CN113631821B - 圆锥滚子轴承 - Google Patents

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Abstract

在圆锥滚子轴承(10)中，对于圆锥滚子(13)的至少滚动面(13c)及大直径侧端面(13b)的表面粗糙度，突出峰部高度Rpk为0.02～0.17μm，芯部的水平差Rk为0.12～0.21μm，突出谷部高度Rvk为0.07～0.43μm，在该圆锥滚子(13)的表面存在的细微的凹凸中的凹部的平均面积为5μm2以下。由此，通过在稀薄润滑情况下、润滑油低粘度化情况下使油膜形成性提高，能够兼顾抑制滚动接触部分处的表面损伤以及抑制滑动接触部分的摩擦增加。

Description

圆锥滚子轴承
技术领域
本发明涉及圆锥滚子轴承，特别是涉及用于车辆的变速器、差速器的圆锥滚子轴承。
背景技术
近年来，从CO2排放限制所导致的发动机的耗油量提高以及电动汽车的情况下的电费提高的观点考虑，对于在变速器等中使用的滚动轴承在搅拌阻力低的稀薄润滑情况下使用时、在润滑油的低粘度化的情况下也要求提高旋转效率。
另外，以往，针对这样的在稀薄润滑情况下使用的滚动轴承，考虑了多种确定滚动体的表面性状的方案。例如，在专利文献1所记载的滚动轴承中，规定了在滚动体的表面或滚道圈的滚道面中的至少一者随机地形成无数个独立的微小凹部形状的凹陷，除了凹陷以外形成为平滑的平滑面，除去等效圆直径以下而进行统计时，凹陷的面积率为14％以上且21％以下，平均面积为10μm2以上且30μm2以下，最大面积为300μm2以上且500μm2以下，凹陷的体积为0.007mm3/cm2以上且0.010mm3/cm2以下。
另外，在专利文献2所记载的圆锥滚子轴承中，通过减小滚子间距直径而将滚子系数γ设为超过0.94，并且在圆锥滚子的表面随机地设置无数个微小凹形状的凹陷，将设置有凹陷的表面的面粗糙度参数Ryni设为0.4μm≤Ryni≤1.0μm，将Sk值设为-1.6以下，进而将保持架设为特定形状。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4754234号公报
专利文献2：日本专利第4994638号公报
发明内容
发明欲解决的技术问题
然而，在将具有专利文献1所记载的表面性状的滚动体应用于圆锥滚子轴承的情况下，在圆锥滚子的滚动面与滚道圈的滚道面的滚动接触部分，即使稀薄润滑情况下、润滑油低粘度化情况下，通过提高滚动接触部的油膜形成性，也能够抑制剥落等表面损伤。然而，对于圆锥滚子的大直径侧端面与大凸缘部之间的滑动接触部分，圆锥滚子的大直径侧端面的凹凸较大，与通过提高润滑油保持性而提高油膜形成性的效果相比，表面粗糙度恶化而导致的油膜形成性恶化的效果更强，由此有可能产生由摩擦的增加而引起的轴承旋转转矩的恶化、烧死等。
另外，在专利文献2所记载的圆锥滚子轴承中，也没有考虑圆锥滚子的大直径侧端面与大凸缘部之间的滑动接触部分。
因此，本发明的目的在于提供一种圆锥滚子轴承，其通过使用更准确地表示圆锥滚子的表面性状的参数来规定，从而在稀薄润滑情况下、润滑油低粘度化情况下不使油膜形成性恶化，而能够兼顾抑制在滚动接触部分处的表面损伤及抑制滑动接触部分的轴承旋转转矩恶化、烧死性恶化。
用于解决问题的技术手段
即，本发明的上述目的通过下述结构实现。
(1)一种圆锥滚子轴承，具备：
内圈和外圈；以及
多个圆锥滚子，多个所述圆锥滚子滚动自如地配置在所述内圈及外圈之间，所述圆锥滚子轴承中，
