CN1969134B

CN1969134B - 用于汽车的滚柱轴承

Info

Publication number: CN1969134B
Application number: CN2005800194805A
Authority: CN
Inventors: 辻本崇; 冨加见理之
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-07-05
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2025-06-16
Also published as: CN1969134A; JP2006022825A

Abstract

用于汽车的变速器或差速器的滚柱轴承的至少滚动元件的表面(2a)随机设置有无数微小的、凹入形状的穴，且设置有穴的表面的表面粗糙度参数Ryni在0.4μm-1.0μm的范围内，且Sk值不大于-1.6，其中当设置有穴的所述表面的表面粗糙度由参数Rqni表达时，比值Rqni(L)/Rqni(C)不大于1.0，其中Rqni(L)是轴向表面粗糙度，且Rqni(C)是圆周表面粗糙度。

Description

用于汽车的滚柱轴承

技术领域

本发明涉及一种适于被适当地装入传动装置内的滚柱轴承，所述传动装置包括在汽车的变速器或差速器内。

背景技术

近年来，在使用滚柱轴承的汽车变速器或差速器和其它领域中，在尺寸减少和高输出功率的实现上出现了稳步提高，并且存在包括使用低粘度润滑油的运行环境以便达到高载荷、高温侧的趋势。为此，润滑环境改变到比以前更恶劣的环境，并易于引起越来越多的由于润滑不足产生的表面剥落。

日本公开待审的专利说明Nos.Heisei2-168021和Heisei6-42536披露了具有形成在滚动元件的表面内的微小不规则部以便提高油膜形成能力的滚柱轴承。这些传统的微小的、凹入形状的穴尺寸形成为当表面粗糙度通过参数Rqni表达时，Rqni(L)/Rqni(C)的比值(这里，Rqni(L)是轴向表面粗糙度，且Rqni(C)是圆周表面粗糙度)不大于1.0(Rqni≥0.10)且同时表面粗糙度的参数Sk值不大于-1.6，从而不管配合面是粗糙面还是良好精加工(也可以成为抛光)表面都保证了长的使用寿命。然而，如果在低速、缺乏润滑的状态下油膜厚度极低，那么存在效果不能被完全发挥的情况。

发明内容

本发明的用于汽车的滚柱轴承特征在于：至少滚动元件的表面随机地设置有无数微小的、凹入形状的穴(也可称为空穴，孔穴)，且设置有所述穴的表面的表面粗糙度参数Ryni在0.4μm≤Ryni≤1.0μm的范围内且Sk值不大于-1.6，其中当设置有穴的所述表面的表面粗糙度由参数Rqni表达时，比值Rqni(L)/Rqni(C)不大于1.0，其中Rqni(L)是轴向表面粗糙度，且Rqni(C)是圆周表面粗糙度。

这里，参数Ryni是每最大高度的采样长度的平均值，所述平均值通过在平均线方向上从粗糙度曲线只提取采样长度、并且测量提取部分在粗糙度曲线的纵向放大率的方向上的峰线与底线之间的间距而获得(ISO 4287；1997)。

参数Sk指粗糙度曲线的偏斜度(ISO 4287；1997)，并用作用于知道穴分布的不对称性的统计标准。在像高斯(Gauss)分布的对称分布中，Sk值接近零，且当引起不规则性的凸起部分被移除时呈现负值，并且在相反的情况下呈现正值。可以通过选择滚筒磨床的旋转速度和加工时间以及碎片的消耗功、种类、尺寸等控制Sk值。通过将Sk值设定为沿横向上和圆周都不大于-1.6，微小的、凹入形状的穴用作储油器，并且证明了油即使受到压缩在滑动方向或与滑动方向垂直的方向上很少泄漏、优异的油膜形成、良好的油膜形成条件、以及表面缺陷减少到最低的效果。

