專利名稱：滾動軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及滾動軸承，所述滾動軸承可應(yīng)用在例如用于作為汽車傳動裝置的軸支持部的滾柱軸承。
背景技術(shù)：
JP-A-02-168021和JP-A-06-42536各自披露了這樣的滾動軸承，其中，滾動元件的表面設(shè)置有形成于其上的微小不規(guī)則部分(irregularity)以提高油膜形成能力。在這項(xiàng)傳統(tǒng)技術(shù)中，作為對因潤滑不良而引起的損傷、如滾柱軸承的剝離損傷的對策，在滾柱和/或內(nèi)外座圈滾道表面的滾動接觸表面內(nèi)設(shè)置有凹陷，每一個凹陷都具有微小的凹形。當(dāng)用參數(shù)Rqni表示表面粗糙度的時候，軸向表面粗糙度Rqni(L)和環(huán)向表面粗糙度Rqni(C)之間的比值Rqni(L)/Rqni(C)變?yōu)?.0或更小，并且，表面粗糙度的參數(shù)Sk值被設(shè)為-1.6或更小，從而，如果匹配表面是粗糙表面或光滑加工表面，則延長了滾動軸承的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
近年來，存在減小如汽車傳動裝置這類使用滾動軸承的部分的尺寸并提高其功率輸出的趨勢，并且，潤滑油的粘度趨于下降。換句話說，在滾動軸承的使用環(huán)境中，載荷和溫度在提高。因此，對軸承而言，潤滑環(huán)境跟從前相比變得更加嚴(yán)酷。因潤滑失效而導(dǎo)致的表面起點(diǎn)型(surfaceoriginating type)磨損或分離趨于更容易發(fā)生。
傳統(tǒng)的微小凹形凹陷被形成，從而使得在用參數(shù)Rqni表示表面粗糙度的時候，軸向表面粗糙度Rqni(L)和環(huán)向表面粗糙度Rqni(C)的比值Rqni(L)/Rqni(C)等于或低于1.0(Rqni≥0.10)，并且，表面粗糙度參數(shù)Sk的值等于或低于-1.6，從而，即便匹配表面是粗糙表面或光滑加工表面，也能夠?qū)崿F(xiàn)壽命的延長。然而，在低粘度和稀薄潤滑的條件下，當(dāng)油膜極薄的時候，其功效可能無法發(fā)揮。
根據(jù)本發(fā)明所述的滾動軸承至少在滾動元件的表面上包括隨機(jī)形成的無數(shù)微小凹形凹陷，并且，所述凹陷在其上形成有所述凹陷的表面上的面積百分比在5到20％的范圍內(nèi)，而且，其上形成有所述凹陷的表面的表面粗糙度參數(shù)Rymax在0.4到1.0的范圍內(nèi)。所述凹陷的面積百分比是指，在無數(shù)微小凹形凹陷隨機(jī)形成在滾柱的滾動接觸表面上的情況下，所述凹陷的面積相對于整個滾動接觸表面面積的比率。參數(shù)Rymax是每參考長度最大高度的最大值(ISO 42871997)。
公知地，滾動軸承是用于支持軸的機(jī)器元件，其中所述軸因滾動元件(滾珠或滾柱)的滾動運(yùn)動而轉(zhuǎn)動或擺動。通常，滾動元件被置于內(nèi)座圈的滾道和外座圈的滾道之間，以便可以自由地滾動。然而，也存在沒有內(nèi)座圈的類型，在這種滾動軸承中，軸的外周表面直接充當(dāng)滾道表面。至少在滾動元件的表面上形成有凹陷，但同時意圖防止排除在滾道表面內(nèi)也形成有微小凹形凹陷的滾動軸承。在滾動元件為滾柱的情況下，意圖防止排除微小凹形缺陷不僅形成在滾道表面上、還形成在端面上的滾動軸承。
