專利名稱：滾動軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滾動軸承，并且盡管不在限制性意義上，本發(fā)明例如可以應(yīng)用到用在汽車變速器的軸支撐部分內(nèi)的滾柱軸承上。
背景技術(shù)：
公開待審的日本專利Nos.Hei2-168021和Hei6-52536披露了滾動軸承，所述滾動軸承的油膜形成能力通過在滾動元件的表面上的微小凹凸(或稱為微小凹凸部)已經(jīng)得到提高。在此在先技術(shù)中，通過在滾柱的滾動表面或滾柱的滾動接觸表面和/或內(nèi)環(huán)和外環(huán)的滾道表面內(nèi)設(shè)置微小凹狀的凹陷，采取措施防止由于不良潤滑導(dǎo)致的對滾柱軸承的損壞，例如剝落損壞，從而在利用參數(shù)Rqni表示表面粗糙度的情況下，比值Rqni(L)/Rqni(C)≤1.0，這里，Rqni(L)是軸向表面粗糙度，且Rqni(C)是圓周方向表面粗糙度，且表面粗糙度參數(shù)Sk≤-1.6，從而不管配合面是粗糙面還是良好拋光(或可稱為精加工)表面，都保證了長的使用壽命。
在使用滾柱軸承的汽車變速器或差速器和其它領(lǐng)域中，實現(xiàn)尺寸減少和高輸出功率的趨勢近年來已經(jīng)發(fā)展得越來越多，并且包括使用低粘性潤滑油的使用環(huán)境傾向于更高載荷和更高溫度。為此，對于軸承而言，潤滑環(huán)境正改變成比以往任何時候都惡劣的環(huán)境，從而由于不良潤滑導(dǎo)致的磨損、表面開始的磨蝕、疲勞壽命降低、和包括雜質(zhì)情況下的磨損都更加容易發(fā)生。因此，有必要保證在包括低粘性苛刻潤滑、包含雜質(zhì)的環(huán)境、和清潔潤滑的任何潤滑條件下，可以實現(xiàn)使用壽命延長。
傳統(tǒng)的微小凹狀的凹陷在由參數(shù)Rqni表示的情況下，比值Rqni(L)/Rqni(C)是1.0或低于1.0(Rqni≥0.10)，這里Rqni(L)是軸向表面粗糙度，且Rqni(C)是圓周方向表面粗糙度，且表面粗糙度參數(shù)Sk是-1.6或低于-1.6，從而不管配合面是粗糙面還是良好拋光表面，都保證了長的使用壽命。但是在潤滑不足時油膜極薄的情況下，存在它的效果不能被充分發(fā)揮的情況。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，滾動軸承為至少滾動元件的表面隨機(jī)地形成有無數(shù)個微小凹狀凹陷(或稱為微小凹狀凹坑)，且設(shè)置有所述凹陷的表面的表面粗糙度參數(shù)Ryni在0.4μm≤Ryni≤1.0μm的范圍內(nèi)，且表面粗糙度參數(shù)Sk值為-1.6或-1.6以下(即，不大于-1.6)。
這里，參數(shù)Ryni是每個參考長度的最大高度的平均值，即通過在平均線方向上從粗糙度曲線提取參考長度、并且測量提取部分在粗糙度曲線的縱向放大率的方向上的峰線與根線之間的距離而得到(ISO 42871997)的值。
參數(shù)Sk指粗糙度曲線的變形(偏斜)度(ISO 42871997)，并用作用于知道凹凸(或稱為凹凸部)分布的不對稱的統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)。在像高斯(Gauss)分布的對稱分布中，Sk值接近零。當(dāng)凹凸的凸起部分被去除時，Sk值呈負(fù)值，并且在相反的情況下Sk值呈正值?？梢酝ㄟ^選擇例如滾筒拋光機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度、處理時間、功改變率、以及碎片的種類和尺寸等因數(shù)控制Sk值。將Sk值設(shè)定為在寬度方向(或稱為橫向)上和圓周上都不大于-1.6導(dǎo)致微小凹凸?fàn)畎枷葑兂捎腿萜?，從而即使所述油受到壓縮，油在滑動方向或與滑動方向垂直的方向上也很少泄漏，并提供例如優(yōu)異的油膜形成、良好的油膜形成狀態(tài)、以及將表面損壞減少到最低的優(yōu)點。
如在先技術(shù)中已知的，滾動軸承是通過滾動元件(球或滾柱)的滾動運動支撐旋轉(zhuǎn)軸或擺軸的機(jī)械元件。通常，滾動元件可滾動地置于內(nèi)環(huán)和外環(huán)的滾道之間；然而，存在沒有內(nèi)環(huán)、且軸的外周表面被直接用作滾道表面的類型，和不具有外環(huán)、而將齒輪的內(nèi)周表面直接用作例如滾道表面的另一類型。在使用例如內(nèi)部件和外部件的術(shù)語的情況下，它們沒有試圖將軸和齒輪，以及具有滾道表面的內(nèi)環(huán)和外環(huán)排除在外。在使用例如至少滾動元件的表面的表述的情況下，這也沒有試圖將滾道表面同樣形成有微小凹狀凹陷的情形排除在外。且在滾動元件是滾柱的情況下，所述表述也沒有試圖將不僅滾動接觸表面而且端面也形成有微小凹狀凹陷的情形排除在外。
根據(jù)本發(fā)明，至少滾動元件的表面上隨機(jī)地設(shè)置有無數(shù)個微小凹狀凹陷導(dǎo)致即使在低粘性和不足潤滑時的極薄油膜的條件下也提高了油膜形成能力并提供了很長的使用壽命。特別地，將設(shè)置有所述凹陷的表面的表面粗糙度參數(shù)Ryni設(shè)定成0.4μm≤Ryni≤1.0μm、從而抑制表面粗糙度參數(shù)Ryni比在先技術(shù)小，這使得與傳統(tǒng)制品相比，可以即使在不良潤滑的情況下也防止油膜缺乏，并且即使在低粘性和不足潤滑時的極薄油膜的條件下也提供很長的使用壽命。此外，對于Sk值，-1.6或-1.6以下是基于處理條件Sk在表面凹部的形狀和分布有利于油膜形成的范圍。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，至少滾動元件的表面隨機(jī)地形成有無數(shù)個微小凹狀凹陷，所述滾動元件每一個具有富氮層，在所述富氮層內(nèi)的奧氏體晶粒的粒度尺寸編號(或稱為號碼)在超過編號(或稱為號碼)10的范圍內(nèi)。
富氮層是形成在滾道環(huán)(外環(huán)或內(nèi)環(huán))或滾動元件上并具有增加的氮含量的表面層，且可以通過碳氮共滲或氮化形成。在富氮層內(nèi)的氮含量優(yōu)選地在0.1％-0.7％范圍內(nèi)。如果氮含量小于0.1％，將不會產(chǎn)生任何效果且特別在包含雜質(zhì)的情況下滾動壽命會降低。如果氮含量大于0.7％，則將形成稱作空隙的孔或奧氏體的殘余量將過多而不能提供必要的硬度，這導(dǎo)致使用壽命縮短。形成在滾道環(huán)內(nèi)的富氮層的氮含量是在磨削之后在滾道表面的50μm深的表面層處測量的值；所述值可以通過EPMA(波長擴(kuò)散式X-射線微分析儀)進(jìn)行測量。
至少滾動元件的表面隨機(jī)地設(shè)置有無數(shù)個微小凹狀凹陷會導(dǎo)致油膜形成能力提高，并且即使在低粘性和不足潤滑時的極薄油膜的條件下也提供很長的使用壽命。特別地，將所述凹陷的面積系數(shù)設(shè)定在5-20％的范圍內(nèi)，使得與傳統(tǒng)制品相比，即使在不良潤滑的情況下也可以防止油膜缺乏，并且即使在極薄油膜的條件下也提供很長的使用壽命。凹陷的面積系數(shù)指在滾動接觸表面隨機(jī)地設(shè)置有無數(shù)個微小凹狀凹陷的情況下，由所述凹陷占據(jù)的面積與整個滾動接觸面積的比例。
