CN1373837A - 混合式角面接触滚珠轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滚珠轴承,该轴承包括两排陶瓷滚珠,并且在两个基本背对背的内部滚珠轴承座圈之间成斜角接触,它们位于钢的环(2)和基本相互面对着的外部滚珠轴承座圈上,以及位于可相互轴向预加负载的内部半环(4,5)上,外环(2)与内环(3)的座圈覆有一层致密铬基合金覆层,该覆层与滚珠(1)的陶瓷合作,从而提供了一种滚珠轴承,该滚珠轴承具有优良的刚度、耐腐蚀性、在负载下具有润摩特性的,并且减小了球形体积,由此显著地减少了润滑油脂的分解以及维护的成本。本发明可应用于大直径的预加载荷的混合滚珠轴承,以吸收轴向负载,特别可装配在直升机的旋转斜盘中。

Description

混合式角面接触滚珠轴承
本发明涉及一种滚珠轴承，这种滚珠轴承的类型被称之为角面接触型，该轴承包括：
—一个钢制外环，该外环具有两个内部座圈，这两个座圈大致背对背地设置，并且由座圈槽形成，座圈槽的凹面侧径向地面朝轴承的轴线，而轴向分别地面朝轴承的一相应侧，
—一个钢制内环，该内环由两个内部半环构成，两个半环并排设置，并且能够相互抵靠而轴向地预加载荷，每一个半环具有一条由一座圈槽形成的外部座圈，座圈槽的凹面侧径向地面朝轴承的外侧，而轴向地面朝另一个内部半环，这样每一条内部半环的外部座圈面朝外环的两条内部座圈中相应的一条，
—两排滚珠，每一排滚珠设置在相互面对的两对座圈中的相应一对的两座圈之间，并且与这两个座圈成斜角接触；以及
—两个滚珠保持架，每一个保持架可保持相应的—排滚珠中的那些滚珠，并且保持架设置在外环与相应的内部半环之间。
本发明尤其涉及上述类型的高精度滚珠轴承，例如精度达ABEC7或9级的轴承，具体地说是达到航空质量精度要求的轴承。
更具体地说，本发明涉及上述类型的滚珠轴承，即：在装配时予加载一轴向预载力以迫使两内部半环相互抵靠，该轴承的直径较大，并适用于直升机旋转斜盘装置，该装置也就是用于控制直升机主旋翼叶片的循环间距的一种装置。
已知上述的角面接触型的滚珠轴承中，其钢环与也是钢制的滚珠配合。
这些现有轴承的缺点在于，它们会受到氧化作用的影响，这将会导致滚珠与座圈的剥落，从而限制了轴承的使用寿命。
作为本发明基础的问题是要克服本技术领域中该类型滚珠轴承所存在的主要缺陷。
为此，本发明提出了一种上述类型的角面接触滚珠轴承，其特点是，两排滚珠(1)至少其表面以陶瓷制成，而钢制环至少在它们的座圈上覆有一层铬基合金。
由此可获得一种混合式滚珠轴承，该轴承具有优良的耐腐蚀性，并结合了在基本轴向负载下的优良的润摩特性，这与预加载荷的角面接触滚珠轴承的特定的使用模式相一致。
同样有利的是，两组滚珠是烧结的，并且由陶瓷制成，这可以显著地减少质量，大约可减少轴承的总质量的10％。有利的是，滚珠的陶瓷至少含有部分的氮化硅(Si3N4)或碳化钛(TiC)。
用于外环以及内部半环的钢材可从下列钢材中选取：至少进行一次真空重熔的普通轴承钢，较佳的型号为100C6 VIM-VAR，以及总体为不锈钢的钢材，较佳的型号为PYROWEAR675或XD15N，它们可以使轴承获得较长的使用寿命。
同样有利的是，铬合金的覆层为通过电解沉积产生的一层铬含量较高且致密的覆层，覆层厚度约为2至5微米，这样作为环的座圈覆层的铬合金和滚珠的陶瓷的合作产生的结果是可以特别地提供一种优良的耐腐蚀性，同时，还可以获得比已知的此类型的轴承更高的刚度。
这些有利的特性，特别是在负载下的润摩特性，同本技术领域中已有的此类轴承相比，大大减少了用于润滑轴承的油脂的分解。
由于由此获得的耐腐蚀性、高的刚度以及减少了润滑油脂的分解，根据本发明的轴承所需的维护成本非常低。
