[发明专利]具有改善抵抗微坑的轴承

说明书

技术领域

本发明涉及一种滚子轴承，其设置有适于减少或防止微坑的滚动接触表面形貌。

背景技术

微坑是最初由齿轮行业引入的术语，用来描述有时会出现在滚动/滑动接触表面上的微小的表面剥落和裂纹。关于滚动轴承的标准ISO15243[1]—损坏与故障—是指这种损坏或故障模式作为“表面破损”或“表面引发疲劳”，这是：在减少润滑方式及一定比例的滑动运动之下的滚动接触金属表面凹凸的失效引起形成(1)磨光区域(釉面；灰色染色)、(2)凹凸微裂纹、(3)凹凸微碎片。

在许多工业轴承应用中，由于需要更高的效率(通过小型化来降低重量及成本)，功率密度已大幅增加。由于工作条件(例如，与更高温度、更薄油膜和/或边界润滑条件相组合的更重负载)的日益严重，机器部件可能遭受表面引发疲劳(或微坑)。在滚动元件轴承中，微坑并不一定是主要的故障模式，但它可以促进/加速其它故障模式的出现，如压痕、表面引发剥落及咬死。

因此，微坑是造成生命限制性轴承磨损的机理之一。减轻微坑影响的一种方法是确保轴承中的滚动接触表面总是由具有足够厚度的润滑膜隔开。然而，特别是当采用油脂润滑时，轴承有时将在边界或混合润滑条件下操作。简而言之，适当的膜厚度不能总是得到保证。

防止微坑并改善轴承的磨损及疲劳寿命的第二种方法是采用表面工程技术，其改变滚动接触表面的化学和/或形貌特性。这种技术的示例公开在发布给Timken公司的US5503481中。该专利描述了一种在轴承的滚动接触表面上提供各向同性光洁度的方法。在机械加工操作比如研磨(其在轴承部件的滚动表面上产生定向的粗糙度曲线)之后，轴承部件被浸渍在与轴承钢发生化学反应以形成保护涂层的化学溶液中。化学溶液还包括研磨元件，其经由搅拌去除粗糙度曲线的上隆起上的保护涂层，使得能够与下层钢发生进一步化学反应。因此，粗糙度曲线的高度减小，使得浅坑没有特别的定向(即各向同性)。最后，在没有化学溶液的情况下，保护涂层被除去。

所得的光洁度通常被称为超级压光，并且已经示出为显著提高抵抗轴承磨损(包括微坑)的机理。然而，具有超级压光的轴承相对昂贵。因此，在向轴承提供增加的抵抗微坑方面还存在改善的余地，其可以以简单经济的方式制造。

发明内容

在滚动元件轴承中，润滑和表面粗糙度对微坑和表面损伤起到关键作用。本发明基于的理解是，由润滑和粗糙度所起的作用与边界/混合润滑下的局部摩擦力(在凹凸级)和应力集中的影响非常相关。

因此，本发明的目的是限定一种滚动元件轴承，其中滚动接触表面的表面形貌被设计成尽量减少在凹凸级的混合润滑压力及表面下应力。这是通过制造轴承的部件使得滚动接触表面具有正确的粗糙度参数(不仅对于凹凸高度，还对于凹凸的方向性)来实现的。

具体地说，本发明涉及一种轴承，其包括布置在所述轴承的内滚道与外滚道之间的多个滚动元件，由此滚动接触交界面限定在至少一个滚动元件上的第一滚动接触表面与由所述内外滚道之一所形成的第二滚动接触表面之间。所述第一和第二滚动接触表面分别具有第一RMS粗糙度R_q1和第二RMS粗糙度R_q2。此外，所述第一和第二滚动接触表面分别具有以Peklenik数γ表示的第一3D粗糙图案γ₁和第二3D粗糙图案γ₂。根据本发明，所述滚动接触交界面具有表面形貌，其中：

-0.8≤R_q1/R_q2≤1.25

-γ₁≥3.0；以及

-γ₂≥10.0。

粗糙度参数R_q是根均方平均粗糙度，其可以例如通过符合ISO4288使用光学轮廓仪来进行测量。R_q由下式给出：

其中，

L是在滚动方向(x)上的评估区域的长度；

W是在横向方向(y)上的评估区域的宽度；

z是粗糙度的局部表面高度，以及

是粗糙度的平均表面高度。