CN103671493B - 滚道和球表面具有织构序列的滚动轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滚道和球表面具有织构序列的滚动轴承。包括轴承外圈、轴承内圈、保持架和球；其特征在于：在轴承外圈的内滚道表面或轴承内圈外滚道表面或球表面，或者其任意两个表面，或者三个表面设有织构序列。轴承外圈的内滚道表面织构序列是一组与内滚道接触点线速度的夹角在圆周方向上按规律变化的条状沟槽；轴承内圈外滚道表面织构序列是一组与外滚道接触点线速度的夹角在圆周方向上按规律变化的条状沟槽；球表面织构序列是一条球形螺旋线沟槽。本发明的织构序列，能使球表面的每个点都参与接触，而不是球表面一个环带内的点参与接触。因此球表面接触均匀，对于球表面某任意定点承受的应力循环次数减少，提高了滚动轴承的接触疲劳寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种滚动轴承，尤其是涉及一种滚道和球表面具有织构序列的滚动轴承。
背景技术
在滚动轴承中，滚动体与套圈滚道的相对运动和污物尘埃的侵入，是滚动体和滚道表面产生磨损。随着磨损量的增大，轴承游隙、噪声、振动随之增大，轴承旋转精度降低，最终使轴承丧失了正常的工作性能。
近年来的大量研究证明，并非越光滑的表面其摩擦学性能就越好，在摩擦副表面加工出一定的织构序列能改善其摩擦学性能。表面织构就是在摩擦副表面上加工出的具有一定尺寸和形态特征的微凹坑或微凹槽以及微凸体。
基于上述背景，如果能合理设计出套圈滚道以及滚动体的表面织构序列，必然会减少轴承滚道和球的磨损量，提高滚动轴承的接触疲劳寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种滚道和球表面具有织构序列的滚动轴承，在轴承外圈的内滚道或轴承内圈外滚道或球的表面或者其任意两个表面或三个表面设有织构序列。
本发明采用的技术方案是：
本发明包括轴承外圈、轴承内圈、保持架和球；其特征在于：在轴承外圈的内滚道表面或轴承内圈外滚道表面或球表面，或者其任意两个表面，或者三个表面设有织构序列。
所述的轴承外圈的内滚道表面织构序列是一组与内滚道接触点线速度的夹角在圆周方向上按规律变化的条状沟槽。
所述的轴承内圈外滚道表面织构序列是一组与外滚道接触点线速度的夹角在圆周方向上按规律变化的条状沟槽。
所述球表面织构序列是一条球形螺旋线沟槽。
所述轴承外圈的内滚道表面或轴承内圈外滚道表面织构序列的按规律变化为：在滚动轴承的径向平面内建立xoy坐标系，所述的坐标系以旋转中心为坐标原点；在xoy坐标系的第一象限内，滚道表面的条状沟槽与内滚道或外滚道接触点线速度方向的夹角从90°减少至45°；在xoy坐标系的第二象限内，滚道表面的条状沟槽与内滚道或外滚道接触点线速度方向的夹角从45°增加至90°；在xoy坐标系的第三象限内，滚道表面的条状沟槽与内滚道或外滚道接触点线速度方向的夹角从90°增加至135°；在xoy坐标系的第四象限内，滚道表面的条状沟槽与内滚道或外滚道接触点线速度方向的夹角从135°减少至90°。
所述的球形螺旋线由以下方程建立：
ρ＝r（1）
θ＝180t（2）
球形螺旋线建立在以球的球心为原点的球坐标系内；公式（1）、（3）中，r是球形螺旋线的半径，t是0～1的变量，n是螺旋线的圈数，（ρ，θ，）为球形螺旋线上点的坐标。