奧氏體晶粒直徑是如此小以致于奧氏體晶粒的晶粒大小(或稱為尺寸)編號超過編號10的事實使得可以極大地提高滾動疲勞壽命。如果奧氏體晶粒直徑的晶粒大小編號不大于編號10，那么滾動疲勞壽命將不會提高很多；因此晶粒大小編號設(shè)定在超過編號10的范圍內(nèi)。通常，晶粒大小編號被設(shè)定到不低于編號11。奧氏體晶粒直徑越小，越理想。但是總的來說難以獲得超過編號13的晶粒大小編號。另外，在所述軸承部分內(nèi)的奧氏體晶粒既不在具有富氮層的表面層內(nèi)改變，也不在所述表面層里面的內(nèi)部改變。因此，限定晶粒大小編號的位置應(yīng)該是表面層和內(nèi)部。例如，奧氏體晶粒是這樣的，即使在硬化處理已經(jīng)執(zhí)行之后奧氏體晶粒邊界的痕跡(緊接在硬化之前出現(xiàn))也得到保留，并且基于這些痕跡而被稱為奧氏體晶粒。由此，在形成富氮層之后奧氏體晶粒大小微小化到編號11或更高導(dǎo)致滾動疲勞壽命被極大提高，這使得可以獲得很好的抗破裂強(qiáng)度和隨時間變化的尺寸變化的阻力。
設(shè)置有所述凹陷的表面的表面粗糙度參數(shù)Rymax優(yōu)選地在0.4-1.0的范圍內(nèi)。參數(shù)Rymax是每參考長度的最大高度的最大值(ISO 42871997)。
當(dāng)設(shè)置有所述凹陷的表面的表面粗糙度由參數(shù)Rqni表示時，軸向表面粗糙度Rqni(L)與圓周方向表面粗糙度Rqni(C)之間的比值，即比Rqni(L)/Rqni(C)優(yōu)選地是1.0或1.0以下。參數(shù)Rqni是通過以測量長度為區(qū)間對從粗糙度中心線到粗糙度曲線的高度的偏離的平方求積分、并求出在所述區(qū)間內(nèi)的平均值而獲得的平方根，并且也被通稱為均方根粗糙度。Rqni從放大并記錄的局部曲線或粗糙度曲線通過數(shù)值計算確定，并通過在橫向和圓周上移動粗糙度計的接觸針得以測量。


通過下面的描述，本發(fā)明的這些和其它目的和特征將變得更加明顯。
附圖如下圖1是滾針軸承的剖面視圖；圖2是在使用壽命試驗中滾針軸承的剖面視圖；圖3是顯示在試驗軸承中滾動元件的拋光狀態(tài)的粗糙度曲線；圖4是顯示在試驗軸承中滾動元件的拋光狀態(tài)的粗糙度曲線；圖5是顯示在試驗軸承中滾動元件的拋光狀態(tài)的粗糙度曲線；
圖6是試驗裝置的局部剖面示意圖；圖7是顯示使用壽命試驗結(jié)果的框圖；圖8是圓錐滾柱軸承的剖面視圖；圖9是雙圓柱試驗機(jī)的總示意圖；圖10A是顯示實施例中的金屬接觸系數(shù)的圖表；圖10B是顯示比較例中的金屬接觸系數(shù)的圖表；圖11是滾珠軸承的剖面視圖；圖12是用于解釋用于滾動軸承的熱處理方法的熱處理圖解；圖13是用于解釋用于滾動軸承的熱處理方法的修改的熱處理圖解；圖14A是顯示本發(fā)明實施例中的軸承部分的微觀結(jié)構(gòu)，特別是奧氏體晶粒的金相圖；圖14B是顯示傳統(tǒng)軸承部分的微觀結(jié)構(gòu)，特別是奧氏體晶粒的金相圖；圖15A是圖14A的示意圖；圖15B是圖14B的示意圖；圖16是用于靜態(tài)壓碎強(qiáng)度試驗的試件的剖面視圖；圖17是滾動疲勞壽命試驗機(jī)的示意主視圖；圖18是滾動疲勞壽命試驗機(jī)的示意側(cè)視圖；圖19是用于靜態(tài)破壞韌度試驗的試件的俯視圖；圖20是雙旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)的縱剖面視圖；圖21是單旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)的縱剖面視圖；圖22是可變?nèi)萘康膯涡D(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)的縱剖面視圖；圖23是行星齒輪減速器的實施例的示意圖；圖24是圖23中的行星齒輪減速器的局部剖面示意圖；圖25是行星齒輪裝置的另一實施例的局部剖面示意圖；圖26是顯示設(shè)置有行星齒輪裝置的風(fēng)力發(fā)電機(jī)加速機(jī)構(gòu)的縱剖面視圖；圖27是在圖26中的加速機(jī)構(gòu)中的行星齒輪裝置的橫剖面視圖；圖28是行星齒輪裝置的縱剖面視圖；圖29是引擎搖臂軸承的縱剖面視圖；圖30是圖29中的軸承的橫剖面視圖；
圖31是用于OHC引擎的閥移動系統(tǒng)的主視圖；圖32是用于OHV引擎的閥移動系統(tǒng)的主視圖；圖33是圖32中的局部放大剖面視圖；圖34是用于齒輪泵的滾針軸承的縱剖面視圖；圖35是齒輪泵的縱剖面視圖；圖36是圖35中的齒輪泵的橫剖面視圖；和圖37是顯示連桿的要使用部分的局部剖視圖。
具體實施例方式
滾柱軸承具有例如內(nèi)環(huán)、外環(huán)、和滾動元件的主要組成元件。且，滾動元件的滾動表面和端面，和/或內(nèi)環(huán)和外環(huán)的滾道表面(此外，對于圓錐滾柱軸承的內(nèi)環(huán)，是錐體支承面肋)隨機(jī)地形成有用于表面微粗加工(或稱為微粗糙化)的無數(shù)個微小凹狀凹陷。在這種微粗加工的表面內(nèi)，設(shè)置有凹陷的表面的表面粗糙度參數(shù)Ryni在0.4μm≤Ryni≤1.0μm的范圍內(nèi)，并且Sk值不大于-1.6，優(yōu)選地在-4.9--1.6的范圍內(nèi)。此外，設(shè)置有凹陷的表面的表面粗糙度參數(shù)Rymax在0.4-1.0的范圍內(nèi)。此外，當(dāng)表面粗糙度在表面的軸向方向上和在圓周方向上計算并且由參數(shù)Rqni表示時，軸向表面粗糙度Rqni(L)與圓周方向表面粗糙度Rqni(C)之間的比，即比Rqni(L)/Rqni(C)，優(yōu)選地不大于1.0。對于獲得這種微粗加工的表面的表面處理，可以使用專門的滾筒拋光以獲得想要的拋光表面(或稱為精加工表面)；但是可以采用噴丸處理等。
用于測量參數(shù)Ryni、Rymax、Sk、和Rqni的方法和條件的示例如下。另外，在測量由這些參數(shù)表達(dá)的表面狀態(tài)時，在單個位置進(jìn)行的測量值可以被信賴為代表值，但是可取的是在直徑上相對的兩個位置進(jìn)行測量。
參數(shù)計算標(biāo)準(zhǔn)JIS B 06011994(SURFCOM JIS 1994)截止(cut-off)分類高斯型(Gaus sian)測量長度5λ截止波長0.25mm測量放大率x10000測量速度0.30mm/s
測量位置滾柱中間區(qū)域測量數(shù)量2測量儀器Surface Roughness SURFCOM 1400A(TOKYOU SEIMITSU K.K)在微小凹狀凹陷(或稱為凹坑)設(shè)置在滾柱滾動表面上的情況下，在整個滾動表面內(nèi)的凹陷的面積系數(shù)在5-20％范圍內(nèi)，且當(dāng)不大于3μmФ的圓當(dāng)量直徑不計算在內(nèi)時，凹陷的平均面積是30-100μm2。如果Rymax在0.4-1.0μm的范圍之外，且凹陷的面積系數(shù)超出20％、平均面積超出100μm2，則有效接觸長度傾向于降低，很長使用壽命的效果也降低。通過放大滾柱表面、并借助市場上可獲得的圖像系統(tǒng)對滾柱表面的圖像量化，可以進(jìn)行凹陷的定量測量。此外，如果使用公開待審的日本專利No.2001-183124中的表面狀態(tài)試驗方法和表面狀態(tài)試驗裝置，可以進(jìn)行穩(wěn)定和精確的測量。圖像中的白色部分被分析為表面平坦部分，且暗色部分被分析為微小凹陷。測量條件如下。此外，在測量例如滾動軸承的滾動元件的組成元件以及滾動軸承的滾道表面的凹陷的面積以及平均面積的情況下，在單個位置進(jìn)行的測量值可以被信賴為代表性的，但是可取的是例如在兩個位置測量它們。
