CN113007228A

CN113007228A - 滚动轴承环和用于加工滚动轴承环的方法

Info

Publication number: CN113007228A
Application number: CN202011518157.5A
Authority: CN
Inventors: 罗兰德·施瓦茨; 克里斯蒂娜·施特贝尔; 罗伯特·法克尔曼; 约尔格·宾德切夫斯基
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2021-06-22
Also published as: DE102019135078A1; DE102019135078B4

Abstract

本发明涉及一种滚动轴承环(2，3)，尤其滚珠轴承外环，其在如下步骤中加工：‑以路径控制的方式使滚动轴承环(2，3)变形，使得其塑性变形，其中其圆度改变；‑将引起塑性变形的力的作用点在滚动轴承环(2，3)的环周上移动；‑使滚动轴承环(2，3)恢复变形成圆形形状。

Description

滚动轴承环和用于加工滚动轴承环的方法

技术领域

本发明涉及一种用于加工滚动轴承环、尤其滚珠轴承外环的方法。此外，本发明涉及一种用于单列滚动轴承的滚动轴承环。

背景技术

用于制造轴承环、即滚珠轴承环的方法例如在DE 10 2014 216 313 A1中描述。在此为如下轴承环，所述轴承环设为用于在飞行器的传动机构中使用。用于在航空中使用的其他滚动轴承构件在文献DE 10 2012 205 242 A1中公开。所述滚动轴承构件具有氮含量从外向内降低的氮化的边缘区，其中残余压应力从外向内降低。

深沟球轴承的安装通常在偏心安装法中进行。在所述方法的范围中，将轴承内环相对于轴承外环偏心地定位，以便能够实现填入滚动体，在此为滚珠。为了提高可填入的滚珠的数量，轴承环之一能够变形。在DE 10 2014 223 708 A1中描述的安装方法甚至提出两个轴承环的变形。

另一偏心安装方法在DE 2 137 979 A中描述。在该情况下，将滚珠填入到彼此偏心设置的轴承环之间的镰刀形的空间中。在随后将轴承环定心期间，能够出现外环或内环的小的弹性变形。

原则上，也提出将滚动体通过处于轴承环中的填充开口填入到两个轴承环之间的环形空间中的可行性。在从EP 2 143 835 B1中已知的轴承装置的情况下，轴承环的滚动体填入凹部的净宽小于滚动体直径。通过轴承环的弹性变形，滚动体的填入才是可行的。

发明内容

本发明基于如下目的，实现滚动轴承技术中的进步，其能够实现以尤其高的填充密度填充滚动轴承，其中也在批量生产的条件下应产生生产质量的尤其小的波动。

所述目的根据本发明通过用于加工滚动轴承环的方法来实现。同样，所述目的通过具有本发明的特征的滚动轴承环来实现。本发明的在下文中结合滚动轴承环阐述的设计方案有意义地也适用于加工方法并且反之亦然。

加工方法包括如下步骤：

-使滚动轴承环变形，尤其以路径控制的方式变形，使得所述滚动轴承环在改变其圆度的情况下塑性变形，

-使工具的引起塑性变形的作用点在滚动轴承环的环周上移动，

-使滚动轴承环恢复变形成圆形形状。

原则上，替代路径控制的变形也考虑轴承环的力控制的变形，路径控制的变形为如下变形：在所述变形中预设变形路径并且变形根据所述预设与出现的力无关地执行。轴承环恢复变形成其圆形形状优选为弹性变形。替选地，轴承环通过塑性变形在方法结束时再次置于其圆形形状。

加工方法的头两个步骤例如能够如下构成：

-将压力施加到滚动轴承环上，其中将力在滚动轴承环的环周的两个彼此错开180°的部位导入，使得滚动轴承环塑性变形，即置于椭圆的、非圆形的形状，

-将压力的对角线相对置的作用点在滚动轴承环的环周上移动。

压力的作用点的移动原则上能够分级地或连续地进行。优选的是所有作用点的连续的、也就是说滑动的移动。

通过滚动轴承环的塑性变形，其圆度改变。圆度说明工件环周线、也就是说环形的处于轴承环的外环周面上或滚道底部中的线以多大程度偏离理想的参考圆，所述线位于相对于轴承环的中轴线的法向平面中。通常，关于术语“圆度”参照标准DIN EN ISO 1101“几何产品规格”。

塑性变形能够借助旋转工具在轴承环不旋转的情况下或在工件、即轴承环旋转的情况下借助于不旋转的工具进行。在这两种情况下，将压力导入到轴承环中的作用点在滚动轴承环的环周上都优选地扫过至少180°的角度。这表示，只要两个作用点对角线相对置，那么加工轴承环的整个环周。