如在先技术中已知的，滚柱轴承是通过滚动元件的滚动运动支撑旋转轴或摆动轴的机械元件。通常，滚动元件可滚动地设置在内环和外环的滚道之间；然而，存在没有内环的类型，且轴的外周表面被直接用作用于内环的滚道表面。用语“在至少滚动元件的表面上”没有试图将其中滚道表面同样形成有微小的、凹入形状的穴的类型排除在外，且也没有试图将不仅在滚柱的滚动表面上而且在滚柱的端面上形成有微小的、凹入形状的穴的类型排除在外。

优选的是，所述设置有穴的表面的表面粗糙度参数Rymax为0.4-1.0。参数Rymax是用于每最大高度的采样长度的最大值(ISO 4287；1997)。

当所述设置有穴的表面的表面粗糙度参数通过参数Rqni表达时，优选的是，Rqni(L)/Rqni(C)的比值不大于1.0，其中Rqni(L)是轴向表面粗糙度，且Rqni(C)是圆周表面粗糙度。参数Rqni被定义为通过在测量长度的区间内对从粗糙度中心线到粗糙度曲线偏离的高度的平方求积分、并求出在所述区间内的平均值的平方根而获得的值；所述值被通称为均方根粗糙度。Rqni从放大并记录的局部曲线、粗糙度曲线通过数值计算确定；Rqni通过沿横向(即，宽度方向)和圆周移动量具的探针得以测量。

根据本发明，在至少滚动元件的表面上随机地设置了无数微小的、凹入形状的穴提高了在低速、缺乏润滑、极薄的油膜条件下的很长的使用寿命。特别地，通过将所述设置有穴的表面的表面粗糙度参数Ryni设定在0.4μm≤Ryni≤1.0μm的范围内以便小于在先技术，即使在缺乏润滑的条件下也可以防止油膜短缺，由此即使在与传统的工件相比油膜厚度极薄的条件下也提供了很长的使用寿命。另外，对于Sk值，不大于-1.6的值基于工作条件处于其中表面凹入形状和分布有利于油膜形成的范围内。另外，可以实现汽车的变速器或差速器的使用寿命的延长。

附图说明

通过下面参照附图的描述，本发明的这些和其它目的和特征将变得更加明显。其中：

图1是滚针轴承的截面视图；

图2是用于寿命试验的滚针轴承的截面视图；

图3是显示在试验轴承中与滚动元件的精加工(也可以成为抛光)表面有关的情形的粗糙度曲线；

图4是显示在试验轴承中与滚动元件的抛光表面有关的情形的粗糙度曲线；

图5是显示在试验轴承中与滚动元件的抛光表面有关的情形的粗糙度曲线；

图6是试验装置的示意图；

图7是显示使用寿命试验结果的曲线图；

图8是圆锥滚柱轴承的截面视图；

图9A是显示一个比较示例的金属接触百分比的曲线图；

图9A是显示一个实施例的金属接触百分比的曲线图；

图10是两圆柱的试验机的总示意图；

图11是用于汽车的总变速器的截面视图；和

图12是用于汽车的总差速器的截面视图。

具体实施方式

用于汽车的变速器(主速度改变单元)大致分类为手动类型和自动类型。另外，它们也可以根据车辆的驱动系统分类为：用于前轮驱动(FWD)的变速驱动桥，用于后轮驱动(RWD)的变速器，和用于四轮驱动(4WD)的分动器(辅助速度改变单元)。它们用于速度改变来自引擎的驱动力并将驱动力传递到驱动轴等。

图11显示了用于汽车的变速器的布置的示例。此变速器是同步啮合式，且在相同的图中，左侧是引擎侧，右侧是驱动轮侧。圆锥滚柱轴承43置于主轴41与主驱动齿轮42之间。在此示例中，用于圆锥滚柱轴承43的外环滚道表面直接形成在主驱动齿轮42的内周内。主驱动齿轮42被圆锥滚柱轴承43支撑以便相对于外壳45旋转。离合器齿轮46通过啮合连接到主驱动齿轮42，且同步机构47邻近离合器齿轮46设置。

