CN118057039A - 低摩擦圆锥滚子轴承及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低摩擦圆锥滚子轴承的制造方法，包括：步骤1：对外圈滚道表面、内圈滚道表面、滚动表面、滚子大端面中的至少一者执行表面粗糙度优化处理；步骤2：对外圈滚道表面、内圈滚道表面、滚动表面、滚子大端面中的经表面粗糙度优化处理的至少一者执行黑色氧化处理。本发明还提供一种通过前述方法制造的低摩擦圆锥滚子轴承。对轴承中的工作表面执行粗糙度优化处理，随后执行黑色氧化处理，能够大大促进在相关表面上形成润滑油膜，显著改善该表面的润滑油附着状态，从而展现出优异的降低摩擦的效果。本发明方法的轴承还可进一步减少圆锥滚子的数量，增大圆锥滚子的直径，在保证轴承受力需求的情况下，进一步降低摩擦。

Description

低摩擦圆锥滚子轴承及其制造方法

技术领域

本发明提供一种低摩擦圆锥滚子轴承的制造方法以及该低摩擦圆锥滚子轴承。

背景技术

轴承是各种领域常用的旋转机构。轴承的性能往往影响相关结构、设备的性能。特别是对于汽车领域来说，轴承中运动部件之间的摩擦力将显著影响整个汽车的能耗、运动性能等。

因此，本领域常常追求降低轴承中运动部件之间的摩擦力，进而降低轴承的摩擦扭矩。特别是对于圆锥滚子轴承来说，由于其常常用于汽车中轮毂、驱动桥等部件，因此进一步降低圆锥滚子轴承的摩擦扭矩是十分重要的，且这也是进一步节能减排的重要需求。

然而，现有技术中常见的摩擦降低方法对圆锥滚子轴承的摩擦扭矩降低效果十分有限，难以适应汽车轮毂、驱动桥等部件的更高需求。因此，本领域需要一种能针对圆锥滚子执行的简单易行、成本有效且效果显著的摩擦降低方法。

发明内容

针对上文提到的问题和需求，本公开提出了一种新型的技术方案，其由于采取了如下技术特征而解决了上述问题，并带来其他技术效果。

本发明提供一种低摩擦圆锥滚子轴承的制造方法，该圆锥滚子轴承包括外圈、内圈、和多个圆锥滚子，所述外圈包括外圈滚道表面，所述内圈包括内圈滚道表面和大端面，所述多个圆锥滚子每一个包括滚动表面，所述方法包括：

步骤1：对所述外圈滚道表面、所述内圈滚道表面、所述滚动表面和所述大端面中的至少一者执行表面粗糙度优化处理；

步骤2：对所述外圈滚道表面、所述内圈滚道表面、所述滚动表面和所述大端面中的经表面粗糙度优化处理的所述至少一者执行黑色氧化处理。

本发明提供一种通过前述方法制造的低摩擦圆锥滚子轴承。

根据本发明，对轴承中的工作表面执行粗糙度优化处理，随后执行黑色氧化处理，能够大大促进在相关表面上形成润滑油膜，显著改善该表面的润滑油附着状态，从而展现出优异的降低摩擦的效果。而且，应用了本发明方法的轴承还可进一步减少圆锥滚子的数量，增大圆锥滚子的直径，在保证轴承受力需求的情况下，进一步降低摩擦。

附图说明

图1-2为根据本发明的方法制造的圆锥滚子轴承的示意图。

具体实施方式

为了使得本公开的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本公开具体实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

与附图所展示的实施例相比，本公开保护范围内的可行实施方案可以具有更少的部件、具有附图未展示的其他部件、不同的部件、不同地布置的部件或不同连接的部件等。此外，附图中两个或更多个部件可以在单个部件中实现，或者附图中所示的单个部件可以实现为多个分开的部件。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。未说明部件数量时，部件数量可以是一个或多个；同样，“一”、“该”、“所述”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“安装”、“设置”“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的安装、设置、连接，而是可以包括电性的安装、设置、连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示设备使用时的相对方位关系或附图所示的方位关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

为便于说明，在本文中将轴承的旋转轴线方向称为轴向方向，且将垂直于该轴向方向的方向称为径向方向。术语“内/向内”是指沿朝向轴承内部，相反地，术语“外/向外”是指朝向轴承外部。

如图1和2所示，根据本发明的优选实施例，提出一种低摩擦圆锥滚子轴承的制造方法。该圆锥滚子轴承(以下简称“轴承”)包括外圈1、内圈2、、多个圆锥滚子3、和保持架4。外圈1包括外圈滚道表面10，内圈2包括内圈滚道表面20，且多个圆锥滚子3每一个包括滚动表面30、大端面31(也称球基面)和小端面32。可以理解，这些表面10、20、30为轴承中互相接触的主要工作表面。另外，附图所示的这种圆锥滚子轴承主要用于承受单向轴向力，因此大端面31也会与内圈2的第一内圈挡边表面21形成较大面积的接触，也会产生较大的摩擦。