面積系數(shù)小于兩值閾值的像元(暗色)的比例((明亮部分的亮度+暗色部分的亮度)/2)平均面積總的暗色面積/總數(shù)測量視野826μm×620μm(當(dāng)滾柱直徑小于Ф4時，優(yōu)選的是413μm×310μm)測量位置滾柱中心區(qū)域測量數(shù)2圖1顯示了滾柱軸承的第一實施例。所述滾柱軸承1是滾針軸承，其中用作滾動元件的滾針2裝入外環(huán)3內(nèi)，且所述滾柱軸承1布置成滾針2支撐配合軸4。具有在拋光(或稱為精加工)表面上進(jìn)行不同表面處理的滾針表面的多種滾針軸承被準(zhǔn)備好并在其上進(jìn)行使用壽命試驗。現(xiàn)在將描述使用壽命試驗的結(jié)果。用于使用壽命試驗的滾針軸承顯示在圖2中，所述滾針軸承是具有使用15個滾針的保持架5的軸承；外徑Dr＝33mm，內(nèi)徑dr＝25mm，滾針2的直徑D＝4mm，長度L＝25.8mm。滾針的表面粗糙度拋光不同的三種軸承被準(zhǔn)備為試驗軸承。即，它們是在磨削之后受到超精加工的軸承A(比較例)，隨機(jī)地形成有無數(shù)個微小凹狀凹陷的軸承B(比較例)，以及軸承C(實施例)。每一個試驗軸承的滾針的拋光(或稱為精加工)表面狀態(tài)顯示在圖3-圖5中。具體地，圖3顯示了軸承A的表面粗糙度；圖4顯示了軸承B的表面粗糙度；且圖5顯示了軸承C的表面粗糙度。此外，每一個試驗軸承的拋光表面的特性值參數(shù)列表顯示在表1中。此外，對于軸承B和C，Rqni(L/C)不大于1.0，且對于軸承A，Rqni(L/C)大約是1.0。
表1

使用的試驗裝置是如圖6中示意示出的徑向載荷試驗機(jī)11，其中試驗軸承1連接到旋轉(zhuǎn)軸12的相對側(cè)，旋轉(zhuǎn)和載荷被施加以進(jìn)行試驗。按照磨光拋光的RaO，使用在試驗中的內(nèi)座圈(配合軸)的拋光是0.10-0.16μm。
外座圈(外環(huán))是共用的。試驗條件如下。
軸承徑向載荷2000kgf轉(zhuǎn)數(shù)4000rpm潤滑油CRYSEC OIL H8(在試驗條件下2cst)圖7顯示了油膜參數(shù)Λ＝0.13的使用壽命試驗結(jié)果。在相同圖中的垂直軸表示L10使用壽命(h)。如從相同的圖中清晰可見的，盡管軸承A是78小時且軸承B是82小時，但是軸承C是121小時。如所述數(shù)據(jù)顯示的，作為實施例的軸承C，即使在油膜參數(shù)低到Λ＝0.13的、低粘性和缺乏潤滑的惡劣潤滑條件下，也可以獲得很長的使用壽命效果。
接下來，圖8顯示了作為滾動軸承的第二實施例的圓錐滾柱軸承。所述圓錐滾柱軸承是使用圓錐滾柱16作為滾動元件的徑向軸承，且所述多個圓錐滾柱16可滾動地分別置于外環(huán)13和內(nèi)環(huán)14的滾道之間。在操作期間，圓錐滾柱16的滾動表面17與外環(huán)13和內(nèi)環(huán)14的滾道滾動接觸；此外，圓錐滾柱16的大端面與內(nèi)環(huán)14的錐體支承面肋15的內(nèi)表面滑動接觸。因此，在圓錐滾柱16的情況下，大端面18以及滾動表面17可以隨機(jī)地形成有無數(shù)個微小凹狀的凹陷。相似地，在內(nèi)環(huán)14的情況下，錐體支承面肋15的內(nèi)表面，以及滾道表面可以隨機(jī)地形成有無數(shù)個微小凹狀的凹陷。
現(xiàn)在描述使用壽命試驗的結(jié)果，所述使用壽命試驗在其中圓錐滾柱的滾動表面被拋光成光滑表面的傳統(tǒng)的圓錐軸承A和B(比較例)、其中圓錐滾柱的滾動表面隨機(jī)地形成有無數(shù)個微小凹狀凹陷的軸承C-E(比較例)，和軸承F-6(實施例)上實施(參見圖2)。使用的軸承A-G都是圓錐滾柱軸承，其中外環(huán)的外徑是81mm，且內(nèi)環(huán)的內(nèi)徑是45mm。另外，比較例的軸承A和B中的滾柱的滾動表面在磨削之后對其進(jìn)行了超精加工處理，且沒有凹陷形成處理施加到其上。比較例的軸承C-E以及在實施例的軸承F和G的滾柱的滾動表面通過滾筒拋光特別處理隨機(jī)地形成有無數(shù)個微小凹狀凹陷。另外，對于滾柱軸承C-G，Rqni(L/C)不大于1.0，且對于滾柱軸承A和B，Rqni(L/C)大約是1.0。
表2

使用圖9中所示的雙圓柱試驗機(jī)執(zhí)行剝落試驗，并計算金屬接觸系數(shù)的數(shù)值。在相同的圖中，驅(qū)動側(cè)圓柱22(D圓柱驅(qū)動件)和從動側(cè)圓柱24(F圓柱從動件)被連接到單獨的旋轉(zhuǎn)軸的相應(yīng)側(cè)中的一側(cè)，且兩個旋轉(zhuǎn)軸26和28適于通過各自的滑輪30和32被單獨的電動機(jī)驅(qū)動。在D圓柱22側(cè)的軸26被電動機(jī)驅(qū)動，同時由D圓柱22驅(qū)動的F圓柱24可自由旋轉(zhuǎn)。兩種類型的F圓柱24被準(zhǔn)備用于有關(guān)表面處理的比較例和實施例。試驗條件的細(xì)節(jié)等如表3中所示。
表3

關(guān)于金屬接觸系數(shù)的比較數(shù)據(jù)在圖10A和10B中示出。在這些圖中，水平軸表示過去的時間，且垂直軸表示金屬接觸系數(shù)。圖10A顯示了在實施例軸承中的滾柱的滾動表面的金屬接觸系數(shù)，且圖10B顯示了在比較例軸承中的滾柱的滾動表面的金屬接觸系數(shù)。在這些圖之間的比較將可以清楚地確認(rèn)實施例中的金屬接觸系數(shù)與比較例相比得到改善。換言之，對于與比較例軸承相比較的實施例軸承，油膜形成系數(shù)(＝100％-金屬接觸系數(shù))得到改善，即在操作開始時改善了大約10％，在測試結(jié)束時(兩小時之后)改善了大約2％。
接下來，作為滾動軸承的另一實施例的深槽滾珠軸承以剖視圖形式顯示在圖11中。此滾動軸承具有例如外環(huán)34、內(nèi)環(huán)36、可滾動地放入外環(huán)34的滾道與內(nèi)環(huán)36的滾道之間的多個滾動元件38、和隔圈40。在此是球的滾動元件38被隔圈40以預(yù)定周向間隔保持。組成滾動軸承的軸承部分即外環(huán)34、內(nèi)環(huán)36、和滾動元件38中的至少一個具有富氮層。下面將描述作為用于形成富氮層的處理的具體實施例的包括碳氮共滲的熱處理。
圖12是用于解釋本發(fā)明實施例中的滾動軸承的熱處理方法的視圖，且圖13是用于解釋所述熱處理方法的修改的視圖。圖12是顯示其中一次硬化和二次硬化得以執(zhí)行的方法的熱處理模式，且圖13是顯示其中在硬化過程中材料被冷卻到低于A1轉(zhuǎn)變溫度的溫度、然后被再加熱用于最終硬化的方法的熱處理模式。在這些圖中，在處理T1，在碳和氮擴(kuò)散在鋼襯底內(nèi)的情況下碳的滲透被充分實現(xiàn)，然后，鋼襯底冷卻到低于A1轉(zhuǎn)變溫度的溫度。接下來，在圖中的處理T2，鋼襯底被再加熱到高于A1轉(zhuǎn)變溫度且低于處理溫度T1的溫度，從此溫度鋼襯底受到油硬化(或稱為油淬火)。
上面的熱處理使得可以提高抗裂強(qiáng)度并減少隨時間變化的尺寸變化率，同時碳氮共滲表面層部分，而不是僅僅是傳統(tǒng)的碳氮共滲硬化，即在碳氮共滲之后進(jìn)行一次硬化。通過圖12或圖13中的熱處理模式生產(chǎn)的本發(fā)明的滾動軸承具有微觀結(jié)構(gòu)，在所述微觀結(jié)構(gòu)中奧氏體晶粒的晶粒直徑不大于傳統(tǒng)值的一半。受到上述熱處理的軸承部分具有很長的滾動疲勞壽命，并具有提高的抗裂強(qiáng)度和降低的隨時間變化的尺寸變化率。其中二次硬化溫度被降低以便使得晶粒更細(xì)的熱處理在表面層和內(nèi)部減少殘余奧氏體量，這導(dǎo)致較好的抗裂強(qiáng)度和對隨時間變化的尺寸變化的阻力。
