CN111726905A - 改善轴承散差的轴承处理方法及轴承处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善轴承散差的轴承处理方法及轴承处理装置，改善轴承散差的轴承处理方法包括：建立稳恒磁场；建立沿环形分布的交变感应电流，且所述交变感应电流与所述稳恒磁场具有相复合的处理区；将轴承试样放置在所述处理区内进行处理。本发明利用交变感应电流和稳恒磁场形成相复合的电磁场，然后通过该电磁场处理轴承试样，根据电磁场产生的磁致塑性和磁致相变处理轴承表面的微观缺陷集中部位，借助于电磁场具有的靶向作用特点，可用来改善轴承弱区内存在的微观缺陷及应力集中敏感的性能，从而提升轴承材料性能的一致性，使轴承寿命散差降低，提高轴承的可靠性。

Description

改善轴承散差的轴承处理方法及轴承处理装置

技术领域

本发明涉及轴承处理技术领域，尤其涉及一种改善轴承散差的轴承处理方法及轴承处理装置。

背景技术

轴承作为运动机械不可缺少的零部件广泛地应用于国民经济的各个领域。随着现代制造技术的发展，飞机、核设施等大型设备对轴承的可靠性和疲劳寿命的要求愈来愈高，其中可靠性水平直接影响到主机的性能。

目前关于轴承大多数都是针对提高轴承寿命的研究，如热处理技术、气相沉积薄膜、喷丸、离子注入等表面强化方法。但提高寿命不等于提高了可靠性，如喷丸虽会提高轴承寿命但也会导致表面层缺陷的增多、形成微裂纹，从而加重表面损伤，使可靠性降低。

轴承的可靠性是指：“在轴承寿命范畴内，对于一组在相同条件下运转的近于相同的滚动轴承，该组轴承期望达到或超过规定寿命的百分率”，在给定额

定寿命情况下，单个滚动轴承的可靠度是该轴承达到或超过规定寿命的百分率。因此，可靠度可表示为幸存概率。如果幸存概率表示为S％，则失效概率为(100-S)％。利用可靠度寿命修正系数a1，可计算不同失效概率水平下的轴承寿命Ln。

式中，n为失效概率；L10为轴承的额定寿命，表示失效概率为10％，或幸存概率为90％时的轴承寿命；β为Weibull统计分布中的直线的斜率，称为离散指数。由式(1)可知，β越大，a1越大，则寿命的离散度越小，可靠性越高。

离散度(散差)产生的原因是由于轴承加工过程的随机性导致表面质量的一致性问题，从而导致轴承材料局部存在弱区。但是，目前针对降低轴承散差、提高轴承可靠性的研究较少，无法有效改善轴承表面局部弱区内存在的微观缺陷及应力集中敏感的性能，提升轴承材料性能的一致性，轴承散差较高，轴承可靠性较差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种改善轴承散差的轴承处理方法，所述改善轴承散差的轴承处理方法改善轴承上存在的微观缺陷，提高轴承材料性能的一致性，使得轴承寿命散差降低，轴承可靠性提高。

本发明还提出一种应用上述轴承处理方法的轴承处理装置。所述轴承处理装置在室温条件下对装置内轴承材料试样的微观缺陷进行改善，不改变其工程尺寸与外观便可提高轴承可靠性。

根据本发明实施例的一种改善轴承散差的轴承处理方法，包括：建立稳恒磁场；建立沿环形分布的交变感应电流，且所述交变感应电流与所述稳恒磁场具有相复合的处理区；将轴承试样放置在所述处理区内进行处理，所述交变感应电流为感应电源向所述感应线圈中接入交变电流而产生。

根据本发明实施例的改善轴承散差的轴承处理方法，利用交变感应电流和稳恒磁场形成相复合的电磁场，然后通过该电磁场处理轴承试样，根据电磁场产生的磁致塑性和磁致相变处理轴承表面的微观缺陷集中部位，借助于电磁场具有的靶向作用特点，可用来改善轴承弱区内存在的微观缺陷及应力集中敏感的性能，从而提升轴承材料性能的一致性，使轴承寿命散差降低，提高轴承的可靠性。