同样地，如下方法变型形式是可能的，在所述方法变型形式中，将轴承环的环周上的每个部段多次机械加工。压力的每个作用点在此在滚动轴承环的环周上移动多圈。在加工期间，在此作用于轴承环并且使其塑性变形的压力可能增大。

通过导入到轴承环中的压力，在任何情况下轴承环的内环周面上的环周部段扩展，其中超过拉伸极限。在轴承环随后恢复变形成其初始的圆形形状时，因此必然地在对应的环周部段中产生残余压应力。

轴承环的恢复变形能够在安装轴承之前或在安装轴承、即偏心安装期间进行。在这两种情况下，通过与传统的偏心安装方法相比尤其强的可变形性，将尤其大量滚动体填入到轴承环之间。

在恢复变形成其初始的圆形形状之后，能够执行对轴承环的尤其包括磨削的最终加工。根据切削加工的一个可能的变型方案，精加工包括加工轴承环的边缘。在此，从两个边缘仅去除少量的材料量，尤其通过车削、磨削和/或研磨，使得其中出现残余压应力的体积不通过最终加工大幅改变。因此，在该情况下，由于引入到轴承环中的残余压应力，在安装轴承环时轴承环的尤其强的变形是可能的。以类似的方式，也能够加工轴承环的滚道。

通过在第一方法步骤中施加压力引起的轴承环的变形也称作为预变形。尤其为全环周的预变形。预变形在轴承环的热处理之后发生。

通过预变形加工的、尤其构成为滚珠轴承外环的滚动轴承环通常具有两个端侧，其中用于滚动体的典型沟形的滚道与两个端侧间隔开。根据本发明，滚道设置在邻接于端侧的轴承环区之间，在所述轴承环区中存在通过塑性预变形产生的残余压应力，其中残余压应力从端侧朝向滚道的中部减小。尤其机械地通过塑性变形产生的残余压应力仅存在于轴承环的与滚道相邻的边缘中。

在其中产生残余压应力的轴承环区的径向外部，在轴承环中存在残余拉应力。根据一个可能的设计方案，存在残余拉应力的轴承环区从轴承环的一个端侧延伸至轴承环的相对置的端侧。在轴承环的径向方向上测量，具有残余拉应力的区优选比存在机械地产生的残余压应力的横截面区域更多地扩展。与此相应地，平均残余拉应力在数值上小于残余压应力。

附图说明

下面根据附图详细阐述本发明的实施例，在此部分粗略示意地示出：

图1示出圆形的、未变形的轴承环，即用于深沟球轴承的球轴承外环，

图2示出轴承环在多个加工阶段中的塑性变形，

图3示出根据图2变形的和随后弹性地恢复变形的轴承环，

图4、5示出用于使根据图1的轴承环变形的不同设备，

图6、7示出使根据图1的轴承环以路径控制的方式变形的可能性的各一个图，

图8-10示出利用根据图3的轴承环组装深沟球轴承，

图11示出根据图3的轴承环连同压力残余应力的变化曲线的示意图，

图12示出具有可测量技术地检测的圆度的轴承环。

具体实施方式

只要没有另作说明，下面的阐述涉及全部实施例。彼此对应的或原理相同作用的部分在图中用相同的附图标记表示。

整体用附图标记1表示的滚动轴承、即深沟球轴承包括内环2和外环3作为轴承环2、3，滚珠作为滚动体4在其之间滚动。滚珠4在偏心安装方法中置于其在轴承环2、3之间的预设的位置中。内环2也如外环3那样构成为不具有填充开口的一件式的轴承环。在完成安装的滚动轴承1之内，滚珠4以本身已知的方式在轴承环2、3的沟形的滚道14中滚动，使得在轴承环2、3之间可以传递径向力和——次要地——传递轴向力。边缘12、13位于每个轴承环2、3的滚道14两侧。

作为滚动轴承1的安装的起始点，提供在图1中用符号示出的外环3，所述外环在该阶段中具有实践中完美的圆形形状。在随后的在图2中图解说明的加工阶段中，将外环3通过压力置于非圆形的、椭圆的形状，其中外环3——在图2中夸大地示出地——塑性变形。轴承环3的变形路径用S_D1表示。轴承环3的变形以路径控制的方式进行。

