一種滾子軸承的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種滾子軸承，特別是在重載下使用，需要承受高軸向載荷或軸徑向聯(lián)合載荷的滾子軸承。
【背景技術(shù)】
[0002]大型風(fēng)電機(jī)主軸或高速鐵路機(jī)車輪對(duì)主軸等機(jī)械所用重載滾子軸承，不僅要滿足徑向承載，還需承受一定的軸向載荷。此類軸承中常有止推設(shè)計(jì)，即在軸承內(nèi)圈或(和)外圈設(shè)計(jì)有擋邊或擋圈，以阻止?jié)L子的軸向移動(dòng)。不同于滾子滾動(dòng)面與滾道間的滾動(dòng)接觸，軸承滾子端面止推接觸區(qū)與擋邊(圈)之間為滑動(dòng)接觸。在因啟停、重載或沖擊載荷等苛刻工況導(dǎo)致軸承潤滑不良時(shí)，滾子端面止推接觸區(qū)與擋邊(圈)之間的潤滑狀態(tài)更為苛刻，易發(fā)生黏著磨損。此外，來自軸承內(nèi)部的磨肩或外部污染物顆粒易富集于該接觸區(qū)，而造成該接觸面的磨粒磨損。以上兩種情況會(huì)導(dǎo)致軸承扭矩增加、卡死甚至燒結(jié)失效，使軸承使用壽命大幅下降。因此，優(yōu)化滾子端面止推接觸區(qū)的潤滑狀態(tài)和抗磨性對(duì)于延長此類軸承的使用壽命、保證機(jī)械設(shè)備高可靠長壽命運(yùn)行具有重要意義，尤其對(duì)于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)或高鐵機(jī)車等維修、更換費(fèi)用高、可靠性要求高的大型裝備。
[0003]目前，針對(duì)滾子端面止推接觸區(qū)與擋邊(圈)之間可能發(fā)生的磨損、燒結(jié)問題，已有技術(shù)方案主要集中在以下幾方面:首先，優(yōu)化滾子端面止推接觸區(qū)的接觸幾何設(shè)計(jì)，改進(jìn)滾子導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)接觸應(yīng)力最小化以降低摩擦力矩，同時(shí)避免邊緣應(yīng)力，如CN103906939A、CN102252025A、CN1702341A所公開的技術(shù)方案；其次，在保持架臨近滾子端面區(qū)域設(shè)計(jì)保油槽，具有代表性如CN102171468A所公開方案，其對(duì)保持架進(jìn)行改良，在保持架鄰近滾子大徑端面處設(shè)有凹形保油槽，在富油條件下保油槽的蓄油，當(dāng)滾子端面潤滑不良時(shí)，保油槽放油，對(duì)滾子端面的潤滑；第三，對(duì)滾子端面進(jìn)行粗糙化處理，以提高潤滑油的成膜能力和油膜剛度，如CN102483093A和CN1385625A所公開的方案；最后，在滾子端面和擋邊鍍制抗磨涂層，如US2010/0086250A所公開的技術(shù)方案，其通過在滾子大端、小端和擋邊接觸區(qū)鍍制非晶碳基涂層，減輕磨肩引起的接觸區(qū)磨損，提升軸承抗磨性。此外，專利CN101248283A所公開的用于軸承滾道和保持架表面的類富勒烯氮化碳涂層(FL-CNx)也可能用于滾子端面或擋邊表面，因FL-CNx涂層兼具低摩擦和超彈性，可緩解磨肩產(chǎn)生的高應(yīng)力集中導(dǎo)致的涂層塑性變形和裂紋萌生。
盡管通過以上技術(shù)手段，可以改善滾子端面止推接觸區(qū)的潤滑狀態(tài)和抗磨性，然而以上技術(shù)方案都無法避免磨肩或外部污染物等硬質(zhì)微粒所帶來的軸承損傷?？鼓ネ繉与m可提高表面抗磨性，但硬質(zhì)微粒所引起的高應(yīng)力集中仍可能造成涂層的脆性斷裂和剝落，使軸承有效壽命降低，也無法避免因硬質(zhì)微粒在軸承內(nèi)部迀移而造成的軸承組件損傷以及對(duì)軸承運(yùn)行穩(wěn)定性的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)以上問題，本發(fā)明的目的在于提供一種滾子軸承，特別是重載下使用的，需要承受高軸向載荷或軸徑向聯(lián)合載荷的滾子軸承，其不僅具有改善的滾子端面止推接觸區(qū)潤滑狀態(tài)和抗磨性，還能有效避免磨肩或外部污染物等硬質(zhì)顆粒導(dǎo)致的軸承摩擦、磨損問題，進(jìn)一步提升滾子軸承在高速、重載、沖擊載荷和沙塵等苛刻條件下的服役性能。
