專利名稱：用于機動車傳動的圓錐滾子軸承的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于機動車傳動用圓錐滾子軸承。
背景技術：
圓錐滾子軸承用于機動車傳動的輸入/輸出軸的軸支撐部分上。如圖形1所示，圓錐滾子軸承包括具有一個錐形滾道面1的外圈2，具有一個錐形滾道面3的內(nèi)圈6，內(nèi)圈6的錐形滾道面3的大徑端具有一個大凸緣面4，內(nèi)圈6的錐形滾道面3的小徑端設具有一個小凸緣面5，多個可滾動地設置于外圈2和內(nèi)圈6的滾道面1和3之間的圓錐滾子7，和一個支撐圓錐滾子7使其在圓周方向上等間隔分布的保持架8。大凸緣面4和小凸緣面5之間的距離設計為稍大于圓錐滾子7的長度。
每一個圓錐滾子7設計成與外圈2和內(nèi)圈6的滾道面1和3線接觸，每一個圓錐滾子7的錐角頂點與滾道面1和3的錐角頂點相交于圓錐滾子軸承的中心線上的一點O。因此，圓錐滾子7能夠沿著滾道面1和3滾動。
因為圓錐滾子軸承的滾道面1和3具有不同的錐角，從滾道面1和3施加到圓錐滾子7上的載荷將圓錐滾子7推向內(nèi)圈6的大凸緣面4一側(cè)。因此，在軸承運轉(zhuǎn)過程中，每一個圓錐滾子7由抵著大凸緣面4的大端面9引導，因此大端面9與大凸緣面4滑動接觸。另一方面，因為內(nèi)圈6的大凸緣面4到小凸緣面5的距離稍大于圓錐滾子7的長度，如圖1(b)所示，小凸緣面5與圓錐滾子7的小端面10不接觸，它們之間有一個小的間隙。小凸緣面5由一個相對于圓錐滾子7的小端面10稍向外傾斜的平面形成。
在運轉(zhuǎn)過程中，為了防止圓錐滾子7在軸向上移動，并確保圓錐滾子7與外圈2和內(nèi)圈6的各自的滾道面1和3為穩(wěn)定的線接觸，向圓錐滾子軸承施加一個預載荷。但如果在圓錐滾子軸承在使用過程中，由于圓錐滾子7的大端面9和大凸緣面4之間的金屬-金屬接觸和在圓錐滾子7歪斜過程中，圓錐滾子7的大端面9的端面與大凸緣表面4之間的接觸而發(fā)生所謂的“咬合”，會引起所謂的“預載荷損失”現(xiàn)象，預載荷會逐漸降低。
當預載荷和軸承壽命之間的關系用壽命比值(L/L0)表示(此處，L表示考慮游隙和預載時的壽命，L0表示游隙為0時的壽命)，如果施加一個適量的預載(此時軸向游隙為負值)，壽命比值(L/L0)等于或大于1，但，當軸向游隙變?yōu)?或者進入正值范圍，預載和壽命比值就逐漸降低。
另一方面，最近有一種趨勢，在機動車傳動如連續(xù)變動傳動系統(tǒng)(CVTs)，節(jié)油器等等上使用低粘度油來實現(xiàn)自動傳動。在使用低粘度油的情況下，如果發(fā)生不利的情況如(1)油溫高，(2)油流速低，(3)預載損失等情況同時發(fā)生，在高接觸壓力下的內(nèi)滾道面由于潤滑不好(缺少油膜)在短時間內(nèi)就會產(chǎn)生表面早期剝落。
在滾子軸承的正常使用情況下，油膜參數(shù)Λ大多數(shù)情況下在0.8到3.0之間，此處，油膜參數(shù)是由公式Λ＝hmin/(R1rms2+R2rms2)1/2計算出來的。在這個公式中，“hmin”是由道格拉斯-?？怂购凸艨?道格拉斯公司計算出來的最小油膜厚度，“R1rms”是內(nèi)圈的滾道面的均方根粗糙度值，而“R2rms”是滾動元件的滾動接觸面的均方根粗糙度值。
值得注意的是，如果油膜參數(shù)Λ在0.8(包括0.8)到1.5的范圍內(nèi)，并且滑動高，就會產(chǎn)生表面損傷，而如果油膜參數(shù)Λ等于或小于0.8，不管滑動是高還是低都會產(chǎn)生表面損傷。通常，粗糙度變大時油膜參數(shù)Λ變小，這反過來影響軸承壽命。在圓錐滾子軸承中，因為滾子的滾動接觸面由一個以高圓周速度旋轉(zhuǎn)的相對大的砂輪研磨而成，容易保證可取的粗糙度。相反，內(nèi)圈和外圈的滾道面的粗糙度明顯大于滾子的滾動接觸面的粗糙度，部分原因是因為加工不同造成的。這也是為了優(yōu)先進行歪斜控制，內(nèi)圈和外圈的滾道面的粗糙度有意地研磨地比滾子的表面粗糙度大。