所述轴承外圈的内滚道表面或轴承内圈外滚道表面织构序列的总面积为内外圈滚道表面积的7.5%～30%；球表面织构序列的总面积为球表面积的7.5%～30%；轴承外圈的内滚道或轴承内圈外滚道或球表面织构序列条状沟槽的深宽比为1∶4～5。
本发明具有的有益效果是：
1、与滚道和球表面无织构序列的滚动轴承相比，滚道和球表面织构序列的凹槽可容纳磨粒，提高了摩擦副的耐磨性；在有润滑剂存在的情况下，有利于形成流体动压润滑，提高了滚道和球表面承载能力，起到减摩抗磨的作用。
2、与套圈滚道表面具有一组恒垂直于套圈滚道接触点线速度方向的均匀织构序列的滚动轴承相比，所述的套圈滚道表面织构序列与套圈滚道接触点线速度方向的夹角在圆周上按一定规律变化的这种滚动轴承，使球表面每个点都参与接触，而不仅仅是表面一个环带内的点参与接触。滚动轴承工作时，球在滚道内受交变载荷作用。球表面参与接触的点越多，那么在轴承运转的一定转数内，球表面某任意定点承受应力的次数减少，磨损量降低。因此，设计的滚动轴承滚道和球表面织构序列能够使球表面各点的磨损量均匀，提高了滚动轴承的接触疲劳寿命。
附图说明
图1是内外滚道表面织构序列的示意图。
图2是球表面织构序列的示意图。
图3是本发明结构及套圈滚道表面织构序列与接触点线速度方向夹角的变规律示意图。
图4是球与套圈滚道接触的示意图。
图5是球自转运动的示意图。
图中：1、轴承内圈，2、球，3、保持架，4、轴承外圈。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1、图3所示，本发明包括轴承外圈4、轴承内圈1、保持架3和球2。在轴承外圈4的内滚道表面或轴承内圈1外滚道表面或球2表面，或者其任意两个表面，或者三个表面设有织构序列。
所述的轴承外圈的内滚道表面织构序列是一组与内滚道接触点线速度的夹角在圆周方向上按规律变化的条状沟槽。
所述的轴承内圈外滚道表面织构序列是一组与外滚道接触点线速度的夹角在圆周方向上按规律变化的条状沟槽。
如图2所示，所述球表面织构序列是一条球形螺旋线沟槽。
如图1所示，是内外滚道表面织构序列的示意图。把轴承内圈或外圈沿圆周方向展开并平铺于平面中，内外滚道表面织构序列是一组其与内外滚道接触点线速度的夹角在圆周方向上按图示规律变化的条状沟槽。如图3所示，所述轴承外圈的内滚道或轴承内圈外滚道表面织构序列的按规律变化为：在滚动轴承的径向平面内建立xoy坐标系，所述的坐标系以旋转中心为坐标原点；在xoy坐标系的第一象限内，滚道表面的条状沟槽与内滚道或外滚道接触点线速度方向的夹角从90°减少至45°；在xoy坐标系的第二象限内，滚道表面的条状沟槽与内滚道或外滚道接触点线速度方向的夹角从45°增加至90°；在xoy坐标系的第三象限内，滚道表面的条状沟槽与内滚道或外滚道接触点线速度方向的夹角从90°增加至135°；在xoy坐标系的第四象限内，滚道表面的条状沟槽与内滚道或外滚道接触点线速度方向的夹角从135°减少至90°。
所述的球形螺旋线由以下方程建立：
ρ＝r（1）
θ＝180t（2）
球形螺旋线建立在以球的球心为原点的球坐标系内；公式（1）、（3）中，r是球形螺旋线的半径，t是0～1的变量，n是螺旋线的圈数，（ρ，θ，）为球形螺旋线上点的坐标。
所述轴承外圈的内滚道表面或轴承内圈外滚道表面织构序列的总面积为内外圈滚道表面积的7.5%～30%；球表面织构序列的总面积为球表面积的7.5%～30%；轴承外圈的内滚道或轴承内圈外滚道或球表面织构序列条状沟槽的深宽比为1∶4～5。
