CN117450168A - 滚珠轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明的滚珠轴承具备内圈、外圈和滚珠。内圈、外圈和滚珠中的至少1个轴承部件具有接触面。轴承部件是进行了淬火和回火的钢制成的。钢含有0.90质量％以上且1.20质量％以下的碳、0.35质量％以上且0.80质量％以下的硅、0.80质量％以上且1.20质量％以下的锰、小于0.30质量％的镍、0.80质量％以上且1.30质量％以下的铬、小于0.10质量％的钼、以及构成剩余部分的铁和不可避免的杂质。钢中的硅浓度除以钢中的锰浓度而得的值小于0.51。

Description

滚珠轴承
技术领域
本发明涉及滚珠轴承。
背景技术
例如在日本专利特开2001-3139号中记载了滚动轴承(圆锥滚子轴承)。日本专利特开2001-3139号中记载的滚动轴承具有内圈、外圈和多个滚动体(圆锥滚子)。内圈具有与滚动体接触的内圈轨道面作为接触面。外圈具有与滚动体接触的外圈轨道面作为接触面。滚动体具有与内圈轨道面和外圈轨道面接触的外周面作为接触面。在日本专利特开2001-3139号记载的滚动轴承中，在内圈、外圈和滚动体的接触面上进行了渗氮。在日本专利特开2001-3139号记载的滚动轴承中，内圈、外圈和滚动体的接触面附近的表层部的钢中的残留奥氏体量在20体积％以上且40体积％以下。
发明内容
日本专利特开2001-3139号记载的滚动轴承中，内圈、外圈和滚动体是进行了渗氮、淬火和回火的钢制成的，热处理所需的成本高。此外，在日本专利特开2001-3139号记载的滚动轴承中，内圈、外圈和滚动体的接触面附近的表层部的钢中的残留奥氏体量在20体积％以上且40体积％以下，因此在高温环境下使用的情况下，存在伴随残留奥氏体的分解而引起的尺寸变化变大的担忧。
本发明是鉴于如上所述的现有技术的问题点而完成的。更具体而言，本发明提供降低轴承部件的热处理所需的成本、并且能够抑制伴随使用而引起的轴承部件的尺寸变化的滚珠轴承。
本发明的滚珠轴承具备内圈、外圈和滚珠。内圈、外圈和滚珠中的至少1个轴承部件具有接触面。轴承部件是进行了淬火和回火的钢制成的。钢含有0.90质量％以上且1.20质量％以下的碳、0.35质量％以上且0.80质量％以下的硅、0.80质量％以上且1.20质量％以下的锰、小于0.30质量％的镍、0.80质量％以上且1.30质量％以下的铬、小于0.10质量％的钼、以及构成剩余部分的铁和不可避免的杂质。钢中的硅浓度除以钢中的锰浓度而得的值小于0.51。钢中的残留奥氏体量为13体积％以上且小于35体积％。
上述滚珠轴承中，接触面与在深度方向上距接触面的距离为10μm的位置之间的钢中的平均氮浓度可以小于0.01质量％。
上述滚珠轴承中，轴承部件的壁厚可以在30mm以下。上述滚珠轴承中，轴承部件可以是内圈或外圈。钢的硬度可以在59HRC以上且65HRC以下。上述滚珠轴承中，轴承部件也可以是滚珠。钢的硬度可以在60HRC以上且68HRC以下。
本发明的上述和其他目的、特征、方面和优点将将通过结合附图而理解的本发明的以下详细描述而显而易见。
附图说明
图1是滚珠轴承100的剖视图。
图2是示出滚珠轴承100的制造方法的工序图。
具体实施方式
参照附图对实施方式进行详细说明。在以下附图中，对相同或相应部分标以相同参照符号，不重复进行说明。将实施方式的滚珠轴承记为滚珠轴承100。
(滚珠轴承100的构成)
以下对滚珠轴承100的构成进行说明。
图1是滚珠轴承100的剖视图。如图1所示，滚珠轴承100是深槽滚珠轴承。但是，滚珠轴承100并不限于深槽滚珠轴承，也可以是其他滚珠轴承。滚珠轴承100例如是用于汽车驱动单元(差速器、变速器、EV(电动汽车)用减速器、HEV(混合动力电动汽车)用减速器等)、工业机械用装置(机器人用减速器、建筑机械、拖拉机等)中使用的滚珠轴承。