同步机构47包括衬套48，所述衬套48适于通过选择器(没有示出)的动作轴向(在相同的图中左右方向上)移动；滑块(或称为同步器键)49，所述滑块49轴向可滑动地安装在衬套48的内周内；轮毂50，所述轮毂50通过接合连接到主轴41的外周；锁环(或称为同步器环)51，所述锁环51可滑动地安装在离合器齿轮46的外周(锥体部分)上；和限位销52以及弹簧53，所述限位销52和弹簧53弹性地将滑块49压向衬套48的内周边。

在相同的图中示出的状态中，衬套48和滑块49被限位销52保持在空档位置。此时，主驱动齿轮42相对于主轴41空转。另一方面，当选择器的致动使衬套48例如从相同的图中所示的状态轴向向左移动时，滑块49跟随衬套48轴向向左移动，并将锁环51压向离合器齿轮46的锥体部分的倾斜表面。这降低了离合器齿轮46的旋转速度并相反地增加了同步机构47的旋转速度。并且，在大约当所述两者的旋转速度已经同步时的时刻，衬套48进一步轴向向左移动，并与离合器齿轮46啮合，且主轴41和主驱动齿轮42通过同步机构47彼此连接。这允许主轴41和主驱动齿轮42同步地旋转。

图12通过示例显示了用于汽车的总差速器。在相同的图中，上侧和下侧分别是车辆的前侧和后侧。驱动小齿轮轴55被容纳在差速器壳54的前部内并且被一对圆锥滚柱轴承57和58可旋转地支撑。驱动小齿轮轴55具有连接到它的前端的传动轴(没有示出)，和固定到其后端或一体安装到其上的驱动小齿轮(减速小齿轮)56，所述驱动小齿轮56与飞轮起动器齿轮(减速大齿轮)59啮合。

飞轮起动器齿轮59连接到差速器齿轮壳(或半轴齿轮壳)60，且差速器齿轮壳60被一对圆锥滚柱轴承61和62支撑以便相对于差速器壳54旋转。一对小齿轮63和一对侧齿轮64设置在差速器齿轮壳60内并与差速器齿轮壳60啮合。小齿轮63固定到小齿轮轴65上，且侧齿轮64通过推力垫圈安装在差速器齿轮壳60内。没有图示的左驱动轴和右驱动轴连接(锯齿连接或别的方式)到侧齿轮64的对应于它的内径部分。

来自传动轴的驱动力矩通过下面的路径传递：驱动小齿轮56→飞轮起动器齿轮59→差速器齿轮壳60→小齿轮63→侧齿轮64→驱动轴。另一方面，对轮胎的驱动阻力通过下面的路径传递：驱动轴→侧齿轮64→小齿轮63。

结合图11和12描述的变速器或差速器(用于汽车)的滚柱轴承使用内环、外环、和滚动元件作为它们的主要构件。并且滚动元件的滚动表面和端面以及内环和外环(例如圆锥滚柱轴承的内环，锥体承载面肋表面)的滚道表面的区域中的至少一个随机地形成有无数微小的、凹入形状的穴用于使表面的粗糙微小。此表面被微小地粗糙化从而设置有穴的表面的表面粗糙度参数Ryni在0.4μm≤Ryni≤1.0μm的范围内，并且从而Sk值不大于-1.6，优选地在-4.9--1.6的范围内。另外，设置有穴的表面的表面粗糙度参数Rymax是0.4-1.0。另外，当表面粗糙度在每一个表面的轴向方向上和在圆周方向上计算并且由参数Rqni表达时，轴向表面粗糙度Rqni(L)与圆周表面粗糙度Rqni(C)的比，Rqni(L)/Rqni(C)，不大于1.0。为了表面处理以便获得这种被微小粗糙化的表面，想要的精加工(也可以成为抛光)表面可以通过专门的滚筒磨削获得，但是可以利用弹丸等。

用于测量参数Ryni、Rymax、Sk、和Rqni的方法和条件的示例如下。另外，至于通过这些参数表达的、用于这些构件例如滚动元件或滚柱轴承的滚道的表面特性的测量，尽管在一个位置的测量值被信赖为代表值，但是优选的是例如在直径上相对的两个位置测量它们。