當(dāng)用參數(shù)Rqni表示其上形成有所述凹陷的表面的表面粗糙度時，軸向表面粗糙度Rqni(L)和環(huán)向表面粗糙度Rqni(C)之間的比值“Rqni(L)/Rqni(C)”可等于或低于1.0。這里，參數(shù)Rqni是通過在測量長度區(qū)間內(nèi)對從粗糙度中心線到粗糙度曲線的高度偏差的平方進(jìn)行積分、并確定在該區(qū)間內(nèi)的平均值的平方根來獲得的，其又被稱作均方根粗糙度(ISO 42871997)。Rqni由被擴(kuò)大并記錄的截面曲線和粗糙度曲線通過數(shù)值計(jì)算來確定，并通過沿寬度方向和沿環(huán)向方向移動粗糙度計(jì)的觸針(tracer)來測量。
根據(jù)本發(fā)明，至少在滾動元件的表面上隨機(jī)地形成有無數(shù)微小凹形凹陷，從而，即便在低粘度和稀薄潤滑時油膜極薄的條件下，也能增強(qiáng)油膜形成能力并延長滾動元件的壽命。特別是，通過將所述凹陷的面積百分比設(shè)定在5到20％的范圍內(nèi)，并將其上形成有所述凹陷的表面每參考長度最大高度的最大值Rymax設(shè)定在0.4到1.0的范圍內(nèi)，則即便在稀薄潤滑的條件下也能夠防止油膜缺乏，并且，與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，即便在油膜極薄的條件下也能夠獲得較長的壽命。
根據(jù)本發(fā)明所述的上述目的和特性點(diǎn)從以下參照附圖作出的描述中將更加明顯。


圖1是滾針軸承的剖視圖。
圖2是用于壽命試驗(yàn)的滾針軸承的剖視圖。
圖3是粗糙度曲線圖，示出了試驗(yàn)軸承的滾動元件的加工表面狀態(tài)。
圖4是粗糙度曲線圖，示出了試驗(yàn)軸承的滾動元件的加工表面狀態(tài)。
圖5是粗糙度曲線圖，示出了試驗(yàn)軸承的滾動元件的加工表面狀態(tài)。
圖6是試驗(yàn)裝置的示意圖。
圖7是示出壽命試驗(yàn)結(jié)果的圖。
圖8是圓錐滾柱軸承的剖視圖。
圖9A是示出根據(jù)本發(fā)明示例所述的金屬接觸率的圖。
圖9B是示出根據(jù)本發(fā)明比較例所述的金屬接觸率的圖。
圖10是雙圓筒試驗(yàn)裝置(double cylindrical test apparatus)的整體示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施本發(fā)明的最佳模式滾動軸承包括作為其主要部件的內(nèi)座圈、外座圈和滾動元件。在滾動元件的滾動表面和端面與內(nèi)、外座圈的滾道表面(以及在圓錐滾柱軸承內(nèi)座圈情況下的錐面后凸肩(cone back face rib)表面)的至少一個內(nèi)，隨機(jī)地形成有無數(shù)微小凹形凹陷，從而獲得微細(xì)粗糙表面(fine rough surface)。在微細(xì)粗糙表面內(nèi)，所述凹陷的面積百分比在5到20％的范圍內(nèi)，并且，其中形成有所述凹陷的表面的表面粗糙度參數(shù)Rymax在0.4到1.0的范圍內(nèi)。如上所述，通過將所述凹陷的面積百分比設(shè)定在5到20％的范圍內(nèi)，并將其中形成有所述凹陷的表面的表面粗糙度參數(shù)Rymax設(shè)定在0.4到1.0的范圍內(nèi)，則即便在油膜極薄的條件下也能夠表現(xiàn)出高的油膜形成效果，并且，即便在油膜參數(shù)Λ＝0.13的極度嚴(yán)酷的潤滑條件下也能夠獲得足夠長的壽命效果。而且，當(dāng)在軸向方向和環(huán)向方向中的每一個方向上確定每一個表面的表面粗糙度、并用參數(shù)Rqni來表示的時候，軸向表面粗糙度Rqni(L)和環(huán)向表面粗糙度Rqni(C)之間的比值Rqni(L)/Rqni(C)等于或低于1.0。作為為獲得這樣的微細(xì)粗糙表面而進(jìn)行的表面加工處理，可進(jìn)行特殊滾筒研磨(special barrel finishing)以獲得預(yù)定的加工表面，而也可使用彈丸(shot)等方法。