根据该优选实施例的方法包括：

步骤1：对外圈滚道表面10、内圈滚道表面20、滚动表面30和大端面31中的至少一者执行表面粗糙度优化处理；

步骤2：对外圈滚道表面10、内圈滚道表面20、滚动表面30和大端面31中的经表面粗糙度优化处理的至少一者执行黑色氧化处理(Black Oxide)。

根据该方法，在步骤1中可以根据轴承的实际设计要求、成本和加工条件等，对如前所述表面10、20、30、31选择性地执行粗糙度优化处理，即至少应对其中一个部件上的相关表面进行表面粗糙度优化处理。当然，更优选的是对外圈滚道表面10、内圈滚道表面20、滚动表面30和大端面31都进行表面粗糙度优化处理。且根据本发明发明人的研究发现，在执行表面粗糙度优化处理后，这些已被优化了表面粗糙度的表面特别适于执行后续的黑色氧化处理，且在黑色氧化处理后展现出优越的摩擦降低效果。

另外，现有技术中黑色氧化处理通常用于提高部件的抗腐蚀能力(当部件暴露于外部恶劣环境时)、防止材料开裂(当部件相关部分受到较大应力时)等，但现有技术的黑色氧化处理并未展现出降低轴承中互相接触的工作表面之间的摩擦力的效果。因此，本领域技术人员不会出于降低摩擦力的目的对轴承执行黑色氧化处理。而经本发明的发明人研究发现，相关表面在经表面粗糙度优化处理后再执行黑色氧化处理，能够大大促进在该表面上形成润滑油膜，显著改善该表面的润滑油附着状态，从而展现出优异的降低摩擦的效果。

进一步优选地，步骤1中的表面粗糙度优化处理还包括：

步骤11：通过砂轮执行初步表面粗糙度优化处理；

步骤12：通过油石执行最终表面粗糙度优化处理。

在上述步骤中，通过两个步骤的表面粗糙度优化，可以大大提高处理效率，并提高对最终表面粗糙度的精细控制，以利于后续的黑色氧化处理。而且，优选地，最终表面粗糙度优化处理后的相关表面的粗糙度Ra可以低于0.08，和/或峰高Rpk可以低于0.1。经研究发现，该优化的表面粗糙度和峰高值将促进黑色氧化处理并使相关表面展现出优异的促进润滑油膜形成和润滑油膜附着能力，减少滑动磨损和黏着磨损，从而在低卡帕(kappa)条件下也能起到对相关接触表面的保护。

需要强调的是，尽管本领域中改变表面粗糙度通常可以改变相关表面的摩擦力，但简单地降低表面粗糙度所能带来的摩擦力降低效果十分有限，而本发明的目的在于，通过优化表面粗糙度来优化黑色氧化处理的过程，进而改善润滑油膜的形成和附着，进而达到进一步大幅降低摩擦力的效果。

另外，对于各种不同的结构、材料和功能的部件来说，常规的黑色氧化处理的温度范围很大，且通常可以通过各种不同的工艺和步骤来实现黑色氧化。然而，并不是所有黑色氧化处理温度和工艺步骤都能达到最理想的摩擦降低效果。经本发明人的大量研究发现，步骤2中的黑色氧化处理更优选地是在135℃-150℃的温度下并在强碱性溶液中执行。在上述温度范围的强碱性溶液中进行黑色氧化处理特别适于在经表面粗糙度优化处理后的表面上实现进一步降低摩擦的效果。例如，对于马氏体硬化轴承来说，在上述温度范围的强碱性溶液中进行黑色氧化处理，特别适于在经表面粗糙度优化的表面上形成Fe₄O₃，进而改善相关表面的微观结构，以降低摩擦。

进一步优选地，除了对上述表面10、20、30、31执行黑色氧化处理外，步骤1还可包括：对第一内圈挡边表面21执行表面粗糙度优化处理；步骤2还包括：对第一内圈挡边表面21执行黑色氧化处理。

根据未示出的另一优选实施例，圆锥滚子轴承可以设计为承受双向轴向力，在这种情况下，所述外圈1可以包括与所述大端面31接触的第一外圈挡边表面和与所述小端面32接触的第二外圈挡边表面(根据不同的受力方向会发生不同面上的接触)，相应地，内圈2的第二内圈挡边表面22也会在不同的受力情况下与圆锥滚子3的小端面32接触的。换句话说，内外圈的挡边表面都有可能与相应的大端面、小端面接触。

进而，针对这种结构的轴承，本发明还提出，步骤1还可包括：对小端面32、第一内圈挡边表面21、第二内圈挡边表面22、第一外圈挡边表面和第二外圈挡边表面中的至少一者执行表面粗糙度优化处理；步骤2还包括：对小端面32、第一内圈挡边表面21、第二内圈挡边表面22、第一外圈挡边表面和第二外圈挡边表面中的经表面粗糙度优化处理的至少一者执行黑色氧化处理。更优选的是，对小端面32、第一内圈挡边表面21、第二内圈挡边表面22、第一外圈挡边表面和第二外圈挡边表面都执行表面粗糙度优化处理和黑色氧化处理。

