CN110778607B - 轴承圈 - Google Patents

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Abstract

所公开的是用于滚动元件轴承或滑动轴承的轴承圈(1)，轴承圈(1)包括待感应硬化的至少一个第一区域(2；4；6；8)和非待硬化的至少一个第二区域(10；12；18；24；26)，其中，非待硬化的第二区域(2；4；6；8)形成有至少一个应力释放凹部(14；16；22)和/或至少一个应力释放凸部(28)。

Description

轴承圈
技术领域
本发明涉及用于滚动元件轴承或滑动轴承的轴承圈，包括待感应硬化(to-be-hardened)的至少一个第一区域和非待硬化(not-to-be-hardened)的至少一个第二区域。
背景技术
从现有技术已知的是，为了获得足够的硬度和对机械应力的耐受力，将轴承圈的重负载表面感应硬化。在这里，用于设定特定表面层条件的感应硬化方法基于作为材料特殊热处理(material-specific thermal treatment)的结果而发生的结构转变，并且通常可以分为将温度加热到高于奥氏体化温度的步骤，以及任选的将温度淬灭到低于马氏体开始温度的随后步骤。至少在例如滚动元件轴承的轴承圈的滚道的边缘层中，这由此会发生到奥氏体结构的转变，而在内部，维持最初的微观结构。归因于只对局部表面的处理，并且归因于对硬度值和硬度曲线的良好控制，感应硬化得到越来越普遍的使用。
然而，不利的是，在感应处理的过程中，会产生材料的热膨胀，由于在特别是硬化区域中会产生可能导致不期望的破裂形成的特别高的应力，所以在这些区域中热膨胀是有害的。
发明内容
因此，本发明的目的是使提供降低了破裂形成的风险的轴承圈。
该目的通过根据方案1的轴承圈实现。
在下文中，提出了一种用于滚动元件轴承或滑动轴承的轴承圈，该轴承圈包括待感应硬化的至少一个第一区域和非待硬化的至少一个第二区域。为了抑制破裂的形成，非待硬化的第二区域形成有至少一个应力释放凹部和/或至少一个应力释放凸部。该凹部或凸部能够使如下成为可能：归因于这些第二区域，在轴承圈的热处理期间，有利于待硬化的第一区域的热膨胀/收缩，从而能够以有目标的方式(in a targeted manner)减小轴承圈中的应力。归因于凹部或凸部，能够促进第一区域中的材料的热膨胀或材料的热收缩，从而抑制了由应力诱发的破裂形成。非待硬化区域优选与待硬化区域邻接(abut)，或者位于两个待硬化区域之间。特别优选的是，非待硬化区域和待硬化区域彼此以近似直角邻接。当将非待硬化区域布置在两个实质上平行的待硬化区域之间并相对于这两待硬化区域呈直角时，实现了特别有效的破裂防止。在这里，特别优选的是，将至少一个应力释放凹部和/或至少一个应力释放凸部布置在非待硬化区域的中央。
在这里，特别是当所有非待硬化区域均装配有至少一个应力释放凹部和/或至少一个应力释放凸部时，是有利的。由此，应力释放元件(stress-relief element)能够特别适用于滚道的轴承肩和/或凸缘，该应力释放元件抑制了通常发生在硬化区域中的破裂形成。
根据进一步有利的示例性实施方式，应力释放凹部和/或应力释放凸部与待硬化区域邻接或以距待硬化区域短距离的方式布置。在这里，应力释放凹部和/或应力释放凸部优选以距离小于两倍硬化深度的方式布置。该区域中的材料的弹性大于硬化区域中的材料的弹性，其中在硬化期间，应力累积(stress build-up)特别地大，使得在这里，应力释放凹部或凸部特别有效。因而，所提供的应力释放凹部或凸部不布置在最大应力所在的区域中，而是布置在硬度较低但弹性较大所在的相邻区域中，从而将硬化区域中的应力以有目标的方式传递到该相邻区域。以这种方式，硬化区域中的应力总体上减小了，而在相邻区域中增大了。由此，在硬化区域所在的区域中获得了均匀的应力分布(stress profile)。在应力释放凹部或凸部所在的区域中，还能够经由弹性变形产生塑性变形。在这里，一个有利实施方式提供了，将应力释放凹部和/凸部布置于划分出滚道的凸缘或肩。