通过在外环的外表面和/或各个内部半环的内表面上至少局部地覆上铜的沉积物，可以进一步增强对轴承环的保护。
每一个滚珠保持架具有一外部侧面外围部分，该部分相对于保持架(19，20)的内部侧面外围部分径向地朝外侧偏移，通过侧面外围部分，各个保持架围绕一圆筒形轴承表面集中在相应的内部半环的外侧面上。另外，每一个滚珠保持架是一整体的，并且由金属制成，较佳地可用青铜或铝制成，或者可用带有加入纤维加强的合成的基体的复合物，其中的纤维可以是编织的，较佳地为PEEK(聚醚醚酮(polyetheretherketone))树脂基体中的的短碳纤维或CELERON(注册商标名)。
根据本发明的大直径的预加载荷的混合角面接触滚珠轴承有一个特别的优点：它适于装配在直升机的旋转斜盘装置中，更一般地说，该轴承适用于在转轴与固定壳体之间施加的轴向负载较重的任何应用。
本发明的其它的优点与特征将从下文给出的一个示范性的实施例的描述中显而易见地获得，但这些描述并不起限制作用，该示范性的实施例将参照下列附图进行描述，附图分别为：
图1为根据本发明的一个预加载荷的混合角面接触滚珠轴承的一轴向部分的截面图，
图2以放大的比例示出了图1中的轴承的外环的横截面，
图3与图2的情况相似，该图以放大的比例示出了图1的轴承的一个内部半环的横截面，
图4为图1的轴承的两个滚珠保持架中一个的轴向部分的截面；以及
图5为图4的保持架的截面图。
图1示出了一种带有两排陶瓷滚珠1的混合轴承，其中的滚珠在一整体的外环2与一由两个内部半环4和5制成的内环3之间成角面接触，其中的两个内部半环4和5是并排设置的，并且它们在使用时相互抵靠着而轴向地预加载荷。
更具体地说，外环2是用钢制成的，它的整体形状为圆筒型。该外环2包括一中间部分6，其外径比它两个侧面部分7和8的外径小，而中间部分6位于两个侧面部分7和8之间，而每一个侧面部分具有两个内部座圈9和10中的相应的一个。这些座圈9和10被制造成座圈槽的形式，它们围绕轴承的轴线X-X形成一圈，并且大致背对背的定向，也就是说，径向横载面基本为圆弧形的槽9和10呈现出这样一种状态，即，它们的凹面侧径向地朝着轴承的轴线X-X，而轴向地在每一个侧面朝着轴承相应的侧面部分7或8的一侧的外侧。
在每一个座圈槽9或10的侧向的外侧上的外环2的相应的侧面部分7或8在它侧面中具有三个凹槽11或12，这些凹槽在围绕相应的侧面部分7或8的侧面周边的圆周方向中是等距离的，外环2的这些凹槽11和12例如可用于限制该外环2在外壳上转动。
如图3中的内部半环4的情况所示，每一个钢制内部半环4和5包括一圆筒形的内部轴向部分13，与具有一个外部座圈15的外部或侧面轴向部分14相比，该内部轴向部分13的内径较大而外径较小。另一个内部半环5具有的结构与内部半环4的结构对称，并且也具有一内部轴向部分16以及一具有一外部座圈18的外部或侧面轴向部分17，当静止时，两个内部半环4和5通过一预定的间隙而轴向隔开，并且当轴承安装成使用结构时，内部半环相互抵靠而轴向地预加负载，并且由此通过它们的内部轴向部分13与16而轴向接触。外部座圈15与18具有的形状同样也是座圈槽围绕X-X形成一圈，而其径向截面为一圆弧形，每一个座圈的凹面侧径向地面朝轴承的外侧，而轴向地面朝另一个内部半环5或4的外部座圈18或15，也就是说，内部环3的外部座圈15和18大致相互面对着。
一排滚珠被安装成在内部半环4的外部座圈槽15与外环2上面对座圈槽5的内部座圈槽9之间成滚动接触，而另一排滚珠被安装成在内部半环5的外部座圈槽18与外环2上面对座圈槽18的内部座圈槽10之间成滚动接触。