进一步优选地，根据本发明的方法还可包括黑色氧化处理后的跑合处理，即本发明的方法还包括步骤3：对圆锥滚子轴承执行跑合处理，以进一步降低相关表面的表面粗糙度。经跑合后，更能展现本发明的经表面粗糙度优化并经黑色氧化处理后的优越摩擦降低效果。

进一步优选地，为了适应一些轴承的结构和生产方面的需求，本发明的步骤2还可包括：对外圈1、内圈2、和多个圆锥滚子3每一个整体执行黑色氧化处理，从而简化黑色氧化处理的过程，提高处理效率。

进而，本发明还提供一种通过如前所述的方法制造的低摩擦圆锥滚子轴承。

而且，本发明还提出，在经本发明的方法优化了轴承的摩擦力的情况下，进一步减少圆锥滚子的数量，同时为了满足受力需求，增加圆锥滚子的直径。

在这方面，本发明的发明人针对各个系列和型号的圆锥滚子轴承进行了对比研究，与未经本发明的方法优化的圆锥滚子轴承相比，圆锥滚子的数量可以降低3％～20％，且每个圆锥滚子的大端面直径可以增加1％～10％(应理解，根据一定的锥度比可以进一步推算小端面直径)，从而整个轴承的摩擦扭矩可以降低10％～60％，寿命可以提高24％。经对比发现，采用现有技术的其他方法制造的低摩擦轴承无法达到上述摩擦扭矩降低效果。

上文中参照优选的实施例详细描述了本公开的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本公开理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本公开提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (10)

1.一种低摩擦圆锥滚子轴承的制造方法，该圆锥滚子轴承包括外圈(1)、内圈(2)、和多个圆锥滚子(3)，所述外圈(1)包括外圈滚道表面(10)，所述内圈(2)包括内圈滚道表面(20)，所述多个圆锥滚子(3)每一个包括滚动表面(30)和大端面(31)，所述方法包括：

步骤1：对所述外圈滚道表面(10)、所述内圈滚道表面(20)、所述滚动表面(30)和所述大端面(31)中的至少一者执行表面粗糙度优化处理；

步骤2：对所述外圈滚道表面(10)、所述内圈滚道表面(20)、所述滚动表面(30)和所述大端面(31)中的经表面粗糙度优化处理的所述至少一者执行黑色氧化处理。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述内圈(2)包括与所述大端面(31)接触的第一内圈挡边表面(21)，其中

所述步骤1还包括：对所述第一内圈挡边表面(21)执行表面粗糙度优化处理；

所述步骤2还包括：对所述第一内圈挡边表面(21)执行黑色氧化处理。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个圆锥滚子(3)每一个还包括小端面(32)，所述内圈(2)包括与所述大端面(31)接触的第一内圈挡边表面(21)和与所述小端面(32)接触的第二内圈挡边表面(22)，且所述外圈(1)包括与所述大端面(31)接触的第一外圈挡边表面和与所述小端面(32)接触的第二外圈挡边表面，其中

所述步骤1还包括：对所述小端面(32)、所述第一内圈挡边表面(21)、所述第二内圈挡边表面(22)、所述第一外圈挡边表面和所述第二外圈挡边表面中的至少一者执行表面粗糙度优化处理；

所述步骤2还包括：对所述小端面(32)、所述第一内圈挡边表面(21)、所述第二内圈挡边表面(22)、所述第一外圈挡边表面和所述第二外圈挡边表面中的经表面粗糙度优化处理的所述至少一者执行黑色氧化处理。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述步骤1中的表面粗糙度优化处理包括：

步骤11：通过砂轮执行初步表面粗糙度优化处理；

步骤12：通过油石执行最终表面粗糙度优化处理。

5.如权利要求4所述的方法，其中，最终表面粗糙度优化处理后的相关表面的粗糙度Ra低于0.08和/或峰高Rpk低于0.1。

6.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述步骤2中的黑色氧化处理包括：

在135℃-150℃的温度下并在强碱性溶液中执行黑色氧化处理。

7.如权利要求1-3中任一项所述的方法，还包括：

步骤3：对所述圆锥滚子轴承执行跑合处理，以进一步降低相关表面的表面粗糙度。

8.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述步骤2包括：对外圈(1)、内圈(2)、和多个圆锥滚子(3)每一个整体执行黑色氧化处理。

9.一种通过权利要求1-9中任一项所述的方法制造的低摩擦圆锥滚子轴承。

10.如权利要求9所述的方法，其中，与未经所述方法制造的圆锥滚子轴承相比，低摩擦圆锥滚子轴承中的圆锥滚子数量降低3％～20％，每个圆锥滚子的大端面直径增加1％～10％，且该低摩擦圆锥滚子轴承的摩擦扭矩降低10％～60％。