CN1849460B - 自调心滚子轴承及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种自调心滚子轴承，其具有：具有双列滚道的内圈；具有整体式双列球面滚道的外圈；在双列中组装于内圈滚道和外圈滚道之间的滚子；以及用于可旋转地保持滚子的保持架。彼此相交的加工线形成于外圈的球面滚道的滚道表面，加工线以相对于滚道表面的周向成预定交叉角基本上以线性形式相交。从而，滚道表面的表面粗糙度在轴向和周向上至少在与滚子接触的部分基本上不变。

Description

自调心滚子轴承及其加工方法 
技术领域
本发明涉及一种自调心滚子轴承，其可以通过减少由滚子倾斜造成的摩擦和发热而具有长的使用寿命，本发明也涉及该轴承的加工方法。 
背景技术
自调心滚子轴承广泛地用作各种辊颈轴承(roll neck bearing)、车辆轴承和各种工业应用轴承。 
所公知地，诸如摩擦增加和轴承内侧产生热量之类的问题导致此类自调心轴承寿命的缩短，其中轴承内侧产生的热量是由在滚子运行过程中某些滚子没有以正常状态滚动时(例如，在滚子以大的负倾斜角旋转的情况下)的滚动接触疲劳而导致的。 
在此情况下，已经提出了各种技术，以控制滚子在运行中的倾斜角。例如，已经提出了一种加工方法(参见JP-B-57-61933)，其中将内圈滚道表面和外圈滚道表面的表面粗糙度制造成彼此不同(外圈滚道表面的表面粗糙度高于内圈滚道表面的表面粗糙度)。 
作为避免大的负倾斜角的措施，已经提出了一些方法，其中将至少外圈和内圈的滚道表面或者滚子接触表面设置成轴承中心附近的部分表面和轴承侧部附近的部分表面之间具有不同的表面粗糙度(参见日本专利No.2900527)。 
这些提议中包括的一种用于解决该问题的方法是这样一种结构，其中“外圈滚道表面在其接触位于轴承侧部附近的滚子的一些部分的表面粗糙度低于接触至少位于轴承中心附近的滚子的一部分的表面粗糙度，所述一部分不同于所述接触滚子的一些部分”(参见JP-A-11-226855)。 
发明内容
JP-B-57-61933中加工方法的示例是以下方法，其中利用超精细加工对内圈滚道进行精加工；通过采用如JP-A-11-226855中所述的杯状砂轮的磨削加工对外圈滚道表面进行精加工；并且将外圈滚道表面精加工得比内圈滚道表面粗糙。 
然而，当通过利用杯状砂轮磨削外圈滚道表面而对外圈滚道表面进行精加工时，由于在滚道表面101上形成了图7中所示的弯曲加工痕迹200，从而观察到以下现象，其中加工痕迹200之间的交叉点201的数量在滚道表面的两端部120处最高，而在滚道表面的中部110处逐渐降低至最小。 
从而，在利用此类方法精加工的外圈滚道表面101的轴向上进行的测量表明外圈100的滚道表面101的粗糙度在滚道表面的中部110和两端部120之间是不同的(滚道表面的两端部120的粗糙度高于滚道表面的中部110的粗糙度)，如图8(a)、(b)和(c)所示。图8(a)、(b)和(c)分别示出滚道表面的左端、滚道表面的中部和滚道表面的右端的表面粗糙度。从而，当使用杯状砂轮磨削轴承时，由于加工痕迹导致轴承侧部附近的表面粗糙度高于轴承中心附近的表面粗糙度，从而轴承处于可能导致根据日本专利No.2900527的负倾斜角的表面状态。虽然出于减少由滚子倾斜造成的摩擦和发热的目的，日本专利No.2900527中公开的结构是可取的，但是根据轴承的设计规格和使用条件，其需要费时费力地改变外圈和滚子间接触区域之间的表面粗糙度差异程度和改变表面粗糙度不同的区域之间的界限。 
在考虑现有技术中的该问题的基础上已经进行了本发明，本发明的目的在于提供一种具有长寿命的自调心滚子轴承及其加工方法，其中不会产生滚子的过大的负倾斜(negative skew)。 
本发明提供了一种自调心滚子轴承，其包括：具有双列滚道的内圈；具有双列整体式球面滚道的外圈；以双列方式结合在内圈滚道和外圈滚道之间的多个滚子；以及用于可旋转地保持滚子的保持架，其中：彼此相交的加工痕迹形成于外圈的球面滚道的滚道表面上；基本上是笔直的并且在滚道表面的周向上以预定交叉角彼此相交；以及滚道表面的表面粗糙度在其轴向和周向上至少在与滚子接触的部分基本上不变。 