由此，滚珠被安装成相对于轴承的中间径向平面P-P的斜角接触，该平面是轴承组件的一个对称平面，当轴承被安装成使用结构而轴向地预加载荷时，该平面与内部半环4和5通过它们的内部轴向部分13和16而轴向接触的平面相一致。
轴承还包括两个滚珠保持架19与20，这两个保持架也是相对于径向平面P-P对称的，并且每一个保持架均被制成一个整体。保持架19将第一排滚珠1保持在外环2与内部半环4之间，而保持架19也设置在两环之间，同时，另一个保持架20将第二排滚珠保持在外环2与内部半环5之间，而该保持架20也设置在两环之间。如图4与图5所示的保持架19的情况中，有若干空腔24径向通过每一个保持架19和20，每一个空腔分别容纳有一个相应的滚珠1，在相应的座圈槽15或18与相应的内部轴向部分13或16之间的每一个保持架19和20包括一外部侧面外围部分21，该部分21关于该保持架19或20的一内部侧面外围部分22径向地朝着外侧偏移，它通过内部侧面外围部分22而围绕着相应的内部半环4或5的一外部圆筒形轴承表面23(参见图3)对中。
需指出的是，这些内部轴向部分13与16在它们的内部侧面周边上具有至少一个凹槽，该凹槽可防止内环3的两个半环在安装于轴承中的轴上转动。
两排滚珠中的滚珠1是烧结的，并且由陶瓷制成，例如可采用Si3N4或TiC的陶瓷。这些陶瓷滚珠1与钢环2和3的座圈槽9、10以及15、18配合，当制成环2和3所用的钢不是不锈钢时，这些钢环2和3至少在其座圈槽上，最好是在它们整个的表面上镀上一层铬含量较高的一种致密的合金的覆层。选择用于生产环2和3的钢可以是一种经久耐用的钢，例如，通过一种通过双重真空重熔的方法生产的型号为100C6的普通轴承钢，从而给于它良好的夹杂特性(inclusion property)(以限制杂质)，这种钢通常被称为100C6 VIM-VAR。环2和3也可采用一种总体上是不锈的钢材制成，为了增加座圈的硬度而对这些座圈表面渗碳会使座圈9，10，25和18失去的不生锈的特性，而这可以通过覆加一层致密的铬合金覆层来进行弥补，其中那种总体上不会生锈的钢材可以为CARPENTER公司(美国)生产的以PYROWEAR675的名称出售的钢材和法国的AUBERT ET DUVAL公司生产的以商品名称为XD15N出售的钢材中的一种。
这种致密铬合金覆层是一种实际不具有表面多孔性的覆层，它厚度约为2微米到5微米，它是能过电化学沉积而产生的，更具体地说是通过电解沉积而产生的。较佳地，这种沉积采用由法国的DELAGE ELECTROLIZING S.A.atChambery，在法国实行的商品名为“Electrolizing”的电解沉积法而实现。这种方法允许由一种铬含量较高的、致密的、无磁性的、硬度极高的合金形成一表面覆层而电解沉积，从而形成一种既不具有多孔性又不带有小结的均质、平滑、均一的表面，以防止腐蚀、增加耐磨性并减少摩擦。
当环2和3所用的钢不是不锈钢时，可以在外环2的整个内表面上，以及第一个内部半环4或5的整个外表面上镀上致密的铬合金覆层。
另外，无论环2和3所采用的钢是不是不锈钢，都可以在外环2的所有外表面或部分外表面上，和/或每一个内部半环4或5的所有内表面或部分内表面上沉积上一铜覆层。
保持架19和20的侧面不突出于环2和3的侧面，每一个整体的保持架19或20可以用金属制成，例如铜或铝。然而，每一个保持架19或20也可以方便地用复合材料制成，例如一种热塑树脂制成的合成基体，其中的热塑树脂例如可以为用短碳纤维之类的加强纤维加强的树脂PEEK(聚醚醚酮)。或者，每一个复合保持架19或20可以方便地以一种以商品名称为CELERON出售的材料制成，并且由一种覆有固化的树脂的棉编织物生产。