根据进一步有利的示例性实施方式，应力释放凹部和/或凸部绕着整个轴承圈沿周向延伸。然而，作为一种选择或另外地，还可以将应力释放凹部和/或凸部至少部分地构造为离散元件，使得多个离散构成的应力释放凹部和/或凸部在非硬化带中绕着轴承圈沿周向延伸。在感应处理期间，这两选择方案均允许材料在热膨胀或收缩期间有足够的应力释放。
轴承圈的进一步有利的示例性实施方式装配有应力释放凹部和/或应力释放凸部，应力释放凹部和/或应力释放凸部包括至少一个侧壁，该侧壁被设置为相对于轴承圈的径向呈大于10°且小于80°的角度，优选呈近似30°至60°的角度。这意味着，应力释放凹部/凸部具有范围落在20°和160°之间，优选落在60°和120°之间的开放角。利用该呈角度的设计，能够特别良好地容许材料膨胀/收缩，因而能够抑制破裂形成。
此外，如果应力释放凹部的深度和/或应力释放凸部的高度为热影响带的近似0.5倍至2倍，优选为1倍至1.5倍，则是有利的。“热影响带”应当理解为与待硬化区域直接邻接的地带。归因于应力释放凹部/凸部的深度/高度的采用，轴承圈的几何形状变化(膨胀/收缩)能够被特别良好地容许，而不会在材料中预期破裂形成。
在滚动元件轴承的轴承圈中形成应力释放凹部/凸部是特别优选的，因为它们的几何形状会在硬化期间促进强的应力增大。通过设置应力释放凹部/凸部，能够抑制该促进，从而明显减少了破裂形成。
说明书、附图和权利要求书中记载了进一步优点和有利实施方式。在这里，特别的是，说明书和附图中记载的特征的组合仅是示例性的，使得特征还能够以其它方式单独或组合地存在。
在下文中，将使用附图中所绘的示例性实施方式更详细地描述本发明。在这里，示例性实施方式和示例性实施方式中所示的组合仅是示例性的，而不旨在限定本发明的范围。该范围仅由所附权利要求书限定。
附图说明
图1示出了穿过轴承圈的第一优选示例性实施方式的截面图，
图2示出了穿过轴承圈的第二优选示例性实施方式的截面图，
图3示出了穿过轴承圈的第三优选示例性实施方式的截面图。
附图标记说明
1 轴承圈
2、4、6 轻负载硬化区域
8 滚道、负载硬化区域
10、12、18、24、26 非硬化区域
14、16、22、28 应力凹部/凸部
E 硬化深度(硬化期间的趋势(current))
A 热影响带
T 凹部的深度/凸部的高度
具体实施方式
在下文中，用相同的附图标记指代相同或功能上等同的元件。
在图1至图3中，示出了均装配有应力释放凹部/应力释放凸部的不同轴承圈1。
图1示意性地示出了使用在例如深沟球轴承中的轴承圈1的截面图示。在这里，轴承内圈1包括内圈外表面2、4和6，尽管被感应强化了，但是内圈外表面2、4和6不会受到任何特别增大的负荷(loading)。相反，归因于与滚动元件(未示出)接触，滚道8是重负载的，因此必须制得特别硬。因而，对滚道8进行的感应硬化的穿透深度(penetration depth)明显大于对侧表面2、4和6进行的感应硬化的穿透深度。这通过图1中的不同厚度的黑色区域来体现。
