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滚动轴承
申请号	CN201910998436.7	申请日	2019-10-21	公开(公告)号	CN111075842B	公开(公告)日	2023-03-28
申请人	斯凯孚公司;			发明人	布莱恩·艾利森;
摘要	公开一种滚动轴承，其包括外圈和内圈，外圈与内圈之间配置有滚动元件，滚动元件由配置在外圈与内圈之间的保持架间隔开，保持架是由含有增强纤维的聚合物制成的保持架，外圈和/或内圈是具有微细碳化物析出的钢圈。
权利要求	1.一种滚动轴承，包括外圈和内圈，其特征在于，所述外圈与所述内圈之间配置有滚动元件，所述滚动元件由配置在所述外圈与所述内圈之间的保持架间隔开，所述保持架是由含有增强纤维的聚合物制成的保持架，所述外圈和/或所述内圈是具有微细碳化物析出的钢圈，所述保持架由硬度为大约35HB的聚合物基体和硬度为大约1000HB的所述增强纤维制成。 2.根据权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述聚合物包含大于15％体积分数的增强纤维。 3.根据权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述增强纤维比所述钢圈硬十倍。 4.根据权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述聚合物是聚醚醚酮。 5.根据权利要求1所述的滚动轴承，其特征在于，所述增强纤维是碳纤维、玻璃纤维或钢纤维。
说明书全文	滚动轴承技术领域 [0001] 本发明涉及根据方案1的滚动轴承，其包括外圈和内圈，外圈与内圈之间配置有滚动元件，滚动元件由配置在外圈与内圈之间的保持架间隔开。背景技术 [0002] 滚动元件轴承通常利用配置在内圈与外圈之间的保持架。保持架用于分离滚动元件并保持滚动元件对齐和使滚动元件均匀地分离，其中在保持架与圈之间通常存在小的径向间隙。然而，在该间隙中，可能会发生因硬质颗粒而导致的污染，这可能会损坏保持架和/或圈。硬质颗粒可以从外部引入，或者例如当使用具有微细碳化物的钢作为圈的材料时，可以源自钢自身。 [0003] 当使用钢保持架时，保持架可以覆盖有相对软的银镀层，银镀层用于减少摩擦并用作牺牲性润滑剂。然而，由于应用于钢保持架的银镀层相对软并能够捕获位于间隙中的硬质颗粒，所以硬质颗粒可能会被捕获在银镀层中。然后，由于被捕获的硬质颗粒可能会因保持架的位于银镀层下方的较硬的钢层而无法渗入，所以被捕获的硬质颗粒会伸出到银镀层的表面之外。 [0004] 当使用轴承时，在持续的滑动接触期间，所伸出的硬质颗粒可能会对圈产生过度磨损。这对于由仅包含微细碳化物的钢制成的圈而言，可能尤其是个问题。当硬质颗粒被捕获在保持架材料中时，这些微细碳化物无法为材料提供对于抵抗磨粒滑动磨损而言足够的耐磨性。 [0005] 当对圈使用微细碳化物时，当前的轴承通过对圈的与保持架接触的区域施加陶瓷涂层来解决上述问题。该陶瓷涂层足够硬，使得污染颗粒不能够撞击圈。然而，就制造成本而言，该陶瓷涂层是昂贵的，并且对于施加涂层而言，需要专用的工具。 [0006] 因而，本发明的目的是提供一种滚动轴承，该滚动轴承具有微细碳化物圈，并且在位于圈与使用在滚动轴承中的保持架之间的接触区域内存在硬质颗粒污染的情况下，是耐磨的。发明内容 [0007] 该任务通过根据方案1的滚动轴承解决。 [0008] 滚动轴承包括外圈和内圈，其中外圈与内圈之间配置有滚动元件，滚动元件由配置在外圈与内圈之间的保持架间隔开。外圈和/或内圈可以是由于使用在轴承中的标准钢相比，提供改善的性能的微细碳化物析出钢的制成。 [0009] 这些钢圈被表面渗碳，其在材料的芯中留下非常少量的碳(因而，硬度是低的)，而在部件的表面附近留下大量的碳。与传统的全硬化钢相比，这是期望的，因为芯中的碳低可以提高圈对冲击载荷的抵抗力，并且允许更高的压配合，进而允许更高的操作速度和温度，同时与全硬化钢相比，相对小的碳化物和相对小的形成在表面附近的残余应力的组合，会带来更长的滚动接触疲劳寿命。 [0010] 保持架可以与内圈和/或外圈接触，以便被圈引导。如上所述，通常的微细碳化物析出钢圈可能需要额外的陶瓷涂层，用于保护圈的表面免受存在于圈与保持架之间的接触区域中的硬质颗粒的影响。为了避免该额外的陶瓷涂层和与其相关联的成本，代替使用如上所述的具有银镀层的钢保持架，所述的滚动轴承使用包含大量增强纤维的聚合物保持架。 [0011] 迄今为止，对保持架使用银镀层，以减小保持架与圈之间的摩擦，其中银镀层用作牺牲性润滑剂。然而，在位于保持架与圈之间的接触区域中存在硬质颗粒污染的情况下，这些硬质颗粒会被软的银镀层捕获。由于颗粒可能会因位于银镀层下方的硬质钢表面而不能渗入，所以颗粒会伸出到银镀层之外。 [0012] 这可以通过使用具有大量增强纤维的聚合物保持架来避免。特别的是，聚合物包含大于15％体积分数(volume fraction)的增强纤维，特别是包含在15％和20％体积分数之间的增强纤维。 [0013] 如下更详细描述的，该聚合物保持架不捕获硬质颗粒或至少仅捕获数量减少的硬质颗粒，其可能存在于保持架与圈之间的接触区域中。 [0014] 这归因于如下事实：当与聚合物保持架的表面接触时，硬质颗粒可以与增强纤维接触。由于增强纤维位于保持架表面的表面并比硬质颗粒硬，所以颗粒将不能进入聚合物保持架的该表面，并且可以在保持架的该表面上滑动离开位于保持架与圈之间的接触区域。 [0015] 当与聚合物保持架的位于增强纤维旁边但位于软的聚合物材料所在的区域中的表面接触时，硬质颗粒可以进入聚合物保持架的该表面。然而，由于聚合物材料是软的，所以硬质颗粒可以完全渗入聚合物保持架的位于增强纤维下方的表面，并且可以埋在聚合物材料中。因此，由于硬质颗粒完全埋在聚合物材料中，所以它们不会伸出，从而不能损坏位于保持架与圈之间的区域中的圈。 [0016] 在如下不太可能的情况下，硬质颗粒可能会被聚合物保持架的表面捕获并可能如上所述那样伸出：硬质颗粒既不被增强纤维拒绝，也不被聚合物材料包埋。然而，与如上所述的具有银镀层的保持架相比，大幅减少了仍伸出到保持架表面之外的颗粒的数量。 [0017] 通常，由于与钢保持架相比，聚合物保持架是鲁棒的、容易制造并具有良好的耐腐蚀性，所以使用聚合物保持架提供了进一步的益处。使用增强纤维可以有助于聚合物保持架的耐化学性、耐磨性和高温稳定性。 [0018] 在进一步实施方式中，聚合物保持架的硬度总体上与当前使用的银镀层钢保持架的硬度相当，为大约100HB。优选的是，保持架的平均硬度可以通过将较软的聚合物基体(polymer matrix)与硬得多的纤维组合而获得。 [0019] 根据进一步实施方式，使用比钢圈硬十倍的增强纤维。由于如上所述，该纤维可以特别适于抵抗硬质污染颗粒，所以这是优选的。特别的是，增强纤维是碳纤维、玻璃纤维或钢纤维。 [0020] 在一个实施方式中，聚合物基体的硬度可以优选为大约35HB，其中增强纤维的硬度可以优选为大约1000HB。