日本專利公布號2000-179559(參考下面的專利文獻1)公開了在軸承運轉(zhuǎn)過程中防止由于軸承的歪斜、滑動和類似的情況而引起的剝落損傷或其它問題的方法。根據(jù)其公開的發(fā)明，內(nèi)圈的表面通過碳氮共滲或類似的方法進行處理，以使內(nèi)圈與滾動元件(element)之間的摩擦系數(shù)比外圈與滾動元件之間的摩擦系數(shù)小(兩者的比值不小于0.8但小于1.0)以抑制軸承的不規(guī)則的動作，即滾子軸承的歪斜和球軸承的打旋。而且，粗糙度控制在相對小的范圍以使油膜參數(shù)大并且以此防止軸承壽命的降低。同時，施加到內(nèi)圈上的殘余壓應力提高了內(nèi)圈抗碎裂的強度。在這種方式中，最大接觸壓力大，通過對內(nèi)圈的表面進行碳氮共滲或類似方法的處理以增大表面硬度，延長了滾動疲勞壽命。但是，實際上上面所提到的發(fā)明所采用的措施只在當油膜參數(shù)Λ大于0.8時有效，當油膜參數(shù)Λ為0.8或小于0.8時(參考專利文獻1的權利要求1)時無效。
在機動車傳動使用低粘度油的環(huán)境下，如上面所提到，在高接觸壓力下，內(nèi)圈表面由于潤滑不好(缺少潤滑油)在短時間內(nèi)會發(fā)生早期剝落。因為具有相對小的粗糙度的滾子滾動接觸面被具有相對大的粗糙度的內(nèi)圈和外圈的滾道面所損傷，在小油膜參數(shù)Λ的潤滑情況下經(jīng)常發(fā)生這樣的表面早期剝落。在近些年來的高精度軸承中，當油膜參數(shù)Λ為0.8或更小時，易于出現(xiàn)上述的麻煩，當油膜參數(shù)Λ在這個范圍內(nèi)時，上面所提到的專利文獻1很難解決這個問題。因此，需要一種延長軸承壽命的新穎的方法。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)過去的情況，本發(fā)明的意圖在于提供一種用于機動車傳動的圓錐滾子軸承，在缺少油膜，甚至在油膜參數(shù)Λ為0.8或更小時，通過優(yōu)化軸承的內(nèi)圈和外圈的滾道面的粗糙度和滾子滾動接觸面的粗糙度之間的平衡來防止軸承地運轉(zhuǎn)短時間內(nèi)產(chǎn)生表面早期剝落。
根據(jù)本發(fā)明的用于機動車傳動的圓錐滾子軸承，使用時的油膜參數(shù)Λ等于或大于0.5，而內(nèi)圈和外圈的滾道面的粗糙度小于滾子滾動接觸面的粗糙度的兩倍。圖2所示為油膜參數(shù)Λ設定在0.2到0.7的范圍內(nèi)，內(nèi)圈和外圈的滾道面的粗糙度和滾子滾動接觸面的粗糙度不同的15種圓錐滾子軸承的早期表面剝落實驗的實驗結(jié)果。本實驗是在滾道面的最大接觸壓力固定在2900Mpa，軸向游隙固定在0.3mm的情況下做出的。滾子的早期剝落的剝落時間平均為60小時，而沒有發(fā)生早期剝落的滾子的壽命為200小時或更多。換句話說，發(fā)生表面早期剝落的滾子的壽命與沒有發(fā)生表面早期剝落的滾子的壽命相比為其1/3或更少。
如圖3所示，內(nèi)圈和外圈的滾道面的粗糙度與滾子滾動接觸面的粗糙度的比值(下面稱作“粗糙度比”)在1.6到12.0范圍內(nèi)。從圖2和圖3中看出，粗糙度比為2.0或更小，油膜參數(shù)Λ在0.5到0.6范圍內(nèi)的四個軸承B3-B6(圖3中陰影線部分)沒有發(fā)生早期表面剝落，而粗糙度比為2.5或更大的其它的軸承發(fā)生了早期表面剝落。同樣，軸承B1和B2，粗糙度比為2.0或更小但油膜參數(shù)Λ為0.2的發(fā)生了早期表面剝落。值得注意的是，圖3中所示的粗糙度比是在內(nèi)圈或外圈的粗糙度高的基礎上計算得出的。