圖14A和14B是顯示軸承的微觀結(jié)構(gòu)特別是奧氏體晶粒的視圖。圖14A顯示了本發(fā)明實施例中的軸承部分，且圖14B顯示了傳統(tǒng)的軸承部分。即，作為本發(fā)明的實施例的經(jīng)受圖12中示出的熱處理的滾動軸承的滾道環(huán)的奧氏體晶粒大小在圖14A中示出。此外，為了比較目的，經(jīng)受傳統(tǒng)熱處理方法處理的軸承鋼的奧氏體晶粒大小在圖14B中示出。此外，圖15A和15B顯示了圖示在14A和14B中的奧氏體晶粒大小。因為顯示這種奧氏體晶粒大小的結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的奧氏體晶粒大小根據(jù)JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))是編號10，且根據(jù)圖12或13中示出的熱處理方法，可以獲得編號12的精細(xì)晶粒。此外，圖14A中的平均晶粒大小被切片檢查，且結(jié)果是5.6μm。
下面描述本發(fā)明的實施例。
實施例I使用JIS SUSJ2材料(1.0％(重量)C-0.25％(重量)Si-0.4％(重量)Mn-1.5％(重量)Cr)，且(1)氫量測量，(2)晶粒大小(或稱為晶粒大小)測量，(3)卻貝(Charpy)沖擊試驗，(4)破壞應(yīng)力值測量，和(5)滾動疲勞試驗，得到執(zhí)行。表4顯示上面的結(jié)果。
表4

每一個樣品的生產(chǎn)過程如下。
樣品A-D(發(fā)明實施例)碳氮共滲溫度為850℃，保持時間為150分鐘。大氣是RX滲碳?xì)怏w和氨氣的氣體混和物。在圖12中所示的熱處理模式中，一次硬化在850℃的碳氮共滲溫度執(zhí)行，且樣品被加熱到低于碳氮共滲溫度的780℃-830℃的溫度范圍內(nèi)，從而執(zhí)行第二硬化。然而，被加熱到780℃的第二硬化溫度的樣品A因為其不充分的硬化而從試驗中排除。
樣品E和F(比較例)與在發(fā)明實施例A-D中相同的過程執(zhí)行碳氮共滲，且在高于850℃的碳氮共滲溫度的850℃-870℃的溫度執(zhí)行二次硬化。
傳統(tǒng)的碳氮共滲制品(比較例)碳氮共滲溫度為850℃，保持時間為150分鐘。大氣是RX滲碳?xì)怏w和氨氣的氣體混和物。在碳氮共滲溫度執(zhí)行硬化，且沒有二次硬化。
普通的硬化制品(比較例)通過加熱到850℃執(zhí)行硬化，且沒有碳氮共滲。也沒有執(zhí)行二次硬化。
下面描述試驗方法。
(1)氫量的測量通過由IECO公司制造的DH-103型氫分析器測量氫量；且鋼中的沒有擴(kuò)散的氫量也得到測量。但沒有測量擴(kuò)散的氫量。這種由IECO公司制造的DH-103型氫分析器的規(guī)范在下面示出。
分析范圍0.01-50.00ppm分析精度±0.1ppm或±3％H(它們之中大的一個)分析靈敏度±0.01ppm檢測系統(tǒng)熱傳導(dǎo)方法樣品重量大小10mg-35mg(最大直徑12mm×長度100mm)加熱爐溫度范圍50℃-1100℃試劑Anhydron Mg(ClO4)2，askalight NaOH載氣氮氣，氣體定量氣體氫氣，每一種氣體具有99.99％或更高的純度和40磅/平方英寸(psi)(2.8kgf/cm2)的壓力下面簡要說明測量程序。
由專用取樣器取得的樣品與所述取樣器一起放入所述氫分析器中。在內(nèi)部的擴(kuò)散氫被氮載氣引入到熱導(dǎo)率檢測器內(nèi)。所述擴(kuò)散氫在此實施例中沒有被測量。接下來，樣品從取樣器中取出并在電阻加熱爐中加熱，且沒有擴(kuò)散的氫被氮載氣引入到熱導(dǎo)率檢測器內(nèi)。在熱導(dǎo)率檢測器中，熱導(dǎo)率被測量，藉此可以得出沒有擴(kuò)散的氫量。
(2)晶粒大小的測量以在JIS G 0551中的用于鋼的奧氏體晶粒大小測量方法為基礎(chǔ)測量晶粒大小。
(3)卻貝沖擊試驗(Charpy Impact Test)卻貝沖擊試驗以在JIS Z 2202中的用于金屬材料的卻貝沖擊試驗方法為基礎(chǔ)進(jìn)行。使用的試驗片是在JIS Z 2202中示出的U形凹口試驗片(JISNo.3試驗片)。
(4)破壞應(yīng)力(或稱為破壞應(yīng)力)值測量圖16顯示了用于靜態(tài)壓碎強(qiáng)度試驗(破壞應(yīng)力值測量)的試驗片。載荷在圖中的P方向上施加，且所述載荷一直被測量直到試驗片斷裂。此后，獲得的破壞載荷通過下面示出的用于彎曲梁的應(yīng)力計算公式轉(zhuǎn)換成應(yīng)力值。另外，試驗片不限于圖16中所示的試驗片，而可以使用其它形狀的試驗片。
假設(shè)σ1為圖16中的試驗片的凸面中的纖維應(yīng)力，且σ2為圖16中的試驗片的凹面中的纖維應(yīng)力。則，σ1和σ2可以通過下面的公式(MechanicalEngineering Handbook A4 part，Strength of Materials A4-40)得出。在此，N是包括環(huán)形試驗片的軸線的部分內(nèi)的軸向力，A是橫截面積，e1是內(nèi)半徑，而e2是外半徑。此外，κ是用于彎曲梁的截面模數(shù)。
σ1＝(N/A)+{M/(Aρ0)}[1+e1/{κ(ρ0+e1)}]σ2＝(N/A)+{M/(Aρ0)}[1-e2/{κ(ρ0-e2)}]κ＝-(l/A)∫A{η/(ρ0+η)}dA(5)滾動疲勞壽命在表2中示出了用于滾動疲勞壽命試驗的試驗條件。此外，圖17和18是滾動疲勞壽命試驗機(jī)的示意圖。圖17是主視圖，而圖18是側(cè)視圖。在圖17和18中，滾動疲勞壽命試驗片21被驅(qū)動輥11驅(qū)動，并以與球13接觸的方式旋轉(zhuǎn)。所述球13是3/4英寸，并被引導(dǎo)輥12引導(dǎo)，并且在高的表面壓力施加在球與滾動疲勞壽命試驗片21之間的情況下滾動。
表4中所示的實施例I內(nèi)的試驗結(jié)果如下。
(1)氫量傳統(tǒng)的碳氮共滲制品在碳氮共滲之后就具有高達(dá)0.72ppm的值。這被相信是由于包含在碳氮共滲大氣中的氨氣(NH3)分解使得氮氣進(jìn)入鋼內(nèi)。相比之下，在樣品B-D中，氫量已經(jīng)降低到大約一半，即0.37-0.40ppm。此氫量處于與普通硬化制品內(nèi)的水平相同的水平。
所述氫量的降低使得可以降低由于氫的固溶體導(dǎo)致的鋼的脆性。即，氫量的降低已經(jīng)很大地提高了本發(fā)明實施例B-D的卻貝沖擊值。
(2)晶粒大小在二次硬化溫度低于碳氮共滲(一次硬化)期間的硬化溫度的情況下，即，在樣品B-D的情況下，晶粒大小已經(jīng)被顯著地制得更細(xì)到晶粒大小編號11-12的程度。樣品E和F以及傳統(tǒng)的碳氮共滲制品和普通硬化制品的奧氏體晶粒都是晶粒大小編號10，這表明它們比本發(fā)明實施例中的樣品B-D的奧氏體晶粒更粗。
(3)卻貝沖擊試驗根據(jù)表4，盡管傳統(tǒng)碳氮共滲制品的卻貝沖擊值是5.33J/cm2，但是本發(fā)明實施例中的樣品B-D的卻貝沖擊值高達(dá)6.30-6.65J/cm2。在這些樣品之中，具有較低的二次硬化溫度的樣品易于具有更高的卻貝沖擊值。普通硬化制品的卻貝沖擊值高達(dá)6.70J/cm2。