滚珠轴承100具有内圈10、外圈20、多个滚珠30和保持器40。以内圈10的中心轴为中心轴A。以中心轴A的方向为轴向。以通过中心轴A且与中心轴A正交的方向为径向。以沿轴向观察时沿着以中心轴A为中心的圆周的方向为周向。
内圈10为环状的构件。内圈10具有第一宽度面10a、第二宽度面10b、内径面10c和外径面10d。第一宽度面10a和第二宽度面10b是内圈10在轴向上的端面。第一宽度面10a朝向轴向上的一侧(图1中的左侧)，第二宽度面10b朝向轴向上的另一侧(图1中的右侧)。即、第二宽度面10b是第一宽度面10a在轴向上的相反面。
内径面10c在周向上延伸。内径面10c朝向中心轴A侧。即、内径面10c朝向径向上的内侧。内径面10c在轴向上的一端和在轴向上的另一端分别与第一宽度面10a和第二宽度面10b相连。虽然没有图示，但内圈10在内径面10c处与轴嵌合。
外径面10d在周向上延伸。外径面10d朝向与中心轴A相反一侧。即、外径面10d朝向径向上的外侧，且是内径面10c在径向上的相反面。外径面10d在轴向上的一端和在轴向上的另一端分别与第一宽度面10a和第二宽度面10b相连。
外径面10d具有轨道面10da。轨道面10da是外径面10d的与滚珠30接触的部分。即、轨道面10da是内圈10的接触面。外径面10d在轨道面10da处向内径面10c侧凹陷。轨道面10da在与周向正交的剖面视角下是例如部分圆弧状。轨道面10da位于外径面10d在轴向上的中央部。
外圈20为环状的构件。外圈20具有第一宽度面20a、第二宽度面20b、内径面20c和外径面20d。第一宽度面20a和第二宽度面20b是外圈20在轴向上的端面。第一宽度面20a朝向轴向上的一侧。第二宽度面20b朝向轴向上的另一侧。即、第二宽度面20b是第一宽度面20a在轴向上的相反面。
内径面20c在周向上延伸。内径面20c朝向中心轴A侧。即、内径面20c朝向径向上的内侧。内径面20c在轴向上的一端和在轴向上的另一端分别与第一宽度面20a和第二宽度面20b相连。外圈20以内径面20c与外径面10d在径向上隔开间隔相向的方式配置。
外径面20d在周向上延伸。外径面20d朝向与中心轴A相反一侧。即、外径面20d朝向径向上的外侧，且是内径面20c在径向上的相反面。外径面20d在轴向上的一端和在轴向上的另一端分别与第一宽度面20a和第二宽度面20b相连。虽然没有图示，但外圈20在外径面20d处与壳体嵌合。
内径面20c具有轨道面20ca。轨道面20ca是内径面20c的与滚珠30接触的部分。即、轨道面20ca是外圈20的接触面。内径面20c在轨道面20ca处向外径面20d侧凹陷。轨道面20ca在与周向正交的剖面视角下是例如部分圆弧状。轨道面20ca位于内周面20c在轴向上的中央部。轨道面20ca在径向上与轨道面10da隔开间隔相向。
滚珠30是球状。滚珠30配置在外径面10d与内径面20c之间。更具体而言，滚珠30配置在轨道面10da与轨道面20ca之间。多个滚珠30沿周向排列。滚珠30具有表面30a。表面30a与轨道面10da和轨道面20ca接触。即、表面30a是滚珠30的接触面。
保持器40配置在外径面10d与内径面20c之间。保持器40以使相邻两个滚珠30之间的周向上间隔在一定范围内的方式保持多个滚珠30。
内圈10的壁厚、外圈20的壁厚和滚珠30的壁厚可以在20mm以上。内圈10的壁厚、外圈20的壁厚和滚珠30的壁厚可以在20mm以上。内圈10的壁厚、外圈20的壁厚和滚珠30的壁厚例如在30mm以下。内圈10的壁厚是内圈10的外径与内径之差除以2而得的值。外圈20的壁厚是外圈20的外径与内径之差除以2而得的值。滚珠30的壁厚是滚珠30的直径。滚珠轴承100的节圆直径例如在15mm以上。节圆直径是径向上的中心轴A与滚珠30的中心之间的距离的2倍。