参数计算标准：JIS B 0601：1994(SURFCOM JIS 1994)

截止分类：高斯型(Gaussian)

测量长度：5λ

截止波长：0.25mm

测量放大率：×1000

测量率：0.30mm/s

测量位置：滚柱中间

测量数量：2

测量仪器：Surface Roughness SURFCOM 1400A(TOKYOU SEIMITSU K.K)

图1显示了滚柱轴承的第一示例，所述滚柱轴承是具有装入外环3内用作滚动元件的滚针2的滚针轴承，且所述滚柱轴承通过所述滚针2支撑配合轴4。多种种类的具有应用到滚针表面的不同表面处理的滚针轴承被准备并经受使用寿命试验；现在将描述使用寿命试验的结果。用于使用寿命试验的滚针轴承是配备保持架5的轴承，且每一个轴承使用15个滚针，如图2中所示，外径Dr＝33mm，内径dr＝25mm，滚针2的直径D＝4mm，长度L＝25.8mm。滚针的表面粗糙度精加工(也可以成为抛光)不同的三种轴承被准备为试验轴承：在磨削之后经受超精加工的轴承A(比较示例)，和轴承B(比较示例)以及随机地形成有无数微小的凹入形状的穴的轴承C(实施例)。在每一个试验轴承中的滚针的抛光表面显示在图3-图5中。具体地，图3显示了轴承A的表面粗糙度；图4显示了轴承B的表面粗糙度；且图5显示了轴承C的表面粗糙度。另外，试验轴承的抛光表面的特性参数表显示在表1中。此外，对于轴承B和C Rqni(L/C)不大于1.0，或者对于轴承A Rqni(L/C)在1.0附近。

表1

轴承	Rqni	Sk	Ryni (μm)	Rymax	面积率 (％)	平均面积 (μm<sup>2</sup>)	Rqni (L/C)
轴承	Rqni	Sk	Ryni (μm)	Rymax	面积率 (％)	平均面积 (μm<sup>2</sup>)	Rqni (L/C)	A (比较例)	0.01～ 0.03	-0.8～0.9	0.1～0.2	0.1～0.3	-	-	-
B (比较例)	0.10～ 0.20	-5.0～-2.0	1.1～1.5	1.1～2.0	24～40	105～150	≤1.0	A (比较例)	0.01～ 0.03	-0.8～0.9	0.1～0.2	0.1～0.3	-	-	-
B (比较例)	0.10～ 0.20	-5.0～-2.0	1.1～1.5	1.1～2.0	24～40	105～150	≤1.0	C (比较例)	0.05～ 0.09	-4.9～-1.6	0.4～1.0	0.4～1.0	5～20	30～100	≤1.0

使用的试验装置是径向载荷试验机11，且如图6中示意示出的，试验轴承1连接到旋转轴12的相对侧。通过将试验轴承1连接到旋转轴12的相对侧、并向试验轴承1施加旋转和载荷从而试验得以执行。使用在试验中的内座圈(配合轴)的精加工(也可以成为抛光)是基于磨削精加工(也可以成为抛光)的Ra 0.10-0.16μm。外座圈(外环)也被相同地使用。试验条件如下。

轴承径向载荷：2000kgf

转数：4000rpm

润滑剂：Clesafeoil(语音上)H8(2 cst under test conditions)

图7显示了油膜参数Λ＝不大于0.13的使用寿命结果。在相同的图中的垂直轴表示L10使用寿命(h)。如从相同的图中清晰可见的，尽管轴承A是78小时且轴承B是82小时，但是轴承C是121小时。如这些数据显示的，作为实施例的轴承C，即使在例如油膜参数Λ＝0.13的非常恶劣、低速、缺乏润滑的条件下，也可以具有很长的使用寿命效果。