优选地，所述预定交叉角在90°至150°范围内。 
优选地，就平均粗糙度而言，外圈滚道表面的表面粗糙度在其中心线处在轴向和周向上处于0.15至0.4μm Ra范围内。在轴向A上测量和在周向S上测量之间表面粗糙度差异为0.1μm Ra或者更小。倾斜度(Skewness，Rsk)为-0.4或者更小。就平均粗糙度而言，内圈滚道表面的粗糙度在中心线处在 其轴向上为0.1μm Ra或者更小。 
本发明提供了一种自调心滚子轴承的加工方法，包括如下步骤：利用超精细加工在自调心滚子轴承的外圈滚道表面上形成彼此相交的加工痕迹，其中，所述加工痕迹在滚道表面的周向上成90°至150°范围内的交叉角彼此相交。 
优选地，形成加工痕迹的步骤包括以下步骤：绕外圈的中心轴旋转该外圈，在外圈中插入砂轮，以及沿着滚道表面的曲率摆动该砂轮，同时利用该砂轮挤压该滚道表面。 
通过采用上述结构，将外圈滚道表面的表面粗糙度制造成在轴向和周向上基本上不变。因为外圈滚道表面的表面粗糙度高于内圈滚道表面的表面粗糙度，从而将不产生滚子的过大的负倾斜。此外，超精细加工压缩表面上的任何残余应力并且提供使任何由加工产生的改性层比由磨削产生的改性层薄的效果，这就提供了长的寿命。 
附图说明
图1是本发明实施例的示意性截面图。 
图2是外圈滚道表面上的加工痕迹的示意性视图。 
图3(a)至(c)是示出根据本发明加工方法的凹槽(在其轴向上)的粗糙度的图表，图3(a)、3(b)和3(c)分别示出滚道表面的左侧、中间部分和右侧的表面粗糙度。 
图4是根据本发明加工方法的凹槽(在其周向上)的粗糙度的图表。 
图5示出寿命试验的结果。 
图6是示出采用带加工(tape process)的加工方法实施例的示意图； 
图7是通过现有技术中的加工方法形成的外圈滚道表面上的加工痕迹的示意性视图； 
图8(a)至(c)是示出根据现有技术中的加工方法的凹槽(在其轴向上)的粗糙度的图表，图8(a)、8(b)和8(c)分别示出滚道表面的左侧、中间部分和右侧的表面粗糙度。 
图9是根据本发明的超精细加工的示意性视图。 
图10示出磨粒的运动轨迹。 
具体实施方式
现在将根据附图说明本发明的实施例。 
虽然在本实施例中将以示例的方式对图1所示的自调心滚子轴承进行说明，但是在本发明范围内可以使用具有其他结构的自调心滚子轴承。自调心滚子轴承由具有双列滚道1a的内圈1和具有双列整体式球面滚道2a的外圈2、以双列方式结合在内圈滚道1a和外圈滚道2a之间的多个滚子3以及用于可旋转地保持滚子3的保持架4组成。 
由于本发明包括以形成于外圈2的滚道表面2a上的彼此交叉的加工痕迹5为特征的结构，从而本说明书将仅针对体现本发明特征的这些元件，而省略其他元件。在本发明范围内，根据需要，可以改变其他元件(例如内圈1、外圈2、滚子3和保持架4)的设计。 
外圈2的滚道表面2a形成球形(沿外圈轴向在整个外圈上延伸的径向截面的形状)，所述球形在周向上连续延伸并且具有所需深度和曲率，图2中所示的多个加工痕迹5形成于滚道表面2a上。图2示出沿外圈径向剖开的外圈截面(垂直方向并且沿外圈轴向在整个外圈上延伸，所示图示被局部夸大，以清楚示出加工痕迹5)。 
加工痕迹5基本上是笔直的并且以相对于滚道表面2a的周向S成预定角度彼此相交。具体而言，它们以相对于滚道表面2a的周向S成90°至150°范围内的交叉角θ相交。此外，就平均粗糙度而言，外圈滚道表面2a的表面粗糙度在其中心线处在轴向A和周向S上保持在0.15至0.4μm Ra范围内。在轴向A上测量和在周向S上测量之间的表面粗糙度差异保持在0.1μm Ra或者更小。倾斜度(Rsk)设定在-0.4或者更小。内圈的粗糙度设定在0.1μm Ra或者更小。 
上述设定值是通过试验获得的优化值。当加工痕迹5的交叉角θ小于90°时，轴向A上的表面粗糙度过度高于周向S上的表面粗糙度，并且按照上述方式设定的在轴向A上测量和在周向S上测量之间的表面粗糙度差异不能保持在0.1μm Ra或者更小。 
在交叉角θ大于150°的情况下，周向S上的表面粗糙度过度高于轴向A上的表面粗糙度，并且按照上述方式设定的在轴向A上测量和在周向S上测量之间的表面粗糙度差异不能保持在0.1μm Ra或者更小。 