(4)破壞應(yīng)力值的測量所述破壞應(yīng)力值對應(yīng)于抗破裂強(qiáng)度。根據(jù)表4，傳統(tǒng)碳氮共滲制品具有2330Mpa的破壞應(yīng)力值。與此相比，樣品B-D的破壞應(yīng)力值被提高，即2650-2840Mpa。普通硬化制品的破壞應(yīng)力值是2770Mpa。因為不僅奧氏體晶粒被制得更細(xì)、而且氫含量被降低，樣品B-D提高的抗破裂強(qiáng)度被認(rèn)為很大。
(5)滾動疲勞測試根據(jù)表4，反映出在表面層中缺少碳氮共滲層，普通硬化制品在滾動疲勞壽命L10中最低。與此相比，傳統(tǒng)碳氮共滲制品的滾動疲勞壽命是3.1倍。樣品B-D的滾動疲勞壽命在傳統(tǒng)碳氮共滲制品上顯著地提高。樣品E和F在此值上與傳統(tǒng)碳氮共滲制品大體上相等。
總之，本發(fā)明實施例中的樣品B-D在氫含量上被降低，奧氏體晶粒大小被制得更細(xì)到不小于編號11的程度，且卻貝沖擊值、抗破裂強(qiáng)度、和滾動疲勞壽命被提高。
實施例II下面描述實施例II。在下面的X材料、Y材料和Z材料上進(jìn)行了一系列的試驗。要被熱處理的材料是JIS SUJ2材料(1.0％(重量)C-0.25％(重量)Si-0.4％(重量)Mn-1.5％(重量)Cr)，X材料-Z材料是相同的。X材料-Z材料中的每一個的生產(chǎn)過程如下。
X材料(比較例)僅被普通硬化(沒有碳氮共滲)。
Y材料(比較例)在碳氮共滲之后就被硬化(傳統(tǒng)碳氮共滲硬化)。碳氮共滲硬化溫度是845℃，且保持時間是150分鐘。用于碳氮共滲的大氣是RX滲碳?xì)怏w和氨氣的氣體混和物。
Z材料(發(fā)明實施例)圖10中的熱處理模式應(yīng)用到其上的軸承鋼。碳氮共滲硬化溫度是845℃，且保持時間是150分鐘。用于碳氮共滲的大氣是RX滲碳?xì)怏w和氨氣的氣體混和物。最終硬化溫度是800℃。
(1)滾動疲勞壽命如上所述，用于滾動疲勞壽命的試驗條件和試驗裝置顯示在表5和圖17、18中。表6中示出了所述滾動疲勞壽命試驗的結(jié)果。
表5

表6


根據(jù)表6，比較例的Y材料顯示為也是比較例的并僅經(jīng)受普通硬化的X材料的L10壽命(即每十個試驗片中一個破壞的壽命)的3.1倍，這展示了因為碳氮共滲而導(dǎo)致的很長的使用壽命效果。相比之下，本發(fā)明實施例的Z材料的壽命顯示為是Y材料壽命的1.74倍，并且是X材料壽命的5.4倍。這種提高的主要因素被相信是由于微觀結(jié)構(gòu)被制得更細(xì)。
(2)卻貝沖擊試驗卻貝沖擊試驗使用U形凹口試驗片并以與所述JISZ2242相似的方法進(jìn)行。試驗結(jié)果在表7中示出。
表7

經(jīng)受碳氮共滲的Y材料(比較例)的卻貝沖擊值不高于經(jīng)受普通硬化的X材料(比較例)的卻貝沖擊值，但是Z材料顯示了等于X材料的卻貝沖擊值的卻貝沖擊值。
(3)靜態(tài)破壞韌度值試驗圖19顯示了用于靜態(tài)破壞韌度試驗的試驗片。在此試驗片的凹口部分內(nèi)形成大約1mm的預(yù)先破裂的裂縫，且靜態(tài)載荷通過三點彎曲施加到其上以得到破壞載荷P。下面示出的公式(I)用于計算破壞韌度值(K1C)。此外，試驗結(jié)果在表8中示出。
K1C＝(PL√a/BW2){5.8-9.2(a/W)+43.6(a/W)2-75.3(a/W)3+77.5(a/W)4}... (I)表8


因為預(yù)先裂開的裂縫深度已經(jīng)變得比碳氮共滲層深度更大，所以在比較例的X材料與Y材料之間沒有差別。然而，本發(fā)明實施例的Z材料已經(jīng)獲得比較例的靜態(tài)破壞韌度值大約1.2倍的值。
(4)靜態(tài)壓碎強(qiáng)度試驗使用的靜態(tài)壓碎試驗片在圖16中示出。在所述圖中，載荷在P方向上被施加以進(jìn)行靜態(tài)壓碎強(qiáng)度試驗。試驗結(jié)果在表9中示出。
表9

經(jīng)受碳氮共滲的Y材料顯示了稍微低于經(jīng)受普通硬化的X材料的靜態(tài)壓碎強(qiáng)度值的靜態(tài)壓碎強(qiáng)度值。然而，本發(fā)明實施例的Z材料與Y材料相比已經(jīng)提高了靜態(tài)壓碎強(qiáng)度，并且已經(jīng)獲得了不亞于X材料水平的水平。
(5)隨時間變化的尺寸變化率隨時間變化的尺寸變化率的測量(保溫溫度為130℃，且保持時間為500小時)的結(jié)果與表面硬度和殘余奧氏體量(50μm深度)一起在表10中示出。
表10


可以看到的是，與具有很多殘余奧氏體量的Y材料的尺寸變化率相比，本發(fā)明實施例的Z材料的尺寸變化率被抑制為不到一半。
實施例III表11顯示了執(zhí)行與在包含雜質(zhì)的情況下氮含量和滾動壽命之間的關(guān)系有關(guān)的試驗結(jié)果。在此試驗中，使用圖8中所示的圓錐滾柱軸承。在實施例1-5中，外環(huán)13、內(nèi)環(huán)14、和圓錐滾柱16都根據(jù)圖12中所示的熱處理模式生產(chǎn)。此外，錐形滾柱的表面隨機(jī)地形成有表1和2中示出的無數(shù)個微小凹狀凹陷。另外，比較例1是經(jīng)受標(biāo)準(zhǔn)硬化的制品，比較例2是標(biāo)準(zhǔn)碳氮共滲制品。盡管與用于本發(fā)明實施例的處理相似的處理施加到其上，但是比較例3包含過多的氮。試驗條件如下。
樣品軸承錐形圓柱軸承30206(內(nèi)座圈和外座圈以及滾柱由JIS內(nèi)的第二類(SUJ2)高碳鉻軸承鋼制成)徑向載荷17.64kN軸向載荷1.47kN轉(zhuǎn)速2000rpm硬雜質(zhì)包含率1g/L表11

從表11中可以看出的是，在實施例1-5中，氮含量和包含雜質(zhì)的滾動壽命大體上彼此成比例。在氮含量是0.72的比較例3的情況下，包含雜質(zhì)的滾動壽命極低；根據(jù)此事實，可取的是氮含量的上限是0.7。
要理解的是，在此披露的實施例都是僅為了說明目的，且不應(yīng)該被認(rèn)為是限制性的。本發(fā)明的保護(hù)范圍不是由上面給出的描述限定，而是由權(quán)利要求限定。與包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)的改變和修改等同的改變和修改也包含在權(quán)利要求內(nèi)。
工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域空調(diào)器壓縮機(jī)軸承存在各種類型的空調(diào)器壓縮機(jī)，其中包括圖20中所示的雙側(cè)旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)，在雙側(cè)旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)中活塞54被固定到輸入旋轉(zhuǎn)軸50上的雙側(cè)旋轉(zhuǎn)斜盤52往復(fù)運動；圖21中所示的單側(cè)旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)，在單側(cè)旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)中活塞66由通過桿64被固定到輸入軸60上的單側(cè)旋轉(zhuǎn)斜盤62往復(fù)運動；和圖22中所示的可變?nèi)萘康膯蝹?cè)旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)，在可變?nèi)萘康膯蝹?cè)旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)中，活塞76由通過桿74被角度可變地連接到輸入旋轉(zhuǎn)軸70上的旋轉(zhuǎn)斜盤72往復(fù)運動。也存在渦旋類型壓縮機(jī)和葉片類型壓縮機(jī)。每一種類型的壓縮機(jī)具有裝入旋轉(zhuǎn)部分內(nèi)的滾動軸承。