一些实施例中，所述建立稳恒磁场包括：由励磁电源通过励磁线圈产生的强度可调的电磁场。

一些实施例中，所述励磁线圈在所述处理区产生的稳恒磁场的磁场强度为0.8至2.0特斯拉。

一些实施例中，所述建立交变感应电流包括：所述稳恒磁场内设置有感应线圈，所述交变感应电流为感应电源向所述感应线圈中接入交变电流而产生。

一些实施例中，所述感应线圈接入的所述交变电流为300至500安培，所述交变电流的频率为10至20赫兹，以在所述轴承试样上形成电流趋肤效应。

根据本发明实施例的一种轴承处理装置，所述轴承处理装置包括：稳恒磁场发生器，用于产生稳恒磁场；感应电流发生器，用于产生交变感应电流，所述交变感应电流与所述稳恒磁场具有相复合的处理区，所述处理区用于放置轴承试样，所述感应电流发生器使所述轴承试样上产生交变感应电流；感应电流发生器产生的交变感应电流先在所述线圈中通入交变电流，产生交变磁通量，发生电磁感应，从而在所述轴承试样上产生交变感应电流。

根据本发明实施例的轴承处理装置，利用感应电流发生器和稳恒磁场发生器形成相复合的电磁场，然后通过该电磁场处理轴承试样，根据电磁场产生的磁致塑性和磁致相变处理轴承表面的微观缺陷集中部位，借助于电磁场具有的靶向作用特点，可用来改善轴承弱区内存在的微观缺陷及应力集中敏感的性能，从而提升轴承材料性能的一致性，使轴承寿命散差降低，提高轴承的可靠性。

一些实施例中，所述稳恒磁场发生器包括：励磁电源；铁芯，所述铁芯环绕所述处理区设置；励磁线圈，所述励磁线圈绕制在所述铁芯上，所述励磁线圈与所述励磁电源相连。

一些实施例中，所述感应电流发生器包括：感应电源；感应线圈，所述感应线圈位于所述励磁线圈内，所述感应线圈环绕所述处理区设置，所述感应线圈与所述感应电源相连，以在所述感应线圈中接入交变电流。

一些实施例中，所述铁芯包括：下铁芯，所述下铁芯上设有向上延伸的支撑台，所述下铁芯上环绕所述支撑台设有绕臂，所述励磁线圈绕制在所述绕臂上。

一些实施例中，所述铁芯还包括：上铁芯，所述上铁芯可开合地设置在所述下铁芯的上方，所述上铁芯的底部设有对应所述支撑台的顶块。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中改善轴承散差的轴承处理方法的流程框图；

图2为本发明实施例中轴承处理装置的示意图。

附图标记：

1、轴承处理装置；

10、控制器；

20、稳恒磁场发生器；200、励磁电源；210、铁芯；220、励磁线圈；211、下铁芯；2110、支撑台；2111、绕臂；212、上铁芯；2120、顶块；

30、感应电流发生器；300、感应电源；310、感应线圈；

2、轴承试样。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

下面结合附图，描述本发明实施例的改善轴承散差的轴承处理方法。

如图1所示，根据本发明实施例的一种改善轴承散差的轴承处理方法，改善轴承散差的轴承处理方法包括：

步骤S1：建立稳恒磁场。

步骤S2：建立沿环形分布的交变感应电流，且交变感应电流与稳恒磁场具有相复合的处理区。也就是说，处理区为稳恒磁场和交变感应电流复合后形成的电磁场。

步骤S3：将轴承试样2放置在处理区内进行处理，交变电流通过线圈产生电磁感应进而使轴承试样2上产生交变感应电流。通过该方式，轴承试样2上形成交变感应电流，且轴承试样2的表面形成一定的趋肤效应，轴承试样2的表面的电流密度较大，利用感应电流产生的趋肤效应靶向改善轴承加工过程中表面存在的质量不一致的问题，结合稳恒磁场，更有利于改善轴承表面薄弱处的性能。此外，轴承试样2上不接触就能形成电流，不会出现连接电极处电阻较大、接触点热效应明显的问题，可保证轴承试样2的处理效果。