如下以示例來說明參數(shù)Ryni、Rymax、Sk和Rqni的測量方法和條件。注意，當(dāng)用這些參數(shù)表示的表面性質(zhì)關(guān)于如滾動軸承的滾動元件和軸承環(huán)之類的部件來確定的時候，即便是通過在一個位置處進(jìn)行測量而獲得的值，其作為代表值也是足夠可靠的，但是，優(yōu)選在兩個位置處進(jìn)行測量，例如，這兩個位置沿直徑方向彼此相對。
參數(shù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)JIS B 06011994(surfcom JIS 1994)截止類型高斯型測量長度5λ截止波長0.25mm測量倍率×10000測量速度0.30mm/s測量位置滾柱中心測量數(shù)2測量裝置表面粗糙度測量裝置surfcom 1400A(TOKYO SEIMITSUCO.，LTD.)關(guān)于設(shè)置在滾柱滾動接觸表面內(nèi)的微小凹形凹陷，當(dāng)所述凹陷相對于整個滾動接觸表面的面積百分比落在5到20％的范圍內(nèi)時，在除去每一個等效圓直徑為3μmΦ或更小的凹陷來計(jì)算時，所述凹陷的平均面積落在30到100μm2的范圍內(nèi)。當(dāng)所述凹陷的Rymax在0.4到1.0μm的范圍外時，所述凹陷相對于滾動接觸表面的面積百分比大于20％，且所述凹陷的平均面積大于100μm2，則接觸的有效長度趨于減小，且長壽命的效果趨于降低。
在進(jìn)行對凹陷的定量測量時，由通過放大滾柱表面而獲得的圖像，能夠利用市場上可買到的圖像分析系統(tǒng)來進(jìn)行量化。而且，使用根據(jù)JP-A-2001-183124所述的表面性質(zhì)試驗(yàn)方法和表面性質(zhì)試驗(yàn)裝置，可允許實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、準(zhǔn)確的測量。假設(shè)在圖像中該表面的平面部分表示為白色部分而微小凹陷表示為黑色部分來進(jìn)行分析。測量條件描述為如下。而且，當(dāng)所述凹陷的面積和平均面積是關(guān)于如滾動軸承的滾動元件和滾道表面之類的部件來測量的時候，即便是通過在一個位置處進(jìn)行測量所獲得的值，其作為代表值也是足夠可靠的，但是，優(yōu)選在例如兩個位置處進(jìn)行測量。
面積百分比在觀察視野范圍內(nèi)被像素(黑色部分)填充的面積的比率，其小于二值化閾值((光亮部分的亮度+黑暗部分的亮度)/2)平均面積黑色部分的面積和/總量測量視野826μm×620μm(在滾柱直徑小于Φ4時，優(yōu)選413μm×310μm)測量位置滾柱中心測量數(shù)2圖1示出滾動軸承的第一示例。滾動軸承1是滾針軸承，其中，滾針2被并入外座圈3內(nèi)，滾針2充當(dāng)滾動元件。滾針2支持匹配軸4。下述為壽命試驗(yàn)的結(jié)果，該壽命試驗(yàn)在所生產(chǎn)的多種類型的滾針軸承上進(jìn)行，這些滾針軸承的滾針表面用表面處理進(jìn)行處理以便提供不同的加工表面。用于壽命試驗(yàn)的滾針軸承的外徑Dr為33mm，內(nèi)徑dr為25mm，滾針2的直徑D為4mm，滾針2的長度L為25.8mm，其采用15個滾針，并設(shè)置有如圖2中所示的保持件(cage)5。