具體地，在圖20中所示的雙側(cè)旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)的情況下，使用配備有保持架的滾針軸承56、和推力滾針軸承58。在圖21中的單側(cè)旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)的情況下，使用殼式滾針軸承68和推力滾針軸承58。在圖22中所示的可變?nèi)萘康膯蝹?cè)旋轉(zhuǎn)斜盤式壓縮機(jī)中，使用配備有保持架的滾針軸承56、和推力針軸承58。
使用在上述空調(diào)器內(nèi)的壓縮機(jī)中，內(nèi)部處于其中用于軸承的潤滑劑和制冷劑被混和的狀態(tài)。潤滑劑的液化和氣化通過壓縮機(jī)的壓縮和膨脹而重復(fù)，與普通操作油等相比這意味著惡劣的潤滑條件。使用在空調(diào)器的壓縮機(jī)內(nèi)的軸承中，因為制冷劑的混入和潤滑劑的量的降低，與普通操作油相比，潤滑狀態(tài)不好，且在滾動表面出現(xiàn)剝落損害，這引起過早的磨損。
用于行星齒輪裝置的軸承配備有保持架的滾柱由作為滾動元件的滾柱、和保持架組成，且其中用于搖臂和外環(huán)的殼體、和用作內(nèi)環(huán)的軸彼此線性接觸的構(gòu)造提供了在有限空間獲得高負(fù)載能力和高剛性的優(yōu)點。因此，此構(gòu)造適于在惡劣使用條件(包括偏心旋轉(zhuǎn)或行星運動)下使用的軸承，且被用作在行星齒輪裝置中用于支撐徑向載荷的軸承。
圖23和24顯示了作為行星齒輪裝置的實施例的減速器。此行星齒輪裝置包括環(huán)形齒輪78，所述環(huán)形齒輪78是內(nèi)部有齒的恒星齒輪；用作旋轉(zhuǎn)輸出部分的載架80；曲柄軸82，所述曲柄軸82是被所述載架89可旋轉(zhuǎn)地支撐的支撐軸，并具有多個相鄰的偏心軸部分82a和82b；多個行星齒輪84和86，所述多個行星齒輪84和86可旋轉(zhuǎn)地安裝在曲柄軸82的偏心軸部分82a和82b上并與環(huán)形齒輪78嚙合；和用于將旋轉(zhuǎn)輸入到曲柄軸82的旋轉(zhuǎn)輸入部分88。環(huán)形齒輪78固定到殼體90上。載架80由輸入軸94和傳動齒輪96組成，所述輸入軸94與環(huán)形齒輪78同心從而可與環(huán)形齒輪78同心旋轉(zhuǎn)，所述傳動齒輪96安裝在每一個曲柄軸82上并與輸入軸94的齒輪部分嚙合。曲柄軸82在載架80的圓周上設(shè)置在多個位置(例如，3個位置)上。如圖24中所示，行星齒輪84和86通過配備有保持架的滾柱98安裝在曲柄軸82的偏心軸部分82a和82b內(nèi)。例如，將圖1中所示的實施例形式的滾針軸承用為配備有保持架的滾柱98。
下面描述行星齒輪裝置的操作。當(dāng)在中心的輸入軸94旋轉(zhuǎn)時，三個曲柄軸82通過傳動齒輪96彼此同步旋轉(zhuǎn)。在此，第一階段的速度降低得以實現(xiàn)。曲柄軸82和行星齒輪84和86通過配備有保持架的滾柱98彼此連接。曲柄軸82的回轉(zhuǎn)與沿著內(nèi)部有齒的環(huán)形齒輪78的內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)的行星齒輪84和86的行星旋轉(zhuǎn)和自軸旋轉(zhuǎn)的合成運動同步。兩個軸向并置的行星齒輪84和86圍繞是內(nèi)部有齒的恒星齒輪的環(huán)形齒輪78做軌道旋轉(zhuǎn)，并且彼此具有180度的相位移位。因此，由于兩個行星齒輪84和86的回轉(zhuǎn)引起的慣性力彼此消除。內(nèi)部有齒的環(huán)形齒輪78被固定，且行星齒輪84和86圍繞內(nèi)部有齒的環(huán)形齒輪78的內(nèi)周邊旋轉(zhuǎn)。三個曲柄軸82設(shè)置在用作輸出部件的載架80的兩個圓盤部分80a和80b之間。因此，行星齒輪84和86的軌道旋轉(zhuǎn)通過曲柄軸82的軌道旋轉(zhuǎn)到達(dá)載架80，由此提供被減速的轉(zhuǎn)動。
在此布置的行星齒輪裝置中，大的徑向載荷作用在置于行星齒輪84、86與曲柄軸82之間的配備有保持架的滾柱98上，且配備有保持架的滾柱98的安裝隔離件被限制在適當(dāng)?shù)奈恢靡员惚苊庹麄€支撐結(jié)構(gòu)的尺寸擴(kuò)大。
由此，本發(fā)明的滾柱軸承(配備有保持架的滾柱98)被應(yīng)用到曲柄軸類型的行星齒輪裝置上，藉此在配備有保持架的滾柱98的有限的空間內(nèi)獲得了很大的負(fù)載能力。油運行優(yōu)異的優(yōu)點保證了即使配備有保持架的滾柱98在高載荷條件時產(chǎn)生偏心運動(這是行星齒輪支撐的特征)的惡劣條件下，也不會存在滾針軸承2(圖1)或曲柄軸82的表面損壞或磨損的問題，并且由于滾針軸承2、曲柄軸82、和行星齒輪84、86之間的金屬接觸導(dǎo)致的滾針軸承2的過熱也被避免，從而可以提高耐久性。
圖25顯示了行星齒輪裝置，所述行星齒輪裝置具有分別設(shè)置在兩個載架104和106之間的單列行星齒輪100和102。圖25是用于顯示行星齒輪100、102與載架104、106之間關(guān)系的視圖，且所述布置的用作行星齒輪裝置的一部分被省略。行星齒輪100通過配備有保持架的滾柱108設(shè)置在被設(shè)置在第一載架104上的支撐軸104a上。這樣的行星齒輪100設(shè)置在載架104圓周上等距間隔開的三個位置上。另一行星齒輪102設(shè)置在第二載架106內(nèi)并通過配備有保持架的滾柱110設(shè)置在支撐軸106a上。這樣的行星齒輪102設(shè)置在載架106圓周上等距間隔開的四個位置上。在各個配備有保持架的滾柱108和110內(nèi)的滾柱在行星齒輪100和102上以及在支撐軸104a和104b的外徑表面上滾動。行星齒輪100和102與設(shè)置在外殼內(nèi)的內(nèi)部有齒的恒星齒輪114嚙合。此外，一個行星齒輪100與設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸118上的第一外部有齒的恒星齒輪118a嚙合，且另一行星齒輪100與設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸118上的第二外部有齒的恒星齒輪118b嚙合。載架104和106與內(nèi)部有齒的恒星齒輪114可同心旋轉(zhuǎn)地設(shè)置。例如，圖1中所示的實施例形式的滾針軸承被使用為配備有保持架的滾柱108和110。另外，此行星齒輪裝置被裝入旋轉(zhuǎn)斜盤式軸向柱塞泵內(nèi)，并被用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)斜盤116以驅(qū)動泵部分。
在本發(fā)明的行星齒輪減速器軸承在這種布置的行星齒輪裝置中用作配備有保持架的滾柱108和110的情況下，負(fù)載能力高且油運行(或稱為通油性)和耐久性優(yōu)異的優(yōu)點可以有效地發(fā)展。