此外，图1示出了存在与滚道8在侧向上(laterally)相邻的非硬化区域10、12，在所绘的示例性实施方式中，该非硬化区域10、12均装配有应力释放凹部(stress-reliefrecess)14、16。这些应力释放凹部14、16与被感应硬化的滚道8直接相邻地布置，或者布置在距被感应硬化的滚道8非常小的距离A处，并且由于滚道8的硬化深度E特别大，所以这些应力释放凹部14、16形成有相对大的深度T。由于具有特别深的硬化深度E，所以热影响带(heat-influence zone)也明显较大，并且组件的应力负载会因热膨胀而特别大，有利的是，应力释放凹部/突起相应地具有如下尺寸：凹陷或隆起区域能够使轴承圈发生明显的几何形状变化，而不导致破裂形成(crack formation)。
图1进一步示出了应力吸收凹部16的侧壁18、20相对于轴承圈的径向R配置，使得它们一起形成60°的开放角(opening angle)。在所绘的示例性实施方式中，凹部16的侧壁对称地构成；然而，还可能的是，将侧壁设计成具有不同的斜率。还绘出的是，凹部14和16相同地构成。然而，还可能的是，凹部14、16具有不同的几何形状，或者甚至还可能的是，将应力释放凹部中的一者构造为应力释放凸部。此外，还可以将应力释放凹部14、16中的一者构造为沿周向延伸的连续的槽，而将应力释放凹部中另一者构造为多个在周向上离散分布的应力释放元件。在这里，可以将应力释放元件构造为凹部和/或凸部，其中凸部和凹部甚至可以依次交替。
图2示出了使用在滚子轴承(特别是双列圆锥滚子轴承)中的轴承圈1的另一优选示例性实施方式。在该示例性实施方式中，还存在被感应硬化的轴承圈外表面2、4、6，尽管轴承圈外表面2、4、6被感应硬化了也无需承受任何特别重的负载。相反，滚道8-1、8-2与滚动元件直接接触，并且必须承受重负载。非硬化区域10、12、18依次设置在滚道8-1、8-2之间，并且与滚道8-1、8-2侧向地设置；非硬化区域10、12、18分别设置有应力释放凹部14、16、22。保持凸缘(retaining flange)和引导凸缘(guide flange)的面对滚道的侧表面也被感应硬化，并且限定出滚道8-1、8-2的区域。应力释放凹部14、16、22相对于保持凸缘和引导凸缘的硬化边缘层实质上平行地延伸或以开放角减小一半的方式延伸。
如能够从图2进一步看出的，所有应力释放凹部14、16、22彼此不同，其中它们的不同设计是归因于轴承圈的具体几何形状设计。
例如，凹部14、16、22的开放角因而随着工件的不同而不同。如图2所示，边缘侧凹部14、16的开放角明显大于中央凹部22的开放角。此外，图2示出了针对组件中的各个应力释放凹部/凸部，凹部/凸部的深度T(当然，类似的是，还有高度)无需相等，而是特别如图2所示，凹部14明显比凹部16深，中央凹部22的深度T3最大。这特别归因于如下事实：凹部深度T特别取决于距硬化表面、即热影响带的距离A。因而，例如，凹部14的热影响带A明显大于凹部16的热影响带A2。凹部的深度T优选为热影响带A的1倍至1.5倍。
图3示出了轴承外圈1的示例性实施方式，其包括圆筒滚子轴承的两个侧缘，具体而言，其也包括硬化但非重负载的外侧2、4、6和重负载的滚道8。在这里，两个侧缘的硬化边缘层直接邻接滚道8，或者包括在术语“滚道”内。除了与轴外圈的设计不同以外，所示的示例性实施方式在非硬化区域12包括应力释放凹部14，在非硬化区域10包括应力释放凸部28。
在图1、图2和图3的所有示例性实施方式中，应力释放凹部和/或应力释放凸部实质上位于以直角直接邻接待硬化区域2、6、8的非待硬化区域10、12、18、24和26中，其中非待硬化区域10、12、18、24和26实质上正交地位于两个硬化区域2和8之间、6和8之间以及8-1和8-2之间。在这里，硬化区域2、6、8的硬化边缘层实质上被构造成在凸缘或轴承肩所在的该区域中彼此平行。