包括滾針的3種不同類型的軸承作為試驗(yàn)軸承，其表面被加工以具有不同的粗糙度，即，磨削后受到超精加工的軸承A(比較例)、其上隨機(jī)形成有無數(shù)微小凹形凹陷的軸承B(比較例)和軸承C(示例)。各個試驗(yàn)軸承的滾針的加工表面的狀態(tài)在圖3至5中示出。具體地說，分別地，圖3示出軸承A的表面粗糙度，圖4示出軸承B的表面粗糙度，圖5示出軸承C的表面粗糙度。而且，試驗(yàn)軸承的加工表面的特性值參數(shù)的列表在表1中示出。注意，在表1中，參數(shù)Sk表示表面粗糙度分布曲線的歪斜度(skewness)(ISO 42871997)，并充當(dāng)用于了解不規(guī)則部分分布的不對稱性的樣本統(tǒng)計(jì)值的指標(biāo)。當(dāng)該分布像在高斯分布中一樣是對稱的時候，Sk值變成接近為0。在去除不規(guī)則部分中的凸起部分的情況下，Sk值變成負(fù)值，并且，在相反的情況下，Sk值變成正值。Sk值可通過選擇上述滾筒研磨機(jī)的轉(zhuǎn)速、加工時間、工作裝入數(shù)(work charging number)、磨塊(chip)的種類和尺寸等來控制。通過同時在寬度方向和環(huán)向方向上將Sk值設(shè)定為等于或低于-1.6，這些微小凹形凹陷構(gòu)成油池(oil basin)。因此，即便在實(shí)施壓縮的時候，也會產(chǎn)生以下效果，即，在滑動方向和垂直方向上漏油少，油膜形成佳，油膜形成狀態(tài)良好，且表面損傷被抑制至最小。注意，軸承B和C中的每一個的Rqni(L/C)值等于或低于1.0，并且，軸承A的Rqni(L/C)值大約為1.0。
表1

用作試驗(yàn)裝置的是如圖6中示意性示出的徑向載荷試驗(yàn)機(jī)11，其中，試驗(yàn)軸承1被連接至轉(zhuǎn)動軸12的兩側(cè)，并且，轉(zhuǎn)動和載荷被施加于其上以進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)中所用的內(nèi)座圈(匹配軸)被加工成具有0.10到0.16μm的Ra，這是通過拋光加工得到的。
外座圈以同樣方式被加工。試驗(yàn)條件如下。
軸承徑向載荷2000kgfRpm4000rpm潤滑劑Cresec oil H8(在試驗(yàn)條件下2cst)圖7示出在油膜參數(shù)Λ為0.13的條件下壽命試驗(yàn)的結(jié)果。圖中的垂直軸代表L10壽命(h)。從圖中顯而易見，軸承A有78h，軸承B有82h，而軸承C有121h。如數(shù)據(jù)中所示，即便在油膜參數(shù)Λ為0.13的極其嚴(yán)酷的潤滑條件下，即低粘度和稀釋條件下，根據(jù)該示例所述的軸承C也能夠得到長的壽命效果。
接著，圖8示出作為第二示例性滾動軸承的圓錐滾柱軸承。圓錐滾柱軸承為徑向軸承，它使用圓錐滾柱16作為滾動元件。多個圓錐滾柱16以自由滾動的方式被置于外座圈13的滾道和內(nèi)座圈14的滾道之間。在操作期間，每一個圓錐滾柱16的滾動接觸表面17跟外座圈13和內(nèi)座圈14的滾道滾動接觸，并且，圓錐滾柱16的大端面18跟內(nèi)座圈14的錐面后凸肩15的內(nèi)表面滑動接觸。這樣，在圓錐滾柱16的情況中，無數(shù)微小凹形凹陷可隨機(jī)地形成在大端面18內(nèi)以及滾動接觸表面17內(nèi)。以類似的方式，在內(nèi)座圈14的情況中，無數(shù)微小凹形凹陷可隨機(jī)地形成在錐面后凸肩5的內(nèi)表面內(nèi)以及滾道表面內(nèi)。