在该实施例中，将外环3在塑性变形时保持在恒定的角度位置中。围绕外环3旋转的未示出的加工工具产生变形路径S_D1。在数值上，变形路径S_D1在全部变形阶段期间是相等的，在图2中示例性地示出全部变形阶段中的五个。如下角度是变化的，引起塑性变形的变形路径以所述角度作用于外环3。整体上，通过加载变形路径，外环3在其整个环周上被加工。机械施加的变形路径和角度的变化安排成，使得轴承环3在其不再被加载变形路径之后恢复到其原始的、近似圆形的形状。

在塑性变形、即预变形的每个阶段中，在外环3的用6表示的内环周面处出现两个对角线相对置的拉伸区7，所述拉伸区分别处于如下环周区域中，在用5表示的外环周面上的压力导入到所述环周区域中。在加工期间，拉伸区7围绕外环3的全环周移动。在两个拉伸区7中间，也就是说错开90°，在每个变形过程中形成两个压缩区8。外环3的材料在所述区8中的压缩对于出现的残余应力而言与在区7中的拉伸相比具有次要意义。这一方面理由在于，拉力屈服极限小于压力屈服极限。另一方面，在外环3的拉伸区7中的拉力负荷大于在压缩区8中的压力负荷。

最后，通过塑性变形在外环3的整个环周上出现残余压应力。在继续加工外环3之前，所述外环恢复获得其圆形形状，如在图3中示出的那样。恢复变形能够借助于专门的机器或在与也强制具有移动的变形区域的之前的塑性变形相同的环境中进行。在后一种情况下，尤其考虑具有改变的幅度的变形，如在下文中根据图4至7阐述的那样。

图4和5图解说明两个不同的设备，借助所述设备能够使轴承环3以“捏透”的方式塑性变形，其中变形的区域沿着轴承环3的环周移动。不仅在根据图4的变型形式中，而且也在根据图5的变型形式中，轴承环3在“捏透”的任意时刻支撑在刚好三个部位上。根据图4，两个内部支撑辊15在内部支撑轴承环3，而外部支撑辊16从外部将压力施加到外环3上。与此不同地，在根据图5的布置中，共同地使轴承环3变形的三个外部支撑辊16描述等腰的、非等边的三角形。在这两种情况下，支承辊15、16或支承辊16设定成，使得得出期望的变形路径S_D1。

根据图4的设备同样如在图5中示意性地绘制的设备适合于执行根据图6的变形方法或根据图7的变形方法。在这两种情况下，轴承环3转动多圈，其中借助S表示的变形首先增大并且在变形过程结束时再次降低到值零。在根据图6的变型形式中，在变形S升高到其最大值的一半之前，已经达到轴承环3的完整一圈，对应于360°的角度α。在根据图7的变型形式中，变形S首先增大，直至其达到第一平台。在该状态中，轴承环3继续转动从而在各个环周部段的塑性变形下“被成型”，直至整体上达到角度α₁，所述角度对应于轴承环3的完整多圈。随后，变形S提高到第二平台并且再次在多圈中保持在所述平台上，直至达到关于轴承环3的转动的第二角度α₂。变形S提高到第三水平，所述第三水平再次在轴承环3的多圈中保持，直至变形S最终连续地恢复至零点。

在轴承环3恢复变形时，在根据图6的变型形式中和在根据图7的变型形式中，朝向变形方法的结束，出现弹性的形状变化，所述弹性的形状变化引向至少近似理想的圆形形状，如在图3中简绘的。这也适用于已经根据图2描述的变形方法。在该变形方法中，根据图6或根据图7的变形S的幅度能够在轴承环3的多圈中改变。

对于涉及塑性变形的轴承环3的几何特征的内容参照图12。在此将外环3的在预变形之后取得的形状与几何理想形状比较。围绕轴承环3的外环周面5设有外圆K_a。轴承环3的内环周面6以类似的方式与内圆K_i相切。在外圆K_a和内圆K_i之间存在标准圆K_n，所述标准圆示出几何形状理想的圆，所述理想的圆在轴承环3的初始的未变形的状态中与外环周面5和内环周面6等距地间隔开。

标准圆K_n的半径和内圆K_i的半径之间的差称作为内部半径差d_i。类似地，在标准圆K_n的半径和外圆k_a的半径之间的差称作为外部半径差d_a。用d_ges表示在外圆K_a和内圆K_i之间的总半径差。通过恢复变形，半径差d_ges近似于值零，使得根据图3的轴承环3的形状与根据图1的形状实际上不会不同。

在图3中简绘的、多次塑性变形的状态中，在轴承环3的内环周面6处存在用9表示的轴承环区，在所述轴承环区中产生残余压应力ES。轴承环区9由延伸至外环周面5的其中存在残余拉应力的轴承环区10包围。