内圈10、外圈20和滚珠30是进行了淬火和回火的钢制成的。钢具有表1所示的组成。更具体而言，钢含有0.90质量％以上且1.20质量％以下的碳、0.35质量％以上且0.80质量％以下的硅、0.80质量％以上且1.20质量％以下的锰、小于0.30质量％的镍、0.80质量％以上且1.30质量％以下的铬、和小于0.10质量％的钼。钢的剩余部分是铁和不可避免的杂质。另外，钢也可以不含镍和钼。
[表1]
表1
钢中，硅浓度除以锰浓度而得的值小于0.51。如果钢中的硅浓度低，则可抑制铁氧化物的形成，改善耐氢脆性。如果钢中的锰浓度高，则可改善淬火性。此外，如果钢中的锰浓度高，则锰与硫结合而形成硫化锰，藉此固定硫，因此可抑制硫的晶界偏析，抑制钢的强度降低。此外，如果钢中的锰浓度高，则钢的延展性－脆性纤维温度降低，钢的韧性得到改善。从该观点考虑，硅浓度除以锰浓度而得的值设定为小于0.51。
由于没有对内圈10、外圈20和滚珠30进行渗氮，因此在构成内圈10、外圈20和滚珠30的钢中没有从接触面引入氮。更具体而言，在构成内圈10、外圈20和滚珠30的钢中，接触面与在深度方向上距接触面的距离为10μm的位置之间的平均氮浓度小于0.01质量％。
构成内圈10、外圈20和滚珠30的钢中的残留奥氏体量为13体积％以上且小于35体积％。构成内圈10、外圈20和滚珠30的钢中的残留奥氏体量优选为13体积％以上且小于20体积％。钢中的残留奥氏体量通过X射线衍射法来测定。即、钢中的残留奥氏体量通过将X射线曲线中的奥氏体的峰强度除以钢中的奥氏体以外的峰强度之和来求出。
可以向轴承空间(外径面10d和内径面20c之间的空间)中供给润滑油。润滑油中的异物量优选在0.35g/L以下。
构成内圈10和外圈20的钢的硬度在接触面处在59HRC以上且65HRC以下。而构成内圈10和外圈20的钢的硬度在接触面以外的部位处也在59HRC以上且65HRC以下的范围内。即、构成内圈10和外圈20的钢中没有发生不完全淬火。构成滚珠30的钢的硬度在接触面处在60HRC以上且68HRC以下。而构成滚珠30的钢的硬度在接触面以外的部位处也在60HRC以上且68HRC以下。即、构成滚珠30的钢中没有发生不完全淬火。
构成内圈10、外圈20和滚珠30的钢的硬度按照JIS标准(JIS Z 2245：2016)中规定的洛氏硬度试验方法来测定。但是，构成滚珠30的钢的硬度被换算为平面硬度。
(轴承100的制造方法)
以下对滚珠轴承100的制造方法进行说明。
图2是示出滚珠轴承100的制造方法的工序图。如图2所示，滚珠轴承100的制造方法具有准备工序S1、淬火工序S2、回火工序S3、后处理工序S4和组装工序S5。
在准备工序S1中准备加工对象构件。用于内圈10和外圈20的加工对象构件是环状的构件。用于滚珠30的加工对象构件是球状的构件。加工对象构件由表1所示且硅浓度除以锰浓度而得的值小于0.51的组成的钢形成。
淬火工序S2在准备工序S1之后进行。淬火工序S2具有加热保持工序和冷却工序。加热保持工序通过将加工对象构件保持在A1相变点以上的温度来进行。冷却工序在加热保持工序之后进行。冷却工序通过将加工对象构件冷却到MS相变点以下的温度来进行。构成加工对象构件的钢中的残留奥氏体量通过冷却工序中的冷却速度来调整。
加工对象构件由表1中所示且硅浓度除以锰浓度而得的值小于0.51的组成的钢构成，因此即使加工对象构件的壁厚增大，在淬火工序S2中也可以在不发生不完全淬火的情况下进行加工对象构件的淬火。回火工序S3在淬火工序S2之后进行。回火工序S3通过在将加工对象构件在小于A1相变点的温度下保持后放冷来进行。