如上，应力释放凹部14、16、22和应力释放凸部28可以作为槽或肋沿着轴承圈1沿周向延伸；然而，还可以的是，将应力释放凹部或应力释放凸部设计为呈现隆起或孔的形式的离散元件。在这里，如果绕着轴承圈的圆周分布多个应力释放凹部或凸部，使得即使是轴承圈中的明显几何形状变化，利用离散的应力释放凹部/凸部也能够抑制破裂形成，则是优选的。
由于应力释放凹部允许应力释放(特别是在轴承圈膨胀的情况下)，另一方面，在收缩的情况下，凸部抑制了破裂形成，此外，如果存在凹部和凸部两者，则是有利的。特别是在离散形成的应力释放元件的情况下，如果例如在图3的示例性实施方式中，应力释放元件以凸部28在周向上跟随凹部14，凹部14在周向上跟随凸部28的方式依次交替，则是有利的。因而，在非待硬化区域10、12中，多个凹部和多个凸部两者可以以交替的顺序存在。由此，能够吸收加热期间的应力和随后的淬火期间的应力两者。
总体上，通过在软材(soft material)中，即在非硬化区域中，设置应力吸收凹部和/或凸部，促进了材料的热膨胀/热收缩，并且以有目标的方式减小了组件中的应力，从而能够抑制破裂形成。

Claims (11)

1.一种用于滚动元件轴承或滑动轴承的轴承圈(1)，轴承圈(1)包括待感应硬化的至少一个第一区域(2；4；6；8)和非待硬化的至少一个第二区域(10；12；18；24；26)，其特征在于，非待硬化的第二区域(10；12；18；24；26)形成有至少一个应力释放凹部(14；16；22)和/或至少一个应力释放凸部(28)，
所述应力释放凹部(14；16；22)的深度和/或所述应力释放凸部(28)的高度取决于距待感应硬化的表面的距离。
2.根据权利要求1的轴承圈(1)，其特征在于，所有非待硬化区域(10；12；18；24；26)均装配有至少一个应力释放凹部(14；16；22)和/或至少一个应力释放凸部(28)。
3.根据权利要求中1或2的轴承圈(1)，其特征在于，应力释放凹部(14；16；22)和/或应力释放凸部(28)与待硬化区域(2；4；6；8)相邻地布置或以距待硬化区域(2；4；6；8)短距离的方式布置。
4.根据权利要求3的轴承圈(1)，其特征在于，应力释放凹部(14；16；22)和/或应力释放凸部(28)以距待硬化区域(2；4；6；8)的距离小于两倍预定感应硬化深度的方式布置。
5.根据权利要求1或2的轴承圈(1)，其特征在于，至少一个应力释放凹部(14；16；22)和/或至少一个应力释放凸部(28)绕着轴承圈(1)沿周向延伸。
6.根据权利要求1或2的轴承圈(1)，其特征在于，至少一个应力释放凹部(14；16；22)和/或至少一个应力释放凸部(28)被形成为绕着轴承圈(1)沿周向分布的多个离散形成的应力释放凹部(14；16；22)和/或多个离散形成的应力释放凸部(28)。
7.根据权利要求1或2的轴承圈(1)，其特征在于，应力释放凹部(14；16；22)和/或应力释放凸部(28)包括至少一个侧壁，该侧壁被设置为相对于轴承圈(1)的径向呈大于10°且小于80°的角度。
8.根据权利要求1或2的轴承圈(1)，其特征在于，应力释放凹部(14；16；22)的深度和/或应力释放凸部(28)的高度为热影响带的近似0.5倍至2倍。
9.根据权利要求1或2的轴承圈(1)，其特征在于，轴承圈(1)是滚动元件轴承的轴承圈(1)。
10.根据权利要求1或2的轴承圈(1)，其特征在于，应力释放凹部(14；16；22)和/或应力释放凸部(28)包括至少一个侧壁，该侧壁被设置为相对于轴承圈(1)的径向呈近似30°至60°的角度。
11.根据权利要求1或2的轴承圈(1)，其特征在于，应力释放凹部(14；16；22)的深度和/或应力释放凸部(28)的高度为热影响带的近似1倍至1.5倍。
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