残余压应力ES在轴承环3的宽度上的分布理想地从图11中得出。据此，仅在边缘12、13的区域中，即邻接于轴承环3的用S1、S2表示的端侧的区域中产生最大残余压应力ESm。在位于边缘12、13之间的弯曲的滚道14的区域中相反地存在非常小的通过塑性变形产生的残余压应力ES，近似没有残余压应力ES。

轴承环2、3和滚动体4的组装在图8至10中图解说明。轴承环2、3首先彼此偏心地设置，以便能够实现填入滚动体4。随后，如在图9中图解说明的那样，进行轴承环3的弹性变形，其中变形路径在该情况下用S_D2表示。例如，在具有椭圆形的、非圆形的形状的轴承环3之内的弹性变形区域在图9中用11表示。其他弹性变形区域直接处于变形路径S_D2下方。由于在轴承环区9中的残余压应力，在偏心安装时，轴承环3的尤其强的弹性变形是可能的。

根据一个替选的方法方案，在开始偏心安装之前，从轴承环3的未返回或未完全返回到圆形形状的形状开始。在该情况下，轴承环3在偏心安装中不仅弹性地、而且塑性地变形，其中轴承环3的最终的圆形形状在所述最后的变形过程之后才出现。替选地，在最终安装步骤之前，圆形形状通过滚道14、边缘12、13和/或外环周面5的重新机械加工来产生。

在任何情况下，通过如下方式结束偏心安装，即将轴承环2、3彼此定心并且将滚动体在轴承环2、3的环周上分配，使得得出滚动轴承1的在图10中示出的状态。随后，以本身已知的方式，可以安装滚动轴承保持架，例如由板构成的铆接保持架。同样以原则上已知的方式能够安装在轴承环2、3之间起作用的密封件。

附图标记列表：

1 滚动轴承

2 内环

3 外环

4 滚动体

5 外环周面

6 内环周面

7 拉伸区

8 压缩区

9 具有残余压应力的轴承环区

10 具有残余拉应力的轴承环区

11 弹性变形区域

12 边缘

13 边缘

14 滚道

15 内部支撑辊

16 外部支撑辊

α 角度

α₁ 角度

α₂ 角度

d_a 外部半径差

d_i 内部半径差

d_ges 总半径差

ES 残余应力

ESm 最大残余应力

K_a 外圆

K_i 内圆

K_n 标准圆

S 变形

S_D1 变形路径

S_D2 变形路径

S1 端侧

S2 端侧

Claims

1.一种用于加工滚动轴承环(2，3)的方法，具有如下步骤：

-以路径控制的方式使所述滚动轴承环(2，3)变形，使得所述滚动轴承环塑性变形，其中所述滚动轴承环的圆度改变，

-使引起所述塑性变形的力的作用点在所述滚动轴承环(2，3)的环周上移动，

-使所述滚动轴承环(2，3)恢复变形成圆形形状。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

使所述滚动轴承环(2，3)塑性变形的力的作用点在所述滚动轴承环(2，3)的环周上分别扫过至少180°的角度。

3.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，

使所述滚动轴承环(2，3)塑性变形的力的作用点在所述滚动轴承环(2，3)的环周上移动多圈。

4.根据权利要求2或3所述的方法，

其特征在于，

所述塑性变形在滚动轴承环(2，3)静止时进行。

5.根据权利要求2或3所述的方法，

其特征在于，

所述塑性变形在所述滚动轴承环(2，3)旋转时进行。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述滚动轴承环(2，3)在所述塑性变形之后进行精加工。

7.根据权利要求6所述的方法，

其特征在于，

所述精加工包括切削加工所述滚动轴承环(2，3)的边缘(12，13)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述滚动轴承环(2，3)的恢复变形在滚动轴承(1)的偏心安装之前进行。

9.一种滚动轴承环(2，3)，具有两个端侧(S1，S2)和位于其之间的、与两个端侧(S1，S2)间隔开的用于滚动体的滚道(14)，

其特征在于，

所述滚道(14)设置在邻接于所述端侧(S1，S2)的轴承环区(9)之间，在所述轴承环区中存在残余压应力，其中所述残余压应力从所述端侧(S1，S2)起朝向所述滚道(14)的中部减小。

10.根据权利要求9所述的滚动轴承环(2，3)，

其特征在于，

所述滚动轴承环构成为滚珠轴承外环，其中，存在残余压应力的轴承环区(9)由存在残余拉应力的轴承环区(10)包围。