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CN112703080A - 用于加工轴承环和制造滚动轴承的方法 - Google Patents

用于加工轴承环和制造滚动轴承的方法 Download PDF

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CN112703080A CN201980058748.8A CN201980058748A CN112703080A CN 112703080 A CN112703080 A CN 112703080A CN 201980058748 A CN201980058748 A CN 201980058748A CN 112703080 A CN112703080 A CN 112703080A
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Abstract

本发明涉及一种用于加工滚动轴承(1)特别是车轮轴承的轴承环(2、3)的方法，该方法包括以下特征：在加工机器中将用于制造轴承环(2、3)的坯料夹紧，通过用加工主体(14)施加脉动压力来结构化并同时强化轴承环(2、3)的形成密封面的环形封闭表面(10)。

Description

用于加工轴承环和制造滚动轴承的方法
技术领域
本发明涉及一种用于加工滚动轴承环的方法。本发明还涉及一种用于制造滚动轴承的方法，以及一种滚动轴承，尤其是车轮轴承。
背景技术
文件DE 2920889C2中提出了一种用于冷轧部件的方法。根据该方法，轧制力以30至300Hz的频率脉动。脉动轧制力的上限不应超过静态轧制力的100％。结果应该获得符合预期质量要求且疲劳强度增加的工件表面。
文件DE 102008032919A1公开了一种用于部件表面硬化的方法，该方法利用可以是球形的振动式轧制工具进行操作。可选地，轧制工具可以是圆柱形的。在这两种情况下，轧制工具在对待加固表面进行深轧制的过程中振动，使得在对表面进行深轧制的同时叠加锤击处理。
部件表面的加固还可以通过表面喷砂来实现，也被称为喷丸。在这种情况下，例如，对比了文件EP 1623794B1、DE 102011117401A1、US 6467321B2、以及DE102011101369A1。
文件DE 102006048712A1涉及一种用于车辆传动轴的超声波喷丸方法。该方法通过喷丸来加工空心齿轮轴的内部。待加工的齿轮轴附接至超声焊极主体，其中，其本身形成超声焊极的一部分。
文件DE 102010020833A1公开了一种用于弹簧表面硬化的方法。该方法也适用于超声波喷丸。
文件US 2010/0052262A1描述了一种用于车轮轴承的密封装置，其包括弹性密封元件和金属止动元件。该止动元件具有通过喷丸处理加工的表面。
发明内容
本发明的目的是在高效制造密封件接触表面方面实现滚动轴承技术的进步。
根据本发明，该目的通过根据权利要求1的一种用于加工滚动轴承环的方法和根据权利要求8的一种用于制造滚动轴承的方法来实现。此外，该目的还通过一种具有根据权利要求9的特征的滚动轴承来实现。在下文中，结合滚动轴承来说明的本发明实施例和优点也相应适用于上述加工方法和制造方法，反之亦然。
滚动轴承的轴承环按如下方式加工：
-在加工机器(例如，车床)中将用于制造轴承环的环形坯料夹紧，其中，可选地，该坯料的非旋转布置也可以用来旋转坯料，
-通过用加工主体施加脉动压力来结构化并同时强化轴承环的形成密封表面的环形封闭表面。
在旋转坯料的情况下，加工主体通常是非旋转加工工具的一部分。另一方面，例如，在坯料固定在工作台上的情况下，加工尤其可以通过加工工具来进行，该加工工具包括加工主体，并且整体绕轴线旋转，例如多轴机器人或加工中心。
如果密封表面的结构化和强化发生在工件旋转的同时，则对轴承环的至少一个滚动元件滚道进行加工，即，通过在与旋转坯料(即，工件)相同的设置下以优选的方法进行车削和/或磨削。该方法有许多优点：
一方面，轴承环的结构化表面是在与轴承环加工相同的设置下形成的，这有利于高效和精确加工。另一方面，无需单独的元件(例如，连接到轴承环或止推环的止动盘形式的元件)来制造密封接触件。相反，在滚动轴承内，固定至轴承环中的弹性密封元件与另一个轴承环的密封表面直接接触，该密封表面是通过施加脉动压力来加工的。与传统解决方案相比，这不仅最大程度减少了零件数量，而且有助于尽量减少滚动轴承所需的空间。
由轴承环的结构化表面和弹性密封元件形成的接触式密封件的特征在于低摩擦和低磨损敏感性，同时具有良好的密封效果。密封效果同时与保持滚动轴承中的润滑剂(即，油脂或油)和防止污垢进入滚动轴承内部有关。
用于制造滚动轴承的方法包括以下步骤：
-提供以所述方式加工的轴承环，该轴承环具有凹部形式(例如，球形凹部)的结构化表面，以及另一轴承环，
-在该等轴承环之间放置多个滚动元件，
-在该等轴承环之间安装有效的密封件，使得该密封件保持在另一轴承环上并与结构化表面接触。
球以及滚针或滚子，例如圆柱形滚子或圆锥形滚子，可以作为滚动轴承的滚动元件。滚动轴承可以被设计成单排或多排轴承，并且包括两个轴承环或更多个轴承环，例如三个轴承环。例如，滚动轴承是用于机动车辆的车轮轴承。一般说来，该滚动轴承具有以下特征：
多个滚动元件和至少一个密封件布置在至少两个轴承环之间，该密封件保持在其中一个轴承环上，并与另一个轴承环的以凹部形式结构化的强化表面接触。凹部可以是例如球形的、圆锥形的、圆柱形的或鳞片状的。
特别地，结构化表面，即，具有制造的凹部或凹陷的密封表面，具有最大100μm的粗糙度深度Rt。这确保维持密封件的密封效果，该密封件抵靠结构化表面或密封表面而作用，同时实现了对其间出现的摩擦的优化。特别优选的是，结构化表面的粗糙度深度Rt最大为10μm。其中已自证粗糙度深度Rt介于3μm至5μm范围内。