如實驗結(jié)果所證明，即使在不利的情況下，如(1)油溫高，(2)潤滑油進給速率低于如100mL/min，(3)預載損失等類似情況同時發(fā)生，在使用低粘度油，并因此油膜參數(shù)Λ為0.8或更小的環(huán)境中，本發(fā)明在油膜參數(shù)Λ在最小保持在0.5時能防止出現(xiàn)早期剝落。
這些實驗中的每個實驗都是在有足夠的潤滑油的情況下進行的，使用油膜參數(shù)表示潤滑不良的等級。另一方面，技術人員發(fā)現(xiàn)，即使理論油膜參數(shù)為0.6或更大，當潤滑油的量變小時也會產(chǎn)生表面剝落損傷?？梢岳斫獾氖?，這是由于潤滑油的量不足而導致局部缺少油膜造成的。眾所周知，當潤滑油的進給速度降到100mL/min或更低時，目前用于傳動的內(nèi)徑為20到45mm的圓錐滾子軸承會出現(xiàn)潤滑不良的問題。因為這些因素，可以理解，潤滑油進給速度大約為100mL/min或更小的潤滑不良的情況應與油膜參數(shù)Λ等于或小于0.6的情況一樣對待。眾所周知，油膜厚度與潤滑油的動粘度成正比(油膜厚度還與旋轉(zhuǎn)速度成正比)。如果用于機動車傳動的圓錐滾子軸承的油膜參數(shù)Λ等于或小于0.6，例如，在運轉(zhuǎn)過程中潤滑油的動粘度大約等于10cst或更小，使用低粘度油的情況下能夠良好地運轉(zhuǎn)的這樣的軸承最近用于機動車傳動，連續(xù)變動傳動系統(tǒng)(CVTs)，節(jié)油器等等上來實現(xiàn)自動傳動。
根據(jù)本發(fā)明的軸承，只要油膜參數(shù)Λ最小保持在0.5時，甚至在由于同時發(fā)生幾種潤滑情況如(1)油溫高，(2)油流速低，(3)發(fā)生預載損失時，導致油膜參數(shù)降到0.8或更小時，可以防止在使用后的短時間內(nèi)發(fā)生滾子表面早期剝落。
圖1(a)是圓錐滾子軸承的剖視圖；圖1(b)是圓錐滾子的放大視圖；圖2是圓錐滾子軸承的早期表面剝落實驗的實驗結(jié)果；圖3是圖2的實驗結(jié)果的油膜參數(shù)Λ和粗糙度比值關系的點圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種用于機動車傳動的圓錐滾子軸承，其內(nèi)圈和外圈的滾道面的粗糙度小于圓錐滾子的滾動接觸面的粗糙度的兩倍。內(nèi)圈的滾道面的粗糙度比和外圈的滾道面的粗糙度比可以相等，也可以不等，只要小于2.0即可，但優(yōu)選的是內(nèi)圈與外圈的粗糙度比相等。根據(jù)本發(fā)明的軸承，即使在由于同時發(fā)生幾種不利情況如(1)油溫高，(2)油流速低，(3)發(fā)生預載損失時，導致油膜參數(shù)降到0.8或更小時，只要如上所述的當油膜參數(shù)Λ最小保持在0.5時，可以防止在使用后的短時間內(nèi)由于高接觸壓力下內(nèi)滾道面潤滑不良(缺少油膜)發(fā)生滾子表面早期剝落。
權利要求
1.一種用于機動車傳動的圓錐滾子軸承，使用時的油膜參數(shù)Λ等于或大于0.5，其特征在于內(nèi)圈的滾道面的粗糙度和外圈的滾道面的粗糙度小于滾子的滾動接觸面的粗糙度的兩倍。
2.如權利要求1所述的圓錐滾子軸承，其特征在于內(nèi)圈的滾道面的粗糙度與外圈的滾道面的粗糙度相等。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于機動車傳動的圓錐滾子軸承，在缺少油膜，甚至在油膜參數(shù)Λ為0.8或更小時，可以防止軸承地使用后短時間內(nèi)產(chǎn)生表面早期剝落。而且本發(fā)明的用于機動車傳動的圓錐滾子軸承，其使用時的油膜參數(shù)Λ等于或大于0.5，而內(nèi)圈和外圈的滾道面的粗糙度確保小于滾子滾動接觸面的粗糙度的兩倍。
文檔編號F16C33/36GK1590790SQ200410057028
公開日2005年3月9日 申請日期2004年8月25日 優(yōu)先權日2003年8月28日
發(fā)明者辻本崇 申請人:Ntn株式會社