对于各所述圆锥滚子的、至少滚动面及大直径侧端面的表面粗糙度，突出峰部高度Rpk为0.02～0.17μm，芯部的水平差Rk为0.12～0.21μm，突出谷部高度Rvk为0.07～0.43μm，在所述圆锥滚子的表面存在的细微的凹凸中的凹部的平均面积为5μm2以下。
(2)根据(1)所述的圆锥滚子轴承，其中，
各所述圆锥滚子的表面通过滚筒加工而精加工，
所述表面的、极表面的硬度相对于所述滚筒加工前的表面而具有105％～135％的硬度。
(3)根据(1)或(2)所述的圆锥滚子轴承，其中，
所述各圆锥滚子的表面性状的纵横比Str为0.2以上。
发明效果
在本发明的圆锥滚子轴承中，至少对滚动面及大直径侧端面的表面性状，将凹部的平均面积缩小至5μm2以下，并将Rpk、Rk、Rvk设为在上述特定的范围内规定的更细微的凹凸，从而能够在稀薄润滑情况下、润滑油低粘度化情况下使油膜形成性提高，兼顾抑制滚动接触部分处的表面损伤以及抑制滑动接触部分的轴承旋转转矩恶化、烧死性恶化。由此，不会发生轴承旋转转矩恶化、烧死性恶化等问题，能够得到寿命长的圆锥滚子轴承。
附图说明
图1是表示圆锥滚子轴承的一例的剖视图。
图2中，(a)表示磨削精加工后的圆锥滚子的滚动面的表面的三维表面粗糙度，(b)是用角谱表示三维表面粗糙度的极坐标曲线图。
图3中，(a)表示滚筒加工后的圆锥滚子的滚动面的表面的三维表面粗糙度，(b)是用角谱表示三维表面粗糙度的极坐标图表。
图4是表示试验1的结果的图表。
图5是表示试验2的结果的图表。
图6是表示试验3的结果的图表。
符号说明
10 圆锥滚子轴承
11 外圈
12 内圈
13 圆锥滚子
13b 大直径侧端面
13c 滚动面
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式所涉及的圆锥滚子轴承进行详细说明。
如图1所示，本实施方式的圆锥滚子轴承10适用于在稀薄润滑情况下、润滑油低粘度化情况下等缺乏油膜形成性的润滑环境下使用的车辆的变速器、差速器。该圆锥滚子轴承10具备：外圈11，其在内周面具有外圈滚道面11a；内圈12，其在外周面具有内圈滚道面12a；多个圆锥滚子13，其滚动自如地配置在外圈滚道面11a与内圈滚道面12a之间；以及保持架14，其沿周向等间隔地保持多个圆锥滚子13。
内圈12具有：小凸缘部15，其设置在内圈滚道面12a的小直径侧端部；以及大凸缘部16，其设置在内圈滚道面12a的大直径侧端部。小凸缘部15与圆锥滚子13的小直径侧端面13a接触，大凸缘部16与圆锥滚子13的大直径侧端面13b接触。
在制造这样的圆锥滚子轴承10的圆锥滚子13时，对轴承钢等圆柱状的原材料实施锻造加工等塑性加工，形成圆锥台状的中间原料，之后，至少对滚动面13c及大直径侧端面13b实施磨削加工、磨削精加工。而且，刚进行磨削精加工后的圆锥滚子13的表面成为具有各个方向性的表面(各向异性表面)，形成有多个细微的条纹状的凹凸。图2(a)是利用三维表面粗糙度测定器测定刚进行磨削精加工后的圆锥滚子13的滚动面13c的表面而得到的三维表面粗糙度，(b)是用角谱表示三维表面粗糙度而得到的极坐标图表，但在某一方向(图2中为90°附近)出现一个强峰(角谱)。另外，极坐标图表以及角谱由ISO 25178规定。在这样的条纹状的加工痕中，谷部在一个方向上聚集，润滑油的保持能力低。