虽然滚动轴承的其中一个轴承环是通过施加脉动压力来加工的，但是通常不对另一个轴承环提供这种加工。滚动轴承可以在一侧上密封，也可以在两侧上密封。各轴承环可以是一体式的，也可以是分体式的。
在典型构造中，滚动轴承的轴承环是内环，其借助施加脉动压力来加工。旋转轴承环可以是内环，也可以是外环。
施加脉动压力使滚动轴承环的表面产生不规则的塑性变形。待加工的轴承环最初为坯料形式，可在车床中夹紧，例如，用于加工和施加脉动压力。在这种情况下，材料去除加工和施加脉动压力的方法步骤的顺序并非固定的，其中，在所有情况下，工件，即待加工的轴承环，优选地在两个方法步骤期间保持在相同设置下。
当待加工的轴承环旋转时，施加脉动压力的加工工具可根据待加工表面的位置在轴承环的径向方向或轴向方向上移动。例如，加工工具的这种位移在加工表面上描绘出多次与其自身相交的蜗线、螺旋线或波浪线。在任何情况下，在加工过程结束时，在作为密封表面的加工表面上产生的凹部近似均匀地分布，表示为每单位面积内凹部的数量。
以脉动方式与轴承环的待结构化的表面接触的工具可以设计成例如球形、圆柱形或鼓形滚子。特别地，当采用球形加工工具时，它可以由传递压力脉冲的液体垫支撑。压力脉冲可以通过压电、气动或机械方式生成。在加工工具稳固连接至工具架的情况下，压力脉冲经由工具架传递。另一方面，如果加工工具，特别是球形加工工具，由液体垫支撑，则压力脉冲由液体垫中的压力波动生成。
在所有情况下，加工工具的振动幅度可以与凹部的最大值一样大，也可以大于工件(即，轴承环)表面中的最大变形深度。如果振幅限定为工件表面中的凹部的最大值，则在加工过程中，加工工具与轴承环之间保持永久接触。另一方面，如果工具的振幅大于凹部的最大值，则这意味着在加工期间，工具与工件之间的接触有规律地中断。
附图说明
下文借助附图更详细地说明了本发明的两个示例性实施例。在附图中：
图1示出了借助施加脉动压力来加工轴承环表面的示意图，
图2示出了用根据图1的方法加工的轴承环的透视图，
图3示出了设计成深沟球轴承的滚动轴承，其包含根据图2的轴承环，以及
图4示出了设计成车轮轴承的滚动轴承的截面，该车轮轴承具有根据图1加工的轴承环。
具体实施方式
除非另有说明，否则以下说明涉及这两个示例性实施例。在所有附图中，彼此对应或具有基本相同效果的部分或结构均标有相同的附图标记。
总体上，用附图标记1标识的滚动轴承设计成球轴承，并且包括内环2和外环3。图3所示的滚动轴承1是深沟球轴承，而图4中仅部分示出的滚动轴承1为双排角接触球轴承，即用于机动车辆的车轮轴承。在这种情况下，内环2的法兰用4来表示。
在这两种情况下，球作为滚动元件5在轴承环2、3之间滚动。球5可以在罩(图中未示出)中被引导。内环2与滚动元件5接触的滚道用6来表示，外环3的滚道用7来表示。
具有密封唇9的密封件8保持在外环3上。密封唇9与内环2的表面10接触，在图3所示的情况下，内环2的表面10描绘出与滚动轴承1的中心轴线M同心的圆柱形。另一方面，在图4所示的情况下，表面10位于垂直于中心轴线M的平面上。在这两种情况下，密封件8均为接触式密封件。密封件8可以未示出的方式具有一个以上的密封唇9。
与密封唇9接触的表面10借助图1所示的方法结构化，并提供表面结构11。该方法用于制造根据图3的滚动轴承1的内环2，以及制造根据图4的滚动轴承1的内环2。
为了制造内环2，在加工机器(图中未示出)，特别是车床中将坯料夹紧，坯料的基本形状对应于后一个内环2的形状。在随后的加工期间，坯料，即后一个内环2，围绕其中心轴线M旋转。当在加工机器中将坯料夹紧时，对坯料的加工包括对滚动元件滚道6的切削加工。
在图1至图3所示的示例中，滚动轴承1仅在一侧上密封。因此，滚动轴承1仅具有单个圆柱形表面10，该表面在完全组装的滚动轴承1内用作密封表面(图3)。图2所示的表面10的表面结构11也在根据图4的示例性实施例中给出。表面结构11具有许多凹部12形式，这些凹部几乎随机地分布在表面10上。结构化表面10的粗糙度深度Rt介于3μm至5μm的范围内。
图1所示的工具13用于制造凹部12。工具13安装在加工机器上，特别是车床上，并且包括通常被称为加工主体的加工球14。该加工球14可旋转地布置在工具13内，并由工具13内的液体垫支撑。通过生成作用在液体垫内的振荡压力，产生加工球14的振荡，这种振荡不失一般性地被称为垂直振荡V。在根据图1的示例中，垂直振动V相对于中心轴线M朝向径向方向。相反，当根据图4加工滚动轴承1的内环2时，将生成垂直振荡V，该垂直振荡V相对于中心轴线M朝向轴向方向。在这两种情况下，垂直振荡V的频率均显著高于内环2的速率。
在图1所示的情况下，工具13的轴向位移AV叠加在垂直振荡V上。轴向位移AV也是振荡运动。这种振荡在表面10上描绘出波浪线，凹部12沿着波浪线定位。在内环2的多次旋转过程中，出现了波浪线的多次重叠，从而最终出现表面10上凹部12的预期准统计分布。
在改进的方法中，可以仅在表面10上方轴向方向上移动工具13的加工主体一次，其中，在这种情况下的轴向位移AV比波浪形加工路径的情况慢得多。理论上，工具13的缓慢、一次运动在表面10上生成螺旋线。这种螺旋线的斜率很小，使得在这种情况下，最终得到的表面10上凹部12的分布是均匀的，近乎非常好。
为了制造根据图4的内环2的表面结构，工具13，例如，从内向外或从外向内缓慢且均匀地径向移动。理论上，这样生成的凹部12位于蜗线上。另一方面，如果工具13以较高频率在径向向内的第一端点和代表表面10的径向外边界的第二端点之间移动，则首先出现结构11的波形，该波形位于单个平面中，即表面10的平面中。在内环2的几次旋转过程中，这些波重叠几次，原则上与根据图1的示例性实施例类似，从而在这种情况下，在表面10内实现凹部12的高度均匀分布。
附图标记说明
1 滚动轴承
2 内环
3 外环
4 凸缘
5 滚动元件
6 内环滚道
7 外环滚道
8 密封件
9 密封唇
10 表面
11 表面结构
12 凹部
13 工具
14 加工球
AV 轴向位移
M 中心轴线
V 垂直振荡

