專利名稱：具有改善耐磨性能的滾動體軸承及該軸承的滾動體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滾動體軸承，包括外環(huán)和內(nèi)環(huán)，所述外環(huán)和內(nèi)環(huán)包圍含有滾動體的軸承空間，這些環(huán)由鋼制成。通常，這種軸承的滾動體也是鋼制的，特別是硬度特性和環(huán)差不多的鋼。
在軸承轉(zhuǎn)動時，滾動體在環(huán)的座圈上滾動。在座圈或滾動體上的任何雜質(zhì)，例如細小的磨損微粒，都會在這些部件之間受到擠壓。從軸承部件的一個部件上脫落的，或從外面進來的硬磨損微粒，例如細小的鋼粒，抵抗這種擠壓，并導(dǎo)致座圈和滾動體兩者形成小的凹坑。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，特別是座圈上的凹坑，對軸承的使用壽命有負面影響。這些凹坑也會導(dǎo)致因不平滑運行而增加的運行期間的噪聲，以及由座圈表面磨損而產(chǎn)生的跳動加劇。
這些凹坑形成類似彈坑那樣的形狀，中央小坑周圍是已被推上去的并凸出于座圈的材料隆起部分。相反地，滾動體上也被壓有凹痕。由于滾動體所施加的載荷的周期性，在環(huán)上高度應(yīng)力集中的部位，常常是剛好在凹坑的隆起部分之下的部位，可能出現(xiàn)裂縫和疲勞。
雖然已經(jīng)打算通過密封和過濾器保護軸承，以防這類有害的雜質(zhì)微粒，仍常常不能完全防止雜質(zhì)微粒從那里進入，所以，不能排除凹坑的形成。
因此，本發(fā)明的目的，是減輕這類凹坑出現(xiàn)的后果。達到這個目的方法是滾動體中至少有一個滾動體的至少一部分，由鋯材料構(gòu)成，這種材料比其他滾動體的材料更硬。
任何凹坑，尤其是它的凸出部分，這些凸出部分是因上述座圈和與其硬度差不多的滾動體之間擠壓而產(chǎn)生的固體雜質(zhì)微粒形成的，它們在受到一個硬度高得多的滾動體過度碾壓之后，立即將受到擠壓。因此，座圈的所述平滑特性被修復(fù)。只有一些小坑仍然留下，這些小坑對軸承的運行特性不會產(chǎn)生降低的或者負面的影響。在這些小坑中有小量潤滑油匯集，在缺油時，它們有助于滾動體的潤滑。應(yīng)力集中和由此帶來的形成裂縫的風(fēng)險和磨損，也從根本上減小了。此外，軸承將會運行得更加平穩(wěn)。
一般，其他滾動體由鋼制成，其力學(xué)性質(zhì)與環(huán)所用的鋼差不多相同。除了它的硬度以外，鋯材料具有與這些鋼材差不多相同的彈性模量和熱膨脹性質(zhì)。它們的泊松比也近似相同。再有，它們的單位重量也沒有多大區(qū)別。
這樣做的優(yōu)點是，在其他的鋼制滾動體之間，采用這種鋯材料的滾動體，不會導(dǎo)致動態(tài)失衡，在變化的溫度條件下，也不會發(fā)生膨脹差。因此，在所有情況下，軸承可以平滑運行。
這種解決方法附帶的好處是，制造含鋯陶瓷所用的生料成本低，含鋯材料的加工制作也比較容易。例如，可以采用盡可能精細的研磨工藝，其進給速度為200-1200μm/min(對于鋼典型的精磨進給速度為1500μm/min左右)。氮化硅配對物方面的原始成本估計可節(jié)省五分之四。
本發(fā)明的第2個實施例，是用含鋯材料制造混合式滾動體，其制造方法是在鋼上燒結(jié)或壓合或化學(xué)或機械結(jié)合含鋯陶瓷。這種工藝之所以可能，是因為含鋯陶瓷和鋼的彈性常數(shù)非常類似，熱膨脹特性和楊氏模量實際上相等。另外，由于鋼和含鋯材料的密度相似，在兩部分存在同心誤差的情況下，也可以避免質(zhì)量不平衡的風(fēng)險。
滾動體軸承中的所有滾動體都以陶瓷材料制成，已經(jīng)是公知的?？紤]到這些軸承中的所有滾動體對座圈施以相同的擠壓作用，可以防止這種帶有高的隆起部分的凹坑發(fā)展起來。
但是，由于這些滾動體具有較高的硬度和剛度特性，在環(huán)上引起的應(yīng)力也比較高，因此導(dǎo)致這類軸承的壽命或承載能力降低。
在根據(jù)本發(fā)明的軸承中，大多數(shù)滾動體是鋼制的，因此，變形是接觸體之間共同平均作用的結(jié)果，這樣引起的應(yīng)力比較低，并能保持軸承的動態(tài)承載能力。
在EP-A89155中，已知軸承的所有滾動體是由鋼殼和鋯材芯子構(gòu)成的。所以，已知的這種軸承不具備平滑其座圈上的凹坑的能力，這只要考慮到所有接觸表面都是鋼制的，所以具有相同的硬度。
本發(fā)明將參考圖中所示的實施例，作進一步的解釋。


圖1表示含有一般滾動體的軸承外環(huán)的局部側(cè)視圖，有凹坑。
圖2表示至少包含一個更為剛硬的滾動體的軸承外環(huán)局部視圖，有小坑。
圖3表示一個球形滾動體。
滾動體軸承的外環(huán)1(其他部分未示)，有一個座圈2，滾動體可在座圈2上滾動。匯集在滾動體和座圈2的表面上的任何固體雜質(zhì)微粒，將會導(dǎo)致形成彈坑那樣的凹坑，包括小坑4和圍繞其周圍隆起的脊或凸出部分5。