因此，在本实施方式中，在磨削精加工后，对包括各圆锥滚子13的滚动面13c、小直径侧端面13a及大直径侧端面13b在内的全部表面实施滚筒加工，在全部表面形成多个不具有方向性的以下规定的细微的凹凸。特别是，圆锥滚子13的滚动面13c及大直径侧端面13b设为：
(a)将突出峰部高度Rpk设为0.02～0.17μm，优选为0.03～0.10μm
(b)将芯部的水平差Rk设为0.12～0.21μm，优选为0.12～0.19μm
(c)将突出谷部高度Rvk设为0.07～0.43μm，优选为0.17～0.41μm
(d)将凹部的平均面积设为5μm2以下，优选为1μm2以下，更优选为0.8μm2以下。
此外，Rpk、Rk、Rvk由ISO 13565-1(JIS B 0671-2)规定。另外，凹部的平均面积是圆锥滚子13最表面位置处的面积。
通过设置满足(a)～(d)的要求的细微的凹凸，即使在稀薄润滑情况下、润滑油低粘度化的情况下，也能够抑制因圆锥滚子13的滚动面13c与外圈11或内圈12的滚道面11a、12a的滚动接触部分处的油膜破裂而导致的表面损伤，并且能够抑制圆锥滚子13的大直径侧端面13b与大凸缘部16之间的滑动接触部分的轴承旋转转矩恶化、烧死性恶化，能够维持在各接触部分的良好的润滑状态，得到长寿命的圆锥滚子轴承10。
另外，通过滚筒加工，也能够提高圆锥滚子13的极表面的硬度。滚筒加工后的极表面的硬度因钢种、热处理而不同，但在本实施方式中，与滚筒加工前相比，提高105％～135％，优选为110％～120％。通过使极表面的硬度变高，能够提高寿命。需要说明的是，所谓极表面是指从表面到5μm的深度的部分，极表面的硬度是指在显微维氏硬度测定机中利用试验力100g进行测定时的硬度。
另外，如果同样地使用三维表面粗糙度测定器测定滚筒加工后的圆锥滚子13的滚动面13c的表面，则得到图3(a)所示那样的三维表面粗糙度、以及图3(b)所示那样的极坐标图表。在该情况下，包括滚筒加工后的圆锥滚子13的滚动面13c、小直径侧端面13a及大直径侧端面13b在内的全部表面均成为不具有方向性的表面(各向同性表面)，角谱几乎在全部方向上分散。另外，角谱的峰值高度也没有特别高的特定的角度，可以说几乎在全部方向上均匀地分布着凹凸。
作为表示各向异性表面和各向同性表面的指标，已知有由ISO25178规定的表面性状纵横比Str。该Str为0～1的范围，越接近1，表示“各向同性”越高。在本实施方式中，圆锥滚子13的各表面13a、13b、13c的表面性状的纵横比Str优选为0.2以上，更优选为0.5以上，特别优选为0.7以上。Str小于0.2时，凹凸的各向同性不充分，因凹凸所导致的润滑油的保持能力不充分，有可能无法充分得到提高耐久性的效果。
实施例
以下，使用现有例、实施例及参考例，通过试验1～3，对本发明的效果进行了确认。
需要说明的是，在现有例中，对钢材(SUJ2)实施塑性加工、磨削加工、磨削精加工，来制作圆锥滚子轴承的圆锥滚子。另外，在实施例中，对现有例的圆锥滚子进一步实施滚筒加工，制成表1所示的表面性状。进而，在参考例中，在与实施例不同的条件下，对现有例的圆锥滚子实施滚筒加工，制成表1所示的表面性状。另外，在表1的参考例及实施例中，将圆锥滚子的个数n设为30，Rpk、Rk、Rvk表示n个圆锥滚子的最小值和最大值。
[表1]
Rpk(μm) Rk(μm) Rvk(μm) 凹部的平均面积
参考例 0.01～0.29 0.17～0.37 0.25～0.95 1.2μm2以下
实施例 0.02～0.17 0.12～0.21 0.07～0.43 0.8μm2以下
(试验1)