根据本发明实施例的改善轴承散差的轴承处理方法，利用交变感应电流和稳恒磁场形成相复合的电磁场，然后通过该电磁场处理轴承试样2，电磁场使得轴承内部产生磁致塑性和磁致相变效应，，可用来改善轴承弱区内存在的微观缺陷及应力集中敏感的性能，从而提升轴承材料性能的一致性，使轴承寿命散差降低，提高轴承的可靠性。

在一些实施例中，建立稳恒磁场包括：由励磁电源200通过励磁线圈220产生的强度可调的电磁场。也就是说，通过励磁电源200调节励磁线圈220中的电流大小就可产生较大的磁场，实现磁场强度的可调控。相比于采用永磁铁产生恒定磁场的方式，励磁线圈220产生的磁场强度更大，能够满足对多种轴承试样2可靠性改善的不同需求，使改善轴承散差的轴承处理方法适用范围更广。

在一些实施例中，励磁线圈220由漆包线缠绕而成，通过励磁电源200调节电流产生特定的稳恒磁场。

在一些实施例中，励磁线圈220缠绕在铁芯210上，例如铁芯210为导磁纯铁。

在一些实施例中，铁芯为工业纯铁DT4，工业纯铁DT4具有高的感磁性与低的抗磁性，提高励磁电源200能量利用率。

在一些实施例中，励磁线圈220在处理区产生的稳恒磁场的磁场强度为0.8至2.0特斯拉。励磁线圈220产生的稳恒磁场的磁场强度范围在0.8至2.0特斯拉，针对不同轴承试样2可靠性的需求可以调节磁场强度，同时可以适用不同材料的轴承试样2，使改善轴承散差的轴承处理方法的处理效果最大化。

在一些实施例中，建立交变感应电流包括：稳恒磁场内设置有感应线圈310，交变感应电流为感应电源300向感应线圈310中接入交变电流而产生。也就是说，感应电源300输出交变电流，交变电流通过感应线圈310产生交变磁通量，发生电磁感应，从而在轴承试样2上产生交变感应电流。

在一些实施例中，感应线圈310为固定空芯线圈，轴承试样2放置在固定空芯线圈的空芯部位，此时整个轴承试样2处于稳恒磁场中，同时轴承试样2上产生交变感应电流，整个轴承试样2在稳恒磁场与交变电流的复合场中发生磁致塑性和磁致相变效应，改善了轴承试样2的材料性能。

在一些实施例中，感应线圈310接入的交变电流为300至500安培，交变电流的频率为10至20赫兹，以在轴承试样2上形成电流趋肤效应。可以理解为，当感应线圈310接入的交变电流的数值在上述范围内时，轴承试样2的表面产生一定的趋肤效应，但又不很显著(趋肤效应越显著，穿透深度越小，只在表面薄薄得一层，起不到作用)，利用该程度下的趋肤效应，将电流密度趋向于轴承试样2的加工表面，在与稳恒磁场复合后，可提升轴承材料性能的一致性，从而使得轴承寿命散差降低，轴承的可靠性提高。

在一些实施例中，感应电源300与励磁电源200通过控制器10控制，使的感应电源300对轴承试样2产生的交变电流与励磁电源200激励的稳恒磁场相互协作，利用稳恒磁场与交变电流复合场的靶向作用定向改善轴承试样2内部应力与微观缺陷集中处的材料性能。

下面描述本发明改善轴承散差的轴承处理方法的一个具体实施例。

如图1所示，一种改善轴承散差的轴承处理方法，包括以下步骤：

步骤S1：建立稳恒磁场。包括：由励磁电源200通过励磁线圈220产生的强度可调的电磁场。励磁线圈220在处理区产生的稳恒磁场的磁场强度为0.8特斯拉。

步骤S2：建立沿环形分布的交变感应电流，且交变感应电流与稳恒磁场具有相复合的处理区。也就是说，处理区为稳恒磁场和交变感应电流复合后形成的电磁场。

具体地，建立交变感应电流包括：稳恒磁场内设置有感应线圈310，交变感应电流为感应电源300向感应线圈310中接入交变电流而产生。其中，感应线圈310接入的交变电流为350安培，交变电流的频率为13赫兹，