无载荷时，滚动体与内滚道或外滚道的接触类型为点接触。如图4所示，在径向载荷Fr作用下，点接触将扩展成一接触面，接触面在与接触法线垂直的平面内的投影为一椭圆。假设套圈滚道表面具有一组恒垂直于套圈滚道接触点线速度方向的均匀织构序列。那么当套圈以一定转速转动时，套圈对球有一作用力。球在力的作用下，不仅绕轴承的旋转轴心公转，且围绕其自身中心轴线自转。但由于这一作用力始终与表面织构序列垂直，又表面织构序列是一组恒垂直于接触点线速度方向的均匀表面织构序列，即作用力的方向始终与接触点线速度方向相同。所以滚动轴承工作时，随着磨损量的增加，在球表面逐渐形成了一条磨损环带，此磨损环带是由上述的椭圆形接触面绕球中心旋转一周所形成的。因此，只有此环带中的点参与了接触，而球表面环带外的点未参与接触，球表面磨损不均匀。
本发明所述的表面织构序列有效的解决了球表面磨损不均的问题。如图1所示，套圈转速为n，当球运动到套圈某点时，滚道表面的条状沟槽与接触点线速度间的夹角为θ，在接触点P处套圈对滚动体的作用力为Fn，将此作用力Fn分解为平行于接触点线速度方向的力Ft和垂直于线速度方向的作用力Fa。如图5所示，以球中心为原点，作用力Ft的方向为x轴正方向，作用力Fa的方向为y轴正方向，建立空间直角坐标系。在力Ft的作用下，球绕y轴有一自转角速度ωy，同时在力Fa的作用下形成了绕x轴的自转角速度ωx。随着织构序列与接触点线速度方向夹角θ在圆周方向上不断变化，作用力Fn的方向随之发生变化，所以两分力Fa、Ft大小也发生变化，球绕x轴的自转角速度ωx和绕y轴的自转角速度ωy也随之不断变化。所以，球表面与滚道的接触点不再居于一个环带内，而是经过一定应力循环次数后，球表面每个点都参与接触，则对于球表面某任意定点，应力循环次数减少，磨损量降低，因此提高了滚动轴承的接触疲劳寿命。
如图2所示，在球表面加工一条球形螺旋线的沟槽，同样可以使球表面每个点都参与接触，对于球表面某任意定点，应力循环次数减少，磨损量降低，因此提高了滚动轴承的接触疲劳寿命。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种滚道和球表面具有织构序列的滚动轴承，包括轴承外圈、轴承内圈、保持架和球；在轴承外圈的内滚道表面和/或轴承内圈外滚道表面设有织构序列；
所述的轴承外圈的内滚道表面织构序列是一组与内滚道接触点线速度的夹角在圆周方向上按规律变化的条状沟槽；
所述的轴承内圈外滚道表面织构序列是一组与外滚道接触点线速度的夹角在圆周方向上按规律变化的条状沟槽；
其特征在于：所述轴承外圈的内滚道表面或轴承内圈外滚道表面织构序列按规律变化为：在滚动轴承的径向平面内建立xoy坐标系，所述的坐标系以旋转中心为坐标原点；在xoy坐标系的第一象限内，滚道表面的条状沟槽与内滚道或外滚道接触点线速度方向的夹角从90°减少至45°；在xoy坐标系的第二象限内，滚道表面的条状沟槽与内滚道或外滚道接触点线速度方向的夹角从45°增加至90°；在xoy坐标系的第三象限内，滚道表面的条状沟槽与内滚道或外滚道接触点线速度方向的夹角从90°增加至135°；在xoy坐标系的第四象限内，滚道表面的条状沟槽与内滚道或外滚道接触点线速度方向的夹角从135°减少至90°。
2.根据权利要求1所述的一种滚道和球表面具有织构序列的滚动轴承，其特征在于：所述轴承外圈的内滚道表面或轴承内圈外滚道表面织构序列的总面积为内外圈滚道表面积的7.5％～30％；轴承外圈的内滚道或轴承内圈外滚道织构序列条状沟槽的深宽比为1∶4～5。
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