这致使总体硬度为大致100HB。 [0021] 根据进一步实施方式，用于保持架的聚合物可以是聚醚醚酮(PEEK)。与钢保持架相比，PEEK保持架不易腐蚀。 [0022] 在权利要求书、说明书和附图中公开了其它优点和优选实施方式。还应当注意，在不超出本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以单独地考虑或使用所呈现的特征，或者可以结合所呈现的特征。附图说明 [0023] 在下文中，将借助于在附图中示出的实施方式描述本发明。所示的实施方式仅是示例性的，而不旨在限制保护范围。保护范围仅由所附权利要求书限定。 [0024] 图1示出了滚动轴承的俯视图；和 [0025] 图2示出了使用在图1的滚动轴承中的聚合物保持架的立体图。 [0026] 附图标记说明 [0027] 1 滚动轴承 [0028] 2 外圈 [0029] 4 内圈 [0030] 6 保持架 [0031] 8 滚动元件 [0032] 10 兜孔(/腔格，pocket) 具体实施方式 [0033] 在下文中，用相同的附图标记表示相同或相似的功能元件。 [0034] 图1示出了滚动轴承1，滚动轴承1包括外圈2和内圈4。在外圈2与内圈4之间，配置有保持架6，用于引导滚动元件8并使它们保持间隔开。如图2所示，保持架6包括开口10，开口10形成用于容纳滚动元件8(在本示例中，为球)的兜孔。然而，可以使用任意其它类型的滚动元件8。 [0035] 在圈2、4与保持架6之间的接触区域中，可能会发生因硬质颗粒(hard particle)而导致的污染。这些硬质颗粒可以源自圈2、4，特别是当外圈2和/或内圈4是具有微细碳化物析出(fine carbide precipitation)的钢圈时。 [0036] 在现有的轴承中，使用具有银镀层(silver plating)的钢保持架，其中银镀层用作当使用具有银镀层的钢保持架时，其中银镀层用作减小摩擦和润滑层。然而，银镀层是可能捕获硬质颗粒的非常软的层。当银镀层中捕获有颗粒时，颗粒通常伸出到(stick out)保持架的表面之外，特别是伸出到银镀层之外，并且可能损坏圈2、4的位于保持架6与圈2、4之间的接触区域中的表面。 [0037] 为了避免或至少减少该对硬质颗粒的捕获，在本文描述的滚动轴承1中使用具有大量增强纤维的聚合物保持架6，特别是PEEK保持架。增强纤维可以是例如碳纤维。该聚合物保持架6提供以下优点。 [0038] 位于保持架6与圈2、4之间的接触区域中的硬质颗粒可以与比硬质颗粒硬的增强纤维接触。结果，硬质颗粒不能穿透聚合物保持架6的表面，并且将滑出接触区域。因而，这些颗粒不会损坏圈2、4的表面。 [0039] 如果硬质颗粒不在增强纤维所在的区域中与聚合物保持架6接触，而是在保持架6的表面具有聚合物材料所在的区域处与聚合物保持架6接触，则硬质颗粒可以穿透聚合物保持架6的该表面。然而，归因于聚合物材料是软的，硬质颗粒将完全进入聚合物并将埋在聚合物保持架6中。因而，这些颗粒均不会伸出到保持架6的表面之外，并且也不会损坏圈2、4的表面。 [0040] 可能的情况是，一些硬质颗粒既不会因与增强纤维的接触而滑出，也不会埋在聚合物材料中。这些颗粒可能会伸出到保持架6的表面之外，并且可能会与圈2、4接触。然而，与捕获在镀银保持架中的颗粒数量相比，这些颗粒的数量显著减少。 [0041] 因而，通过提供具有如下聚合物保持架的滚动轴承，可以减轻因(保持架的)表面中的硬质颗粒导致的污染：该聚合物保持架具有大量的增强纤维。