后处理工序S4在回火工序S3之后进行。在后处理工序S4中，对加工对象构件进行磨削和研磨。藉此，加工对象构件成为内圈10、外圈20和滚珠30。组装工序S5在后处理工序S4之后进行。在组装工序S5中，内圈10、外圈20和滚珠30与保持器40被组装在一起。通过以上所述的工序，形成图1所示的结构的滚珠轴承100。
(滚珠轴承100的效果)
以下对滚珠轴承100的效果进行说明。
滚珠轴承100由于没有对构成内圈10、外圈20和滚珠30的钢进行渗氮。因此，滚珠轴承100无需为了制造内圈10、外圈20和滚珠30而进行特殊的热处理，能够降低用于制造内圈10、外圈20和滚珠30的热处理的成本。
滚珠轴承100由于构成内圈10、外圈20和滚珠30的钢中的残留奥氏体量为13体积％以上且小于35体积％，因此可抑制伴随滚珠轴承100的使用而由残留奥氏体的分解引起的尺寸变化。
另外，在接触面处增大构成内圈10、外圈20和滚珠30的钢中的残留奥氏体量在提高对压痕起点型剥离的耐久性的方面是有效的。构成内圈10、外圈20和滚珠30的钢中的残留奥氏体量为13体积％以上且小于35体积％，但在例如润滑油中的异物量在0.35g/L以下的润滑环境下，能够确保在接触面处的耐久性(例如对于由夹入异物引起的压痕起点型剥离的耐久性)。
例如在EV用的减速器中，通常形成平行三轴的结构，因此要求对滚珠轴承100在轴向上的尺寸进行限制，另一方面要求增大滚珠轴承100在径向上的尺寸(内圈10、外圈20和滚珠30的壁厚)以提高滚珠轴承100的负载容量。滚珠轴承100由于内圈10、外圈20和滚珠30由表1中所示且硅浓度除以锰浓度而得的值小于0.51的组成的钢形成，因此钢的淬火性高、且能够使得内圈10、外圈20和滚珠30的壁厚即使较大也不会发生不完全淬火。
滚珠30也可以是表1中所示的组成以外的钢、例如JIS标准中规定的高碳铬轴承钢SUJ2制成的。对于滚珠30，可以不进行如上所述的淬火和回火，而是进行在不含氮源的气氛中的普通淬火和回火。滚珠30的壁厚可以是通常的尺寸，也可以仅增大内圈10和外圈20的壁厚。滚珠30可以是陶瓷材料制成的。
对本发明的实施方式进行了说明，但是本次公开的实施方式在所有方面都应当被认为是示例性的而不是限制性的。本发明的范围由权利要求书表示，意在包括与权利要求书等同的含义及范围内的所有变更。

Claims (5)

1.一种滚珠轴承，其具备内圈、外圈和滚珠，
所述内圈、所述外圈和所述滚珠中的至少1个轴承部件具有接触面，
所述轴承部件是进行了淬火和回火的钢制成的，
所述钢含有0.90质量％以上且1.20质量％以下的碳、0.35质量％以上且0.80质量％以下的硅、0.80质量％以上且1.20质量％以下的锰、小于0.30质量％的镍、0.80质量％以上且1.30质量％以下的铬、小于0.10质量％的钼、以及构成剩余部分的铁和不可避免的杂质，
所述钢中的硅浓度除以所述钢中的锰浓度而得的值小于0.51，
所述钢中的残留奥氏体量为13体积％以上且小于35体积％。
2.如权利要求1所述的滚珠轴承，其中，所述接触面与在深度方向上距所述接触面的距离为10μm的位置之间的所述钢中的平均氮浓度小于0.01质量％。
3.如权利要求1或2所述的滚珠轴承，其中，所述轴承部件的壁厚在30mm以下。
4.如权利要求3所述的滚珠轴承，其中，
所述轴承部件是所述内圈或所述外圈，
所述钢的硬度在59HRC以上且65HRC以下。
5.如权利要求3所述的滚珠轴承，其中，
所述轴承部件是所述滚珠，
所述钢的硬度在60HRC以上且68HRC以下。
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