Claims (10)

1.一种用于加工滚动轴承(1)的轴承环(2、3)的方法，其特征在于：
-在加工机器中将用于制造所述轴承环(2、3)的坯料夹紧，
-通过用加工主体(14)施加脉动压力来结构化并同时强化所述轴承环(2、3)的形成密封表面的环形封闭表面(10)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述施加脉动压力通过球形加工主体(14)发生。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在通过用加工主体(14)施加脉动压力来结构化并同时强化所述轴承环(2、3)的形成密封表面的所述表面(10)的相同夹紧情况下，通过材料去除来制造所述轴承环(2、3)的滚道(6、7)，其中，所述坯料在所提及的两个加工步骤期间旋转。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述施加脉动压力期间，所述加工主体(14)在所述轴承环(2、3)的轴向方向上发生位移。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在所述施加脉动压力期间，所述加工主体(14)在所述轴承环(2、3)的径向方向上发生位移。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在所述施加脉动压力的过程中，所述加工主体(14)在待结构化的所述表面(10)上描绘出螺旋线或蜗线。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在所述施加脉动压力的过程中，所述加工主体(14)在待结构化的所述表面(10)上描绘出多次与其自身相交的波浪线。
8.一种用于制造滚动轴承(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供根据权利要求1加工的并具有以凹部(12)形式结构化的表面(10)的轴承环(2、3)和另一轴承环(3、2)，
-在所述轴承环(2、3)之间放置多个滚动元件，
-在所述轴承环(2、3)之间安装有效的密封件(8)，使得所述密封件(8)保持在所述另一轴承环(3、2)上并与所述结构化表面(10)接触。
9.一种滚动轴承(1)，具有其间布置有多个滚动元件(5)的至少两个轴承环(2、3)，并且具有至少一个密封件(8)，所述至少一个密封件(8)保持在所述轴承环(2、3)中的一个轴承环上，并且与所述另一轴承环(3、2)的以凹部(12)形式结构化的强化表面(10)接触。
10.根据权利要求9所述的滚动轴承，其特征在于，所述滚动轴承设计成车轮轴承。
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