步骤S3：将轴承试样2放置在处理区内进行处理，先在所述线圈中通入交变电流，产生交变磁通量，所述轴承试样2上由于电磁感应从而产生交变感应电流。

综上所述，通过设置1组实验组和1组对照组，实验组与对照组处理的对象都是轴承钢材料8Cr4Mo4V。实验组采用改善轴承散差的轴承处理方法，稳恒磁场为0.8特斯拉，交变电流为350安培、13赫兹；对照组无任何处理。然后对实验组与对照组进行相同的滚动接触疲劳寿命试验测试。参照国标GB/T34987-2017计算方法得出对照组的离散指数为1.01，实验组的离散指数为3.205，实验组在使用了改善轴承散差的轴承处理方法后可靠性得到了明显提高。

下面结合附图，描述本发明实施例的轴承处理装置1。

如图2所示，根据本发明实施例的一种轴承处理装置1，包括：稳恒磁场发生器20和感应电流发生器30。

稳恒磁场发生器20用于产生稳恒磁场；感应电流发生器30用于产生交变感应电流，交变感应电流与稳恒磁场具有相复合的处理区，处理区用于放置轴承试样2，感应电流发生器30使轴承试样2上产生交变感应电流，感应电流发生器30产生的交变电流通过线圈产生交变磁通量进而在轴承试样2上产生交变感应电流。

根据本发明实施例的轴承处理装置1，利用感应电流发生器30和稳恒磁场发生器20形成相复合的电磁场，然后通过该电磁场处理轴承试样2，根据电磁场产生的磁致塑性和磁致相变处理轴承表面的微观缺陷集中部位，借助于电磁场具有的靶向作用特点，可用来改善轴承弱区内存在的微观缺陷及应力集中敏感的性能，从而提升轴承材料性能的一致性，使轴承寿命散差降低，提高轴承的可靠性。在一些实施例中，感应电流发生器30包括：感应电源300；感应线圈310，感应线圈310位于励磁线圈220内，感应线圈310环绕处理区设置，感应线圈310与感应电源300相连，以在感应线圈310中接入交变电流。也就是说，与感应电源300相连的感应线圈310在交变电流的作用下产生感应磁场，感应磁场是一个变化磁场，变化磁场在磁场范围内的轴承试样2上发生电磁感应现象，轴承试样2上产生交变感应电流。这样在向轴承试样2上施加电流时，就无需电极与轴承试样2直接相连，从而避免出现连接处电阻较大和接触点热效应明显的问题。

在一些实施例中，铁芯210包括：下铁芯211，下铁芯211上设有向上延伸的支撑台2110，下铁芯211上环绕支撑台2110设有绕臂2111，励磁线圈220绕制在绕臂2111上，支撑台2110顶部为一平台用来放置轴承试样2。

在一些实施例中，铁芯210还包括：上铁芯212，上铁芯212可开合地设置在下铁芯211的上方，上铁芯212的底部设有对应支撑台2110的顶块2120。可以理解为，上铁芯212可竖直上下移动，将上铁芯212移开，就可将轴承试样2放置到支撑台2110上；当上铁芯212放置在下铁芯211上时，顶块2120与支撑台2110之间有一空间放置轴承试样2。

具体地，铁芯为工业纯铁DT4，工业纯铁DT4具有高的感磁性与低的抗磁性，提高励磁电源200能量利用率。

在一些实施例中，感应电源300与励磁电源200通过控制器10控制，使的感应电源300对轴承试样2产生的交变感应电流与励磁电源200激励的稳恒磁场相互协作，利用稳恒磁场与交变电流复合场的靶向作用定向改善轴承试样2内部应力与微观缺陷集中处的材料性能。