圖26和27顯示了行星齒輪裝置的另一實施例。圖26顯示了設(shè)置有行星齒輪裝置的風(fēng)力發(fā)電機(jī)加速機(jī)構(gòu)。此加速機(jī)構(gòu)包括用于加速輸入軸120的旋轉(zhuǎn)以將所述旋轉(zhuǎn)傳遞到低速軸122的行星齒輪裝置124，和用于進(jìn)一步加速低速軸122的旋轉(zhuǎn)以將所述旋轉(zhuǎn)傳遞到輸出軸126的二次加速裝置128。行星齒輪裝置124和二次加速裝置128安裝在共用的外殼130內(nèi)。輸入軸120連接到風(fēng)車(或風(fēng)力發(fā)動機(jī))(沒有示出)等的主軸，同時輸出軸126連接到發(fā)電機(jī)(沒有示出)。
行星齒輪裝置124在能被旋轉(zhuǎn)的載架132圓周方向上的多個位置設(shè)置有支撐軸138。每一個支撐軸138通過配備有保持架的滾柱136可旋轉(zhuǎn)地支撐行星齒輪134。每一個行星齒輪134的配備有保持架的滾柱136在圖示的實施例中設(shè)置成兩個并置排，但是也可以使用單排。作為用作行星齒輪裝置124中的輸入部分的部件的載架132，與輸入軸一體形成或一體地連接到輸入軸上。載架132通過軸承140在外殼130內(nèi)可旋轉(zhuǎn)地支撐在輸入軸120上。由載架132支撐的行星齒輪134與是內(nèi)部有齒的恒星齒輪的環(huán)形齒輪142嚙合，所述環(huán)形齒輪142設(shè)置在外殼130內(nèi)，并且行星齒輪134也與恒星齒輪144嚙合，所述恒星齒輪144與環(huán)形齒輪142同心設(shè)置。環(huán)形齒輪142可以是直接形成在外殼130上的環(huán)形齒輪或固定到外殼130上的環(huán)形齒輪。外部有齒的恒星齒輪144是用作行星齒輪裝置124內(nèi)的輸入部分的一部分，并被安裝在低速軸122上。低速軸122通過軸承146和148可旋轉(zhuǎn)地支撐在外殼130內(nèi)。
二次加速裝置128由齒輪系組成。在圖示的實施例中，二次加速裝置128具有齒輪系從而被固定到低速軸122上的齒輪152與在中間軸160上的小徑齒輪154嚙合，且設(shè)置在中間軸160上的大徑齒輪156與在輸出軸126上的齒輪158嚙合。中間軸160和輸出軸126分別被軸承162和164可旋轉(zhuǎn)地支撐在外殼內(nèi)。
外殼130的底部具有形成用于潤滑油的油槽150的部分。油槽150的油位L具有如此高度，即支撐行星齒輪134的配備有保持架的滾柱136通過載架132的旋轉(zhuǎn)動作能夠進(jìn)入和出來。例如，圖1中所示的實施例形式的行星齒輪減速器軸承被用作支撐每一個行星齒輪134的配備有保持架的滾柱136。
下面描述上面布置的操作。當(dāng)輸入軸120旋轉(zhuǎn)時，與輸入軸120一體的載架132旋轉(zhuǎn)，從而被支撐在載架132上的多個位置內(nèi)的行星齒輪134做軌道旋轉(zhuǎn)移動。此時，單個行星齒輪134做軌道旋轉(zhuǎn)同時與固定的環(huán)形齒輪142配合，從而產(chǎn)生每一個行星齒輪134的自軸旋轉(zhuǎn)。外部有齒的恒星齒輪144與做自軸旋轉(zhuǎn)的行星齒輪134嚙合同時做軌道旋轉(zhuǎn)；因此，恒星齒輪144設(shè)置在二次加速裝置128的低速軸122上，且恒星齒輪144的旋轉(zhuǎn)被二次加速裝置128加速并被傳遞到輸出軸126。由此，輸入到輸入軸120的風(fēng)車主軸(沒有示出)的旋轉(zhuǎn)被行星齒輪裝置124和二次加速裝置128極大地加速并被傳遞到輸出軸126。因此，即使當(dāng)風(fēng)車基于風(fēng)力狀態(tài)低速旋轉(zhuǎn)時，也可以從輸出軸126獲得能夠發(fā)電的高速旋轉(zhuǎn)。
支撐各個行星齒輪134的配備有保持架的滾柱136的潤滑如下實現(xiàn)。當(dāng)載架132旋轉(zhuǎn)時，行星齒輪134和配備有保持架的滾柱136在它們的軌道旋轉(zhuǎn)期間當(dāng)它們位于底部內(nèi)時浸入油槽150內(nèi)，從而潤滑油被供給到行星齒輪134和配備有保持架的滾柱136。
由此，在圖1中所示的實施例形式的減速器軸承被應(yīng)用到行星齒輪裝置124上用于加速的情況下，負(fù)載能力高且油運行和耐久性優(yōu)異的優(yōu)點可以有效地發(fā)展。
圖28顯示了行星齒輪裝置的另一實施例。在圓周方向上等間距地將多個行星齒輪172置于設(shè)置在輸入部件168的外周邊內(nèi)的外部有齒的恒星齒輪168a與設(shè)置在外殼170的內(nèi)周邊內(nèi)的內(nèi)部有齒的恒星齒輪170a之間，且所述多個行星齒輪172與恒星齒輪170a和168a都嚙合。各個行星齒輪172通過配備有保持架的滾柱178可旋轉(zhuǎn)地支撐在支撐軸174上，且支撐軸174被固定到用作載架的輸出部件176上。
當(dāng)輸入部件168旋轉(zhuǎn)時，與恒星齒輪168a在恒星齒輪168a的外周邊上嚙合的行星齒輪172圍繞輸入部件168的軸線做軌道旋轉(zhuǎn)，同時每一個行星齒輪172圍繞支撐軸174的軸線做自軸旋轉(zhuǎn)。行星齒輪172的軌道回轉(zhuǎn)運動通過支撐軸174被轉(zhuǎn)變成輸出部件176的轉(zhuǎn)動，從而輸出部件以被根據(jù)預(yù)定減速比減速的速度旋轉(zhuǎn)。
也在此布置的行星齒輪裝置的情況下，本發(fā)明的行星齒輪減速器軸承用作配備有保持架的滾柱178保證了下面的優(yōu)點負(fù)載能力高且油運行和耐久性優(yōu)異的優(yōu)點可以有效地發(fā)展。另外，支撐行星齒輪172以便其相對于支撐軸174旋轉(zhuǎn)的配備有保持架的滾柱178被外殼170內(nèi)的潤滑油潤滑。然而，外殼170內(nèi)的潤滑油含有例如齒輪磨損粉末的雜質(zhì)，這易于容易地引起由于雜質(zhì)的滯留導(dǎo)致降低軸承使用壽命、和潤滑油通道堵塞的問題。然而，上面布置的配備有保持架的滾柱178的優(yōu)異的油運行特性消除了有關(guān)潤滑的問題，這使得可以延長軸承部分的使用壽命。
用于引擎搖臂的軸承在提高用于引擎的閥移動系統(tǒng)的耐久性以實現(xiàn)不用保養(yǎng)的閥移動系統(tǒng)中，在凸輪軸上的凸輪、和接觸器(搖臂和挺桿)的潤滑和磨損出現(xiàn)問題。作為防止由于閥移動系統(tǒng)的磨損導(dǎo)致的閥余隙的措施，液壓閥間隙(或稱之為氣門間隙)調(diào)整器已經(jīng)實際用于OHV式引擎，而接觸器的滾動已經(jīng)被快速地實施以便采取措施防止凸輪和接觸器的磨損，并降低摩擦損失。
在此連接中，在其它引擎部分中，凸輪部分從潤滑的立場來看經(jīng)受了惡劣的條件，且接觸表面被稱為邊界潤滑區(qū)域。將在這樣的條件下使用的軸承，盡管基本上是滾動接觸，但是由于軸承外環(huán)的旋轉(zhuǎn)速度變化或由凸輪形狀引起的軸承載荷的劇烈變化而不能進(jìn)行單純的滾動運動，從而軸承在滾動接觸中包括滑動，且基于潤滑條件(油量、油溫、雜質(zhì))在軸承中出現(xiàn)剝落現(xiàn)象等，這有時導(dǎo)致軸承使用壽命的縮短。
首先，圖29-31顯示了引擎中的搖臂致動軸承。圖29顯示了OHC式引擎的示例，其中凸輪軸180上的凸輪182適于直接擺動搖臂186，搖臂的擺動運動打開和關(guān)閉閥188。軸承192連接到搖臂186的面向凸輪182的端部，所述軸承192適于余凸輪182的周邊表面滾動接觸。圖30和31顯示了OHV式引擎的示例，其中推桿184的通過凸輪軸180上的凸輪182垂直移動的上端與搖臂186接合，從而擺動的搖臂186打開和關(guān)閉閥188。軸承192連接到設(shè)置在推桿184下端的液壓閥間隙調(diào)整器190的下端，所述軸承192適于與凸輪182的周邊表面滾動接觸。