当表面粗糙度的设定值为0.15μm Ra或者更小，因为与内圈的表面粗糙 度仅存在很小的差异，从而不能防止滚子过大的负倾斜的发生。当粗糙度高于0.4μm Ra时，通过摩擦生成高的热量，并且在最差的情况下产生咬死。 
当在轴向A上测量和周向S上测量之间存在大的表面粗糙度差异时，就难以控制滚子的倾斜。 
当倾斜度(Rsk)设定在-0.4或者更小时，即使在油膜被用完的情况下，由于总载荷由多个通过形成加工痕迹5而获得的微小突起6支撑，也可以防止任何显著的应力集中。 
在本实施例中，加工痕迹5彼此相交，并且交叉角θ为120°。在轴向A和周向S上测得的已加工表面的表面粗糙度大致为0.3μm Ra(图3(a)至(c)和图4)。图3(a)、(b)和(c)是分别示出滚道表面2a的左端、滚道表面2a的中部和滚道表面2a的右端的表面粗糙度的图表。图4是示出周向上表面粗糙度的图表。这些图表表明滚道表面2a的表面粗糙度在轴向A和周向S上基本不变。倾斜度(Rsk)为-0.4或者更小。 
形成于此类自调心滚子轴承的外圈滚道表面2a上的加工痕迹5是通过超精细加工形成的。 
图9示出外圈滚道表面的超精细加工的示例。棒状砂轮8从上压靠(未示出挤压装置)在外圈2的滚道表面上，同时外圈由旋转夹具(未示出)支撑并旋转，并且通过沿着滚道表面的曲率在轴向上摆动该砂轮8来进行加工。 
砂轮8的一个磨粒的运动轨迹可以通过图10中所示的正弦波进行表示。由于砂轮包括无数磨粒，从而当将外圈的旋转速度和砂轮的摆动次数设定成适当比率时，外圈滚道表面上就形成加工痕迹5。 
可以选择并使用现有技术中公知的适当机床作为超精细加工机，以进行本发明范围内的超精细加工。 
图6示出使用带加工的实施例。该实施例不使用砂轮，而是使用挤压夹具7，其具有与砂轮的弓形相同形状的顶端和紧密连接于夹具顶端的砂带。 
磨料被施加于砂带的一侧或者研磨面上，并且在通过挤压夹具7将砂带压靠在滚道表面上的情况下，通过沿着滚道表面的曲率摆动彼此整合的挤压夹具7和砂带来进行加工。 
图5示出滚动疲劳寿命试验的结果。所述结构表明：具有使用本发明的加工方法加工的外圈的自调心滚子轴承的L10寿命系数远高于具有使用现有技术中的加工方法加工的外圈的自调心滚子轴承(传统产品)，并且其寿命 比传统严品长若干倍。 
虽然已经参照本发明的具体实施例对本发明进行了详细说明，但是对于本领域技术人员很明显的是，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以进行各种改变和变形。 
本申请基于2003年9月17日提交的日本专利申请(No.2003-324011)，在此结合其内容以作为参考。 
工业应用性 
本发明可以应用于自调心滚子轴承，其用作各种辊颈轴承、车辆轴承和各种工业应用轴承等。 

Claims (3)

1.一种自调心滚子轴承，包括：
具有双列滚道的内圈；
具有双列整体式球面滚道的外圈；
以双列方式结合在内圈滚道和外圈滚道之间的多个滚子；以及
用于可旋转地保持滚子的保持架，其中：
彼此相交的加工痕迹形成于外圈的球面滚道的滚道表面上；
加工痕迹基本上是笔直的并且在滚道表面的周向上以预定角度彼此相交；以及
滚道表面的表面粗糙度在其轴向和周向上至少在与滚子接触的部分基本上不变，
就平均粗糙度而言，外圈滚道表面的表面粗糙度在其中心线处在轴向和周向上处于0.15至0.4μm Ra范围内，
在轴向上测量和在周向上测量之间的表面粗糙度差异为0.1μm Ra或者更小，
倾斜度为-0.4或者更小，以及
就平均粗糙度而言，内圈滚道表面的粗糙度在中心线处在其轴向上为0.1μm Ra或者更小。
2.如权利要求1所述的自调心滚子轴承，其中
所述预定交叉角在90°至150°的范围内。
3.一种自调心滚子轴承的加工方法，包括如下步骤：
利用超精细加工在自调心滚子轴承的外圈滚道表面上形成彼此相交的加工痕迹，其中，所述加工痕迹在滚道表面的周向上成90°至150°范围内的交叉角彼此相交，
其中，形成加工痕迹的步骤包括以下步骤：
绕外圈的中心轴旋转该外圈，
在外圈中插入砂轮，以及
沿着滚道表面的曲率摆动该砂轮，同时利用该砂轮挤压该滚道表面。
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