對在傳統(tǒng)圓錐滾柱軸承A和B(比較例)、軸承C到E(比較例)以及軸承F和G(示例)上進(jìn)行的壽命試驗(yàn)進(jìn)行描述，其中，傳統(tǒng)圓錐滾柱軸承A和B包括具有光滑加工滾動接觸表面的圓錐滾柱，軸承C到E包括具有其中隨機(jī)形成有無數(shù)微小凹形凹陷的滾動接觸表面的圓錐滾柱(參照表2)。所用的軸承A到G為圓錐滾柱軸承，在這些軸承的每一個中，外座圈的外徑為81mm，內(nèi)座圈的內(nèi)徑為45mm。注意，根據(jù)比較例所述的軸承A和B的滾柱的滾動接觸表面在磨削后受到超精加工并沒有被加工成具有凹陷。根據(jù)比較例所述的軸承C到E與根據(jù)示例所述的軸承F和G的滾柱的滾動接觸表面中的每一個受到特殊滾筒研磨從而在其上隨機(jī)地形成了無數(shù)微小凹形凹陷。注意，滾柱軸承C到G中的每一個的Rqni(L/C)等于或低于1.0，并且，滾柱軸承A和B中的每一個的Rqni(L/C)大約為1.0。
表2


如圖10中所示的雙圓筒試驗(yàn)機(jī)被用來進(jìn)行剝離試驗(yàn)，以評估金屬接觸率。在圖中，驅(qū)動側(cè)圓筒22(D圓筒驅(qū)動件)和被驅(qū)動側(cè)圓筒24(F圓筒從動件)中的每一個都被連接至各個對應(yīng)圓筒的一端。兩個轉(zhuǎn)動軸26、28可分別由不同的電機(jī)通過帶輪(pulley)30、32的介入而被驅(qū)動。在D圓筒2側(cè)的軸26被電機(jī)驅(qū)動，并令F圓筒24自由滾動從而可被D圓筒22驅(qū)動。根據(jù)F圓筒24的比較例和示例，準(zhǔn)備了兩種類型的表面處理。包括試驗(yàn)條件在內(nèi)的細(xì)節(jié)在表3中示出。
表3

金屬接觸率的比較數(shù)據(jù)在圖9中示出。在每一張圖中，水平軸表示經(jīng)過時間，且垂直軸表示金屬接觸率。圖9A示出根據(jù)示例所述的軸承的滾柱的滾動接觸表面的金屬接觸率。圖9B示出根據(jù)比較例所述的軸承的滾柱的滾動接觸表面的金屬接觸率。當(dāng)在這些圖之間進(jìn)行比較的時候，跟比較例相比，可以清楚地認(rèn)識到在示例中金屬接觸率的改善。換句話說，根據(jù)示例所述的軸承的油膜形成率(＝100％-金屬接觸率)在操作開始時比根據(jù)比較例所述的軸承的油膜形成率高了10％，在試驗(yàn)結(jié)束時(2小時后)比根據(jù)比較例所述的軸承的油膜形成率高了2％。
權(quán)利要求
1.一種滾動軸承，包括滾動元件，所述滾動元件至少在其表面上具有隨機(jī)形成的無數(shù)微小凹形凹陷，其中，所述凹陷在其上形成有所述凹陷的表面上的面積百分比在5到20％的范圍內(nèi)，而且，其上形成有所述凹陷的表面的表面粗糙度參數(shù)Rymax在0.4到1.0的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的滾動軸承，其中，當(dāng)用參數(shù)Rqni表示其上形成有所述凹陷的表面的表面粗糙度時，軸向表面粗糙度Rqni(L)和環(huán)向表面粗糙度Rqni(C)之間的比值“Rqni(L)/Rqni(C)”等于或低于1.0。
全文摘要
至少在滾動軸承的滾動元件的表面上隨機(jī)形成有無數(shù)微小凹形凹陷。所述凹陷在其上形成有所述凹陷的表面上的面積百分比在5到20％的范圍內(nèi)，而且，其上形成有所述凹陷的表面的表面粗糙度參數(shù)Rymax在0.4到1.0的范圍內(nèi)。
文檔編號F16C33/66GK1969135SQ20058001963
公開日2007年5月23日 申請日期2005年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月25日
發(fā)明者辻本崇, 富加見理之 申請人:Ntn株式會社