如圖32和33中放大所示，軸承192是全滾柱式，其中外環(huán)196通過滾針198配合在支撐軸194上，且內(nèi)環(huán)被省略而支撐軸194的外周表面用作滾道表面。另外，圖32和33通過放大顯示了圖29中的軸承192部分。且至少外環(huán)的外表面隨機(jī)地形成有用于表面微粗加工的無數(shù)個微小凹狀凹陷。
用于液壓泵的滾針軸承圖34和35顯示了作為液壓泵典型示例的一般外嚙合齒輪泵的截面視圖。如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，外嚙合齒輪泵由一對外齒輪(或稱為外嚙合齒輪)208和212組成。即，一對齒輪208和212容納在外殼216內(nèi)，且齒輪208和212的軸部分210和214通過滾針軸承222被可旋轉(zhuǎn)地支撐。且，外殼216具有吸入口218和輸出口220，從而當(dāng)齒輪208和212旋轉(zhuǎn)時，油通過吸入口218吸入且加壓的油從輸出口220輸出。上述齒輪泵中的支撐軸的滾針軸承每一個具有內(nèi)環(huán)和外環(huán)以及滾動元件作為主要組成元件。另外，圖34和35中的滾針軸承222是其中在沒有內(nèi)環(huán)的情況下、軸210和214的外周表面直接用作滾道表面的類型。且滾動元件的滾動表面和端面，和/或內(nèi)環(huán)和外環(huán)的滾道表面隨機(jī)地形成有無數(shù)用于表面微粗加工的微小凹狀的凹陷。
用于圖36中所示的齒輪泵的滾針軸承200是其中用作滾動元件的滾針202裝入外環(huán)204內(nèi)、且滾針202支撐配合軸(沒有示出)的滾針軸承。滾針202被保持架206在圓周方向上一致地和可滾動地保持。
用于內(nèi)燃機(jī)連接桿的滾針軸承例如，如圖37中所示的雙循環(huán)內(nèi)燃機(jī)采用下面的布置用于活塞226的曲柄銷224和活塞銷228通過連接桿230連接，且滾針軸承236和238置入連接桿230的小端232與活塞銷228之間和連接桿230的大端234與曲柄銷224之間。
圍繞滾針軸承236的各種結(jié)構(gòu)問題內(nèi)化于小端232內(nèi)。例如，存在(I)圓柱滑動表面的磨損，(II)爆燃中的活塞銷228的變形，(III)活塞銷228的傾斜，和(IV)活塞銷銷轂的磨損。作為在這些情況下采取的措施，針對(I)通過空氣分布板的工業(yè)化，針對(II)通過設(shè)定臨界厚度，針對(III)通過控制連接桿的小端來解決所述問題。特別地，對于防止連接桿的傾斜，已經(jīng)提出使連接桿的外徑表面球形化和將連接桿的相對的橫向表面形成為推力軸承。
在此連接中，因為活塞桿228由鋼制成而活塞226由鋁制成，所以在所述(IV)中出現(xiàn)了活塞桿228的磨損，從而因為在配合中由于爆燃時的熱效應(yīng)產(chǎn)生了間隙而出現(xiàn)了磨損?；钊麠U228的磨損形成活塞銷228傾斜的原因，這很容易在連接桿的小端內(nèi)的滾針軸承236內(nèi)產(chǎn)生邊緣載荷，并引起提前的剝落。因此，有必要采取措施防止活塞銷228的磨損。
近年來，在由環(huán)境控制和低耗油率需求而導(dǎo)致的潤滑不足的情況下工業(yè)引擎更高速度的旋轉(zhuǎn)的趨勢越來越明顯，這導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)由于不良潤滑出現(xiàn)的金屬接觸而引起的表面開始的磨損。
權(quán)利要求
1.一種滾動軸承，其中至少滾動元件的表面隨機(jī)地形成有無數(shù)個微小凹狀凹陷，設(shè)置有所述凹陷的表面具有0.4μm≤Ryni≤1.0μm范圍內(nèi)的表面粗糙度參數(shù)Ryni，和不大于-1.6的表面粗糙度參數(shù)Sk值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動軸承，其中外環(huán)、內(nèi)環(huán)、和滾動元件構(gòu)成所述滾動軸承，所述軸承構(gòu)成元件中的至少一個具有富氮層，在所述富氮層內(nèi)的奧氏體晶粒的晶粒大小編號在超過編號10的范圍內(nèi)。
3.一種滾動軸承，其中至少滾動元件的表面隨機(jī)地形成有無數(shù)個微小凹狀凹陷，所述滾動元件每一個具有富氮層，在所述富氮層內(nèi)的奧氏體晶粒的晶粒大小編號在超過編號10的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的滾動軸承，其中設(shè)置有所述凹陷的表面內(nèi)的凹陷的面積系數(shù)在5-20％的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的滾動軸承，其中設(shè)置有所述凹陷的表面具有0.4μm≤Ryni≤1.0μm范圍內(nèi)的表面粗糙度參數(shù)Ryni。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的滾動軸承，其中設(shè)置有所述凹陷的表面具有0.4μm≤Ryni≤1.0μm范圍內(nèi)的表面粗糙度參數(shù)Ryni。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的滾動軸承，其中當(dāng)設(shè)置有所述凹陷的表面的表面粗糙度由參數(shù)Rqni表示時，軸向表面粗糙度Rqni(L)與圓周方向表面粗糙度Rqni(C)的比即Rqni(L)/Rqni(C)是1.0或1.0以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的滾動軸承，其中所述富氮層中的氮含量在0.1％-0.7％的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的滾動軸承，其中所述至少一個部件是滾道環(huán)，且所述氮含量是在磨削之后在50μm深的表面處的值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的滾動軸承，其中所述滾動軸承是用于空調(diào)器壓縮機(jī)的滾動軸承。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的滾動軸承，其中所述滾動軸承是用于行星齒輪裝置的軸承。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的滾動軸承，其中所述滾動軸承是用于引擎搖臂的滾動軸承。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的滾動軸承，其中所述滾動軸承是用于液壓泵的軸承。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的滾動軸承，其中所述滾動軸承是用于內(nèi)燃機(jī)連接桿的軸承。
全文摘要
很多微小的凹陷隨機(jī)地設(shè)置在滾動軸承的至少滾動主體的表面上。所述設(shè)置有凹陷的表面的表面粗糙度參數(shù)Ryni設(shè)置在0.4μm－1.0μm的范圍內(nèi)，且Sk值設(shè)定到不大于－1.6。
文檔編號F16C33/66GK1973143SQ200580020960
公開日2007年5月30日 申請日期2005年5月6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, 神原盛二 申請人:Ntn株式會社