其次，這些凸出部分5將導(dǎo)致應(yīng)力集中，并在滾動體本身上形成凹坑。
軸承的環(huán)和滾動體兩者出現(xiàn)這種凹坑，導(dǎo)致初期的疲勞和生成裂縫。軸承也會產(chǎn)生較強的振動和運行噪聲。
根據(jù)本發(fā)明，滾動體中至少有一個滾動體具有更加顯著剛硬的性質(zhì)，例如是用鋯材料制成的。這種滾動體在過度碾壓凹坑3的時候，至少要擠壓那里的凸出部分5，如圖2所示。
在圖2中，表示了外環(huán)6，它的凸出部分已被向下擠壓過，形成接觸面7，這個接觸面7與環(huán)6的正常而無損的表面8相當，剩下的是由凹坑形成的小坑。
具有至少一個更加剛硬的滾動體的軸承，它的疲勞和因此而出現(xiàn)裂縫，以及磨損的風(fēng)險，要比普通軸承低得多。小坑4的存在，能使座圈8和滾動體有較好的油潤。小坑4中匯集有微量的油9，可給以較好的潤滑特性。
圖3中的滾動體有一個外殼10，由鋯材料例如部分穩(wěn)定的四方晶體含鋯陶瓷構(gòu)成。它的芯子11由適當?shù)匿摌?gòu)成。當然，根據(jù)本發(fā)明的滾動體也可以全部由這種鋯材料構(gòu)成。
概括說來，本發(fā)明使下列有利實施例成為可能。
改善耐磨損/雜質(zhì)性能的軸承，含有混合式滾動體。
在困難的潤滑，熱溫和環(huán)境條件下工作的軸承(高速下的油脂潤滑，高溫，腐蝕性環(huán)境，氫腐蝕，真空等)。
正常工作條件下高壽命期望的軸承(較好的抵御表面開始疲勞的能力)。
下列問題敢可被解決混合式滾動體的非均衡質(zhì)量。
在混合式滾動體軸承中，由于溫度變化所致的軸承內(nèi)部的不均勻間隙。
采用混合燒結(jié)工藝(鋼和陶瓷結(jié)合)制造軸承部件。
采用壓合或化學(xué)或機械結(jié)合工藝(在陶瓷和鋼之間)制造軸承部件。
權(quán)利要求
1.滾動體軸承，包括一個外環(huán)和一個內(nèi)環(huán)，所述外環(huán)和內(nèi)環(huán)包圍一個含有滾動體的軸承空間，這些環(huán)由鋼構(gòu)成，其特征在于滾動體中的至少一個滾動體，它至少部分地是由鋯材料構(gòu)成的，這種鋯材料比其他滾動體的材料更為剛硬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的軸承，其中，至少提供兩個滾動體，它們至少部分地是由更為剛硬的材料構(gòu)成的，所述滾動體在圓周方向有規(guī)律地被隔開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的軸承，其中，其他的各個滾動體由鋼構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的軸承，其中，各個至少部分地由更為剛硬的材料構(gòu)成的滾動體，有一個由鋯材料構(gòu)成的外殼。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的軸承，其中，鋯殼包圍一個鋼芯。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的軸承，其中，各個由更為剛硬的材料構(gòu)成的滾動體，完全以鋯材料構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5，6的軸承，其中，鋯材料是含鋯陶瓷ZrO2。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的軸承，其中，鋯材料是部分穩(wěn)定的含鋯陶瓷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的軸承，其中，含鋯陶瓷由95％ZrO2，5％Y2O3和0.01％Al2O3的混合物構(gòu)成。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項的軸承用的滾動體。
全文摘要
一種滾動體軸承，包括外環(huán)和內(nèi)環(huán)，外環(huán)和內(nèi)環(huán)所包圍的軸承空間含有滾動體，這些環(huán)由鋼構(gòu)成。滾動體中的至少一個滾動體，它至少是部分地由鋯材料構(gòu)成，這種鋯材料比其他滾動體材料更為剛硬。上述座圈和同樣硬度的滾動體之間擠壓出成的任何凹坑的凸出部分，在受到一個明顯更硬的滾動體過度碾壓之后，座圈的平滑特性被修復(fù)。只有一些小坑留下，在這些小坑中，匯集有很少量的潤滑油，它有助于缺油狀態(tài)下滾動體的潤滑。
文檔編號F16C33/34GK1165252SQ97104278
公開日1997年11月19日 申請日期1997年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月15日
發(fā)明者安東尼奧·加貝利, 彼得·亞伯拉罕·費恩赫伊曾, 赫拉爾杜斯·德, 弗里斯 申請人:Skf工業(yè)貿(mào)易發(fā)展公司