对于使用了现有例、实施例的各圆锥滚子的圆锥滚子轴承，以相同的供给量供给的低粘度油(假定为ISO VG10～VG15)作为润滑油，进行假定了稀薄润滑条件下的耐久试验。在耐久试验中，施加动态等效载荷20000N左右，使轴承以转速4000min-1旋转，测定直至发生异常为止的旋转时间。
其结果如图4所示，可知，在现有例中，在圆锥滚子的滚动面上早期发生了在油膜形成性不好的状况下容易发生的剥离等异常，但在实施例中，即使在现有例的约8倍的旋转时间后也不会产生异常，利用细微的凹凸所实现的提高油膜形成性效果，提高了耐久性。
(试验2)
接着，对于使用了现有例、实施例及参考例的各圆锥滚子的圆锥滚子轴承，在试验开始前向轴承涂布相当于ISO VG32的通用油作为润滑油，在试验中不供给润滑油，而施加轴向载荷4000N，使轴承以转速4000min-1旋转，测定滑动摩擦为主的大直径侧端面与大凸缘部之间直至烧死为止的旋转时间(烧死寿命)。
其结果如图5所示，对于烧死寿命，现有例和实施例大致相同，但在参考例中，降低到它们的约1/4。认为这是由于，与实施例相比，参考例的细微的凹凸更大，因此，大直径侧端面与大凸缘部之间的摩擦增加，由此发热变大。
(试验3)
进而，对于使用了现有例、实施例及参考例的各圆锥滚子的圆锥滚子轴承，一边供给与试验2同样的润滑油，一边使轴承的转速变化，施加轴向载荷3000N，测定每个旋转速度的轴承旋转转矩。
其结果如图6所示，可知，实施例及现有例表现出大致同等的行为，但细微的凹凸比实施例大的参考例中，低速时的轴承旋转转矩变大。
根据上述结果可以确认，通过将具备多个圆锥滚子的圆锥滚子轴承的各圆锥滚子的表面性状设为突出峰部高度Rpk为0.02～0.17μm、芯部的水平差Rk为0.12～0.21μm、突出谷部高度Rvk为0.07～0.43μm、在该圆锥滚子的表面存在的细微凹凸中的凹部的平均面积为0.8μm2以下，从而能够得到良好的耐久性、耐烧死性、转矩性能。
以上，参照附图对各种实施方式进行了说明，但本发明当然并不限定于该例子。只要是本领域技术人员，就能够在权利要求书所记载的范畴内想到各种变更例或修正例，这些当然也属于本发明的技术范围。另外，在不脱离发明的主旨的范围内，也可以任意地组合上述实施方式中的各构成要素。
另外，本申请基于2019年3月25日申请的日本专利申请(日本特愿2019-56970)，其内容作为参照引用于本申请中。

Claims (2)

1.一种圆锥滚子轴承，具备：
内圈和外圈；以及
多个圆锥滚子，多个所述圆锥滚子滚动自如地配置在所述内圈及外圈之间，所述圆锥滚子轴承的特征在于，
对于各所述圆锥滚子的至少滚动面及大直径侧端面的表面粗糙度，突出峰部高度Rpk为0.02～0.17μm，芯部的水平差Rk为0.12～0.21μm，突出谷部高度Rvk为0.07～0.43μm，在所述圆锥滚子的表面存在的细微的凹凸中的凹部的最表面位置处的平均面积为5μm2以下，
Rpk、Rk、Rvk由ISO 13565-1（JIS B 0671-2）规定，
所述各圆锥滚子的表面性状的纵横比Str为0.2以上，
Str是由ISO 25178规定的表面性状纵横比。
2.根据权利要求1所述的圆锥滚子轴承，其特征在于，
各所述圆锥滚子的表面通过滚筒加工而进行精加工，
所述表面的从表面到5μm的深度的部分的硬度相对于所述滚筒加工前的表面具有105％～135％的硬度。
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