量密度[106W/cm2,108W/cm2]，辅助气体为氮气或高压空气或惰性气体，辅助气体吹气角度与加工点法线成0-60°；
步骤3，利用固体激光器或光纤激光器，按照储油织构的设计方案对滚道表面进行微凹坑激光烧蚀加工，具体激光加工参数：激光波长532nm或1064nm，离焦量[-1.2mm,1.2mm]，脉冲宽度[10ns，500ns]，脉冲频率[1Hz，10KHz]，激光能量密度[106W/cm2,108W/cm2]，辅助气体为氮气或高压空气或惰性气体，辅助气体吹气角度与加工点法线成0-60°；
步骤4，利用固体激光器或光纤激光器，按照布油织构的设计方案对滚道表面进行微凹槽激光烧蚀加工，具体激光加工参数：激光波长532nm或1064nm，离焦量[-1.2mm,1.2mm]，脉冲宽度[10ps，300ns]，脉冲频率[1Hz，10KHz]，激光能量密度[106W/cm2,108W/cm2]，脉冲光斑重叠率[40％,90％],辅助气体为氮气或高压空气或惰性气体，辅助气体吹气角度与加工点法线成0-60°；
步骤5，最终形成具有谐波状布油微凹槽的一种表面织构化轴承滚道。
一种滚动轴承，包括滚动轴承内圈1、滚动轴承外圈3和滚动体2，所述滚动轴承内圈1 的滚道内设有动力润滑织构、储油织构和布油织构。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种滚动轴承内圈滚道，其特征在于，所述滚动轴承内圈(1)的滚道表面中心区域内设有动力润滑织构，所述动力润滑织构用于将滚道表面与滚动体(2)表面分离，避免产生干摩擦；所述滚道表面侧边区域设有储油织构，且所述滚道表面侧边区域为滚道表面中心区域两侧的对称区域，用于在高负载下形成连续油膜；所述滚道表面上设有布油织构，且所述布油织构与动力润滑织构和储油织构部分重叠，用于使润滑油沿着滚动体(2)运动方向运动；
所述动力润滑织构为均匀点阵分布的微凹坑形貌，所述微凹坑形貌参数为：D1＝20-100μm，h1＝5-30μm；所述微凹坑均匀点阵分布参数为：ρ1＝5-30％，
Figure FDA0002780552690000011
Figure FDA0002780552690000012
其中：D1为动力润滑织构微凹坑形貌直径；h1为动力润滑织构微凹坑形貌深度；ρ1为动力润滑织构微凹坑形貌面积与滚道表面中心区域面积的比值；a1为相邻所述动力润滑织构的微凹坑形貌之间的径向距离；b1为相邻所述动力润滑织构的微凹坑形貌之间的周向距离；
所述储油织构为均匀点阵分布的微凹坑形貌，所述微凹坑形貌参数为：D2＝50-200μm，h2＝1-15μm，所述微凹坑均匀点阵分布参数为：ρ2＝2-15％，
Figure FDA0002780552690000013
Figure FDA0002780552690000014
其中：D2为储油织构微凹坑形貌直径；h2为储油织构微凹坑形貌深度；ρ2为储油织构微凹坑形貌面积与滚道表面侧边区域面积的比值；a2为相邻所述储油织构的微凹坑形貌之间的径向距离；b2为相邻所述储油织构的微凹坑形貌之间的周向距离；
所述布油织构为规则分布的微凹槽形貌，所述微凹槽形貌参数为：B＝20-100μm，h3＝1-15μm；其中：B为布油织构的微凹槽形貌宽度；h3为布油织构的微凹槽形貌深度。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承内圈滚道，其特征在于，所述滚道表面中心区域的横截面曲线弧度θ1与所述滚动轴承内圈(1)滚道的横截面曲线弧度θ0的关系为：θ1/θ0＝10-50％；所述滚道表面侧边区域横截面的单边曲线弧度θ2与所述滚动轴承内圈(1)滚道的横截面曲线弧度θ0的关系为：2*θ2/θ0＝50-90％；设有布油织构的所述滚道表面区域的横截面曲线弧度θ3与所述滚动轴承内圈(1)滚道的横截面曲线弧度θ0的关系为：θ3/θ0＝10-95％。
3.根据权利要求1所述的滚动轴承内圈滚道，其特征在于，所述布油织构为谐波分布的微凹槽形貌，所述谐波分布的微凹槽形貌参数为：N＝1-3，A＝(0.5-2)r，ω＝4π-20π，其中，N为谐波数量；A为谐波振幅；r为滚道表面曲率半径；ω为角频率。
4.根据权利要求1所述的滚动轴承内圈滚道，其特征在于，所述布油织构为鱼骨分布的微凹槽形貌，所述鱼骨分布的微凹槽形貌参数为：W＝200-20000μm，α＝30-60°，其中，W为鱼骨分布线距；α为鱼骨与滚道中心线所成角度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的滚动轴承内圈滚道，其特征在于，所述滚道表面中心区域的横截面曲线弧度θ1、所述滚道表面侧边区域横截面的单边曲线弧度θ2和设有布油织构的所述滚道表面区域的横截面曲线弧度θ3之间满足下面关系：
Figure FDA0002780552690000021
且θ3＞θ1。
6.一种滚动轴承，其特征在于，包括滚动轴承内圈(1)，所述滚动轴承内圈(1)上设有权利要求1-4任一项所述的滚动轴承内圈滚道。
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