由于滚珠1是由陶瓷制成的，上述的轴承可显著减少质量，可减少10％左右，并且由于在滚珠1的陶瓷与环2和3的座圈槽的致密的铬合金覆层之间的合作，该轴承可提供比本技术领域的其它实施例更大的刚度，以及在基本的轴向负载的情况下，还可提供结合了优良的润摩性能的优良的耐腐蚀性。与本技术领域的同类型的轴承相比，这又能大大减少润滑油和脂的分解，由此降低了维护成本。
在根据本发明的这种滚珠轴承装配在用于直升机的旋转斜盘装置的这种应用中，这种滚珠轴承无需重新拆装加入油脂，就可以在直升机的工作循环中达到1200个工作小时。

Claims (9)

1.一种角面接触型滚珠轴承，该轴承包括：
—一个钢制外环(2)，该外环具有两个内部座圈(9，10)，这两个座圈大致背对背地设置，并且由座圈槽形成，座圈槽的凹面侧沿径向面朝轴承的轴线(X-X)，而沿轴向分别横向地面朝轴承的一相应侧；
—一个钢制内环(3)，该内环由两个内部半环(4，5)构成，两个半环并排设置，并且可以相互抵靠而轴向地预加载荷，每一个半环具有一条由一座圈槽形成的外部座圈(15，18)，座圈槽的凹面侧径向地面朝轴承的外侧，而轴向地面朝另一个内部半环(5，4)，这样每一条内部半环(4，5)的外部座圈(15，18)面向外环(2)的两个内部座圈(9，10)中相应的一个；
—两排滚珠(1)，每一排滚珠(1)设置在相互面对的两对座圈中的相应一对的两座圈(9-15；10-18)之间，并且与这两条座圈成斜角接触；以及
—两个滚珠(1)保持架(19，20)，每一个保持架可保持相应的一排滚珠中的那些滚珠(1)，并且保持架设置在外环(2)与相应的内部半环(4，5)之间；
其特征在于，两排滚珠(1)至少其表面以陶瓷制成，而钢制环(2，3)至少在它们的座圈(9，10，15，18)上覆有一铬基合金的覆层。
2.如权利要求1所述的滚珠轴承，其特征在于，滚珠(1)是烧结的，并且由陶瓷制成。
3.如权利要求1和2所述的滚珠轴承，其特征在于，陶瓷至少含有一定的Si3N4或TiC。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的滚珠轴承，其特征在于，用于外环(2)以及内环(3)的钢材可从下列钢中选取：至少进行一次真空重熔的普通轴承钢，较佳的型号为100C6 VIM-VAR，以及总体为不锈钢的钢材，较佳的型号为PYROWEAR 675或XD15N。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的滚珠轴承，其特征在于，铬合金的覆层为通过电解沉积产生的一层铬含量较高且致密的覆层，覆层厚度约为2至5微米。
6.如权利要求1至5中任何一项所述的滚珠轴承，其特征在于，每一个滚珠(1)保持架(19，20)具有一外部侧面外围部分(21)，该部分相对于保持架(19，20)的内部侧面外围部分(22)径向地朝外侧偏移，通过侧面外围部分，所述保持架(19，20)在相应的内部半环(4，5)的外侧面上围绕一圆筒形轴承表面(23)而对中。
7.如权利要求1至6中任何一项所述的滚珠轴承，其特征在于，每一个滚珠保持架(19，20)是一整体的，并且由金属制成，较佳地可用青铜或铝制成，或者可用带有加入纤维加强的合成的基体的复合物，其中的纤维可以是编织的，较佳地为在PEEK(聚醚醚酮)树脂中的短碳纤维或CELERON。
8.如权利要求1至7中任何一项所述的滚珠轴承，其特征在于，外环(2)的外表面和/或各个内部半环(4，5)的内表面至少局部地覆有一铜的沉积物。
9.一种如权利要求1至8中的任何一项所述的滚珠轴承的应用，这种滚珠轴承可用于直升机的旋转斜盘装置。
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