下面结合附图，描述本发明轴承处理装置1的一个具体实施例。

如图2所示，一种轴承处理装置1，包括：控制器10、稳恒磁场发生器20、感应电流发生器30。

控制器10分别连接稳恒磁场发生器20与感应电流发生器30。

稳恒磁场发生器20包括：励磁电源200、励磁线圈220、铁芯210，励磁电源200与控制器10、励磁线圈220分别连接，励磁线圈220绕制在铁芯上；铁芯210包括上铁芯212与下铁芯211，励磁线圈220绕制在下铁芯211的绕臂2111上，上铁芯212与下铁芯211合为一体，此时上铁芯212的支撑台2110与下铁芯211之间放置有轴承试样2。环绕轴承试样2的是感应电流发生器30的感应线圈310。

感应电流发生器30包括感应线圈310与感应电源300，感应电源300与感应线圈310、控制器10分别连接。

轴承处理装置1通过控制器10分别控制感应电源300与励磁电源200，然后感应电源300控制感应线圈310在感应线圈310周围空间产生感应交变磁场，感应交变磁场为变化磁场，使得放置在支撑台2110上的轴承试样2内产生交变感应电流；励磁电源200在控制器10的控制下使绕制在下铁芯211的绕臂2111上的励磁线圈220附近空间产生稳恒磁场，磁场作用在放置于支撑台2110上的轴承试样2。此时，轴承试样2在稳恒磁场与交变感应电流的复合作用下发生磁致塑性和磁致相变现象，轴承试样2微观缺陷部位材料性能得到了改善；尤其是轴承试样2应力集中部位，应力集中部位的应力得到释放；同时在趋肤效应的作用下，轴承试样2表层材料缺陷部位的性能得到更突出的改善。轴承试样2在轴承处理装置1处理后提升了轴承试样2材料性能的一致性，降低轴承试样2寿命散差，轴承试样2可靠性提高。

根据本发明实施例的改善轴承散差的轴承处理方法的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种改善轴承散差的轴承处理方法，其特征在于，包括：

建立稳恒磁场；

建立沿环形分布的交变感应电流，且所述交变感应电流与所述稳恒磁场具有相复合的处理区；

将轴承试样放置在所述处理区内进行处理。

2.根据权利要求1所述的改善轴承散差的轴承处理方法，其特征在于，所述建立稳恒磁场包括：由励磁电源通过励磁线圈产生的强度可调的电磁场。

3.根据权利要求2所述的改善轴承散差的轴承处理方法，其特征在于，

所述励磁线圈在所述处理区产生的稳恒磁场的磁场强度为0.8至2.0特斯拉。

4.根据权利要求1所述的改善轴承散差的轴承处理方法，其特征在于，所述建立交变感应电流包括：所述稳恒磁场内设置有感应线圈，所述交变感应电流为感应电源向所述感应线圈中接入交变电流而产生。

5.根据权利要求4所述的改善轴承散差的轴承处理方法，其特征在于，

所述感应线圈接入的所述交变电流为300至500安培，所述交变电流的频率为10至20赫兹，以在所述轴承试样上形成电流趋肤效应。

6.一种轴承处理装置，其特征在于，包括：

稳恒磁场发生器，用于产生稳恒磁场；

感应电流发生器，用于产生交变感应电流，所述交变感应电流与所述稳恒磁场具有相复合的处理区，所述处理区用于放置轴承试样。

7.根据权利要求6所述的轴承处理装置，其特征在于，所述稳恒磁场发生器包括：

励磁电源；

铁芯，所述铁芯环绕所述处理区设置；

励磁线圈，所述励磁线圈绕制在所述铁芯上，所述励磁线圈与所述励磁电源相连。

8.根据权利要求7所述的轴承处理装置，其特征在于，所述感应电流发生器包括：

感应电源；

感应线圈，所述感应线圈位于所述励磁线圈内，所述感应线圈环绕所述处理区设置，所述感应线圈与所述感应电源相连，以在所述感应线圈中接入交变电流。

9.根据权利要求7所述的轴承处理装置，其特征在于，所述铁芯包括：

下铁芯，所述下铁芯上设有向上延伸的支撑台，所述下铁芯上环绕所述支撑台设有绕臂，所述励磁线圈绕制在所述绕臂上。

10.根据权利要求9所述的轴承处理装置，其特征在于，所述铁芯还包括：

上铁芯，所述上铁芯可开合地设置在所述下铁芯的上方，所述上铁芯的底部设有对应所述支撑台的顶块。

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