[0005]本發(fā)明所述的滾子軸承，包括外周具有滾道的內(nèi)圈、內(nèi)周具有滾道的外圈、在內(nèi)圈滾道和外圈滾道之間的滾子、保持架以及止推結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述滾子端面的止推接觸區(qū)為復(fù)合潤滑結(jié)構(gòu)，該復(fù)合潤滑結(jié)構(gòu)由固體潤滑涂層和表面微織構(gòu)組成，其中表面微織構(gòu)為均勾分布的微凹坑陣列。
[0006]所述止推結(jié)構(gòu)為擋邊或擋圈。
[0007]所述微凹坑陣列中凹坑的形狀為圓形、橢圓形、三角形和四邊形中的一種或其組入口 ο
[0008]所述微凹坑面積密度小于65%，深度大于5 Mm。
[0009]所述固體潤滑涂層包括非晶碳層和過渡層，涂層總厚度為2?5 Mm，涂層納米壓入硬度不小于9 Gpa，其中，非晶碳層摻雜有金屬或非金屬元素以改善涂層性能，摻雜元素包括鉻(Cr)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鎢(W),娃(Si)、硼(B)、氟(F)、氮(N)中的一種或幾種。非晶碳層和滾子端面之間的過渡層為鉻(Cr)、鈦(Ti)、硅(Si)中的一種。
[0010]所述滾子的結(jié)構(gòu)為圓柱型、圓錐型或球面型中的一種或其組合。
[0011]止推接觸區(qū)復(fù)合潤滑結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑可采用但不限于以下兩種過程:(I)在滾子端面制備出所需要的表面微織構(gòu)，之后在織構(gòu)化的表面沉積固體潤滑涂層；(2)在滾子端面沉積固體潤滑涂層，之后在涂層表面進(jìn)行表面微造型。值得注意的是，方法(2)后續(xù)的微造型過程不應(yīng)對(duì)涂層的性能和結(jié)合力產(chǎn)生不利影響。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明滾子端面止推接觸區(qū)設(shè)計(jì)為復(fù)合潤滑結(jié)構(gòu)，該復(fù)合潤滑結(jié)構(gòu)中的表面微織構(gòu)在流體潤滑狀態(tài)下的微動(dòng)壓效應(yīng)可提高潤滑油膜的承載力；同時(shí)，當(dāng)采用潤滑脂潤滑時(shí)，軸承工作常處于乏油潤滑狀態(tài)，表面微織構(gòu)中儲(chǔ)存的潤滑脂在離心力作用下分油，實(shí)現(xiàn)對(duì)端面止推接觸區(qū)的持續(xù)潤滑，從而避免接觸區(qū)溫升和軸承卡死；而非晶碳基涂層的自潤滑和高抗磨特性進(jìn)一步提高了軸承的抗磨性和抗卡死能力。
[0013]2、本發(fā)明軸承內(nèi)部產(chǎn)生的磨肩在離心力作用下隨潤滑劑流動(dòng)易富集于滾子端面，滾子端面止推接觸區(qū)的復(fù)合潤滑結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)對(duì)磨肩的捕集；進(jìn)入滾子端面的外部污染物微粒也可被復(fù)合潤滑結(jié)構(gòu)捕獲、儲(chǔ)存，防止污染物顆粒向軸承內(nèi)部擴(kuò)散。通過對(duì)硬質(zhì)顆粒的捕集，還可避免硬質(zhì)顆粒在非晶碳涂層表面產(chǎn)生的高接觸應(yīng)力，從而避免涂層的裂紋萌生和剝落。
[0014]3、本發(fā)明所述滾子軸承具有提升的抗卡死能力、低摩擦和高服役穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，適用于高速、重載、沖擊載荷和沙塵等苛刻工況下承受軸向或軸徑向聯(lián)合載荷主軸機(jī)構(gòu)的高效傳動(dòng)，例如高速鐵路輪對(duì)主軸、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸、船舶引擎?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)或鉆探機(jī)械。
【附圖說明】
[0015]圖1為