接下来，图8显示了作为第二示例的圆锥滚柱轴承。所述圆锥滚柱轴承是使用多个圆锥滚柱16作为滚动元件的径向轴承，所述圆锥滚柱16可滚动地置于外环13和内环14的滚道之间。在操作期间，圆锥滚柱16的滚动表面17与外环13和内环14的滚道滚动接触，并且此外，圆锥滚柱16的大端面与内环14的锥体支撑面肋15的内表面滑动接触。因此，在圆锥滚柱16的情况下，除了滚动表面17之外大端面18也可以随机地形成有无数微小的、凹入形状的穴。同样，在内环14的情况下，滚道表面的锥体支撑面肋15的内侧可以随机地形成有无数微小的、凹入形状的穴。

现在描述使用寿命试验(参见表2)，所述使用寿命试验在其中圆锥滚柱的滚动表面被精加工(也可以成为抛光)成光滑表面的传统的圆锥轴承A和B(比较示例)、以及其中圆锥滚柱的滚动表面随机形成有微小的凹入形状的穴的轴承C-E(比较示例)和轴承F-G(实施例)上实施。使用的轴承A-G每一个是圆锥滚柱轴承，其中外环的外径是81mm，且内环的内径是45mm。另外，比较示例的轴承A和B的滚动表面在磨削之后经受了超精加工，且没有穴处理施加到其上。在比较示例的轴承C-E内的滚柱以及在实施例的轴承F和G的滚柱的滚动表面通过滚筒抛光特别处理随机形成有无数微小的、凹入形状的穴。另外，对于滚柱轴承C-G Rqni(L/C)不大于1.0，且对于滚柱轴承A和B Rqni(L/C)为1.0或在1.0附近。

表2

通过使用图10中所示的两圆柱试验机执行剥落试验，并计算金属接触百分比。在图10中，驱动侧圆柱22(D圆柱：驱动件)和从动侧圆柱24(F圆柱：从动件)被连接到它们的旋转轴的相应端中的一端，且所述布置是这样的，即两个旋转轴26和28通过滑轮30和32被分开的电动机驱动。在D圆柱22侧的轴26被电动机驱动，且使得F圆柱24跟随D圆柱22可自由旋转。两种这种F圆柱24被进行了有关表面处理的特别处理，并且一个用于比较示例，另一个用于实施例。试验条件的细节等如表3中所示。

表3

用于金属接触百分比的比较数据在图9A和9B中示出。在相同的图中，水平轴表示过去的时间，且垂直轴表示金属接触百分比。图9B显示了在实施例轴承中的滚柱的滚动表面的金属接触百分比，且图9A显示了在比较示例轴承中的滚柱的滚动表面的金属接触百分比。这些图之间的比较将提供对下面事实的清楚理解：实施例的金属接触百分比与比较示例相比得到改善。换言之，对于与比较示例轴承相比的实施例轴承，油膜形成百分比(＝100％-金属接触百分比)得到改善，即在操作开始时改善了大约10％，在测试结束时(两小时之后)改善了大约2％。

要理解的是，在此披露的实施例均是通过示例给出的，而不是限制意义上的。本发明的保护范围不是由上面给出的描述限定而是由权利要求限定，并且需要指出的是，在与权利要求等同的意义和范围内的所有变化也包括在保护范围内。

Claims

1.一种用于汽车的滚柱轴承，其中至少滚动元件的表面随机地设置有无数微小的、凹入形状的穴，且设置有所述穴的表面的表面粗糙度参数Ryni在0.4μm≤Ryni≤1.0μm的范围内且Sk值不大于-1.6，其中当设置有穴的所述表面的表面粗糙度由参数Rqni表达时，比值Rqni(L)/Rqni(C)不大于1.0，其中Rqni(L)是轴向表面粗糙度，且Rqni(C)是圆周表面粗糙度。

2.根据权利要求1所述的用于汽车的滚柱轴承，其中设置有穴的所述表面的表面粗糙度参数Rymax在0.4-1.0的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的用于汽车的滚柱轴承，其中所述滚柱轴承被用于变速器。

4.根据权利要求1或2所述的用于汽车的滚柱轴承，其中所述滚柱轴承被用于差速器。