專利名稱：具有陶瓷滾珠和鋼圈的混合球軸承的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種深槽型球軸承，它包括由鋼制成的一內圈和一外圈，內圈和外圈分別具有一個彼此面對面的滾道槽；設置在內外圈的滾道槽之間并與之接觸的諸滾珠；一設置在內外圈之間以保持滾珠的滾珠隔離圈；以及兩個在滾珠和滾珠隔離圈的每一側、基本上在內外圈之間徑向延伸的環形密封件，用以將潤滑劑保持在含有滾珠和隔離圈的容積中、且將潤滑劑限定在內外圈與兩個密封件之間。
更具體地說，本發明涉及一種高精度的、諸如ABED7水平的、尤其是航空質量的上述球軸承。
在航空尤其在直升機尾部齒輪箱中已在使用上述類型的球軸承，該球軸承中的鋼滾珠被一可由鋼或復合材料制成的隔離圈所橫向保持，滾珠排列在也由鋼制成的內外圈的滾道槽中。
這些已知球軸承的主要缺點是潤滑油之間的壽命受到了額外的限制。這是因為具有摩擦作用的表面的不良性能使得鋼滾珠與也是由鋼制成的兩個圈相接觸。這就導致顯著加熱，其結果是損壞潤滑油脂和油。
因此，潤滑油之間的壽命受到限制，一方面是由于軸承運行時的加熱導致潤滑劑的自然損失，使加熱的潤滑油滲出環形密封件。另一方面，壽命受到限制是由于在惡劣環境、室外環境或在包裝保護層外面使用以及維修保養這些已知的球軸承所導致的，其維修保養包括清潔在軸承周圍的零件、尤其是直升機尾部傳動裝置在維修保養的先后過程中所進行的清潔工作可能會損失潤滑劑，而這可能使軸承迅速氧化。
本發明要解決的問題是，克服這些缺陷，制造出如上所述類型的球軸承，這種球軸承能夠延長潤滑油之間的壽命，并提高密封效果，從而降低維修保養的成本。
為此，上述類型的本發明的球軸承的特征是，諸滾珠由陶瓷燒結而成。因此，本發明的球軸承的優點是它是一種深槽型的混合球軸承，其在具有摩擦作用的表面的性能通過使彼此接觸的、用于制造諸圈和滾珠的材料、即制造圈的鋼和制造滾珠的陶瓷的材料配對，使得在滾珠與圈之間的接觸得到改進。與上述的傳統軸承相比，會出現這樣的情況，即由于降低了接觸部分的發熱，決定于軸承磨損和發熱的接觸體(摩擦、滑動和剪切接觸)的性能得到了改進并從而導致潤滑油脂的衰減降低到很顯著的程度，因此使潤滑油之間的壽命提高到約3倍之多，同時，大大降低了隨時間變化的密封衰減，節省量大到10％的數量級，其結果是滾珠可由陶瓷制成，這三個優點結合在一起大大降低了維修保養成本。
有利的是，滾珠的陶瓷至少部分由氮化硅和/或碳化鈦構成。
在某些應用中，外圈可由其性能不如內圈鋼的鋼材制成，有利的是，兩個圈的鋼可從如下的鋼材中選擇傳統軸承鋼，較佳的是M50或100C6型；不銹鋼，較佳的是440C或XD15N型；結構滲氮或表面硬化鋼，較佳的是32CDV13或M50NIL。
當這些圈的鋼不是不銹鋼時，至少其中一個圈，但最好是每一個，通過用電解沉積形成的、含鉻量高的密致合金的表面涂層來有利地保護，尤其是防腐蝕。但是，如果圈的鋼是不銹鋼，則在圈的滾道槽上進行硬化處理以提高硬度，那么滾道槽上欠缺的不銹鋼特性就可通過電解沉積在滾道槽上的、基于鉻的合金的表面涂層而得到補償。
傳統結構的隔離圈由兩個相對于一徑向平面對稱的半隔離圈構成，沿該平面一個半隔離圈抵靠在另一個半隔離圈上，每一隔離圈都是花冠形式，這些半隔離圈通過形成容納滾珠的護罩的、半隔離圈的諸互補凹部之間的軸向鉚釘而彼此軸向相對地組合在一起，這樣，隔離圈在內圈定中心，從而可對隔離圈進行維修保養。
盡管如本領域中的球軸承中的隔離圈可由鋼或復合材料、例如在PEEK(聚醚醚酮)型的合成樹脂基體中加固有脆碳纖維來制成，但本發明的軸承隔離圈尤其在應用于直升機尾部傳動軸時，有利的是由青銅、較佳的是具有較佳機械強度的US3ZFe型制成。
此外，有利的是，至少一個密封件，但較佳的是每一個，包括一通過一由可彈性變形材料制成的環形密封件橫向朝軸承內側排列并徑向朝軸承的軸線延伸的環形金屬凸緣，密封件由于通過一安裝在外圈和抵靠在金屬凸緣的外周邊的卡環而靠在外圈凸肩的其外徑向周邊而被保持住，而密封件的內徑向周邊包括一在彈性變形材料的環形密封件的、其橫截面基本上為V形的唇緣，所述唇緣與內圈的外部及圓柱形的橫向支承表面彈性接觸。從而提供良好的密封，以防潤滑劑滲到密封件外面。
另外，為了顯著地改進維修保養，至少一個密封件的凸緣，但較佳的是每一個，穿透有至少一個被相應環形密封件的彈性變形材料的腹部或膜(web)隔離的孔，從孔的內側在所述腹部上形成至少一個不必暢通的狹縫，從而可方便地用注射器將潤滑劑注射到軸承，注射器的針放置在所述狹縫中。
在一較佳實施例中，在密封件的由鋼制成的凸緣上周向等間距地形成若干孔，在凸緣的所述每一個軸向孔中，在由碳氟化合物制成的環形密封件中形成一徑向狹縫。
要知道的是，上述的密封件自身構成一個獨立的發明，它解決了其用在球軸承時引起的、與滾珠、圈和滾珠隔離圈的性能和結構無關的前面所指出的問題。
本發明還涉及到將如上所述的本發明的混合球軸承應用于直升機尾部傳動，尤其是應用于尾部齒輪箱，用以驅動直升機尾部旋轉翼。
從下面給出的說明中可使本發明的其它特征和優點變得更清楚，該說明是結合附圖描述的、非限制性的一個示例，在附圖中
圖1是球軸承的立體圖；圖2是圖1軸承的比例放大的徑向剖面圖；圖3是圖1和2軸承的兩個圈的比例放大的橫剖面圖；圖4是圖1和2的軸承隔離圈的中等比例的徑向剖面圖；圖5是圖4隔離圈的側視圖；圖6是圖4和5的隔離圈零件的剖面圖；以及圖7是圖1和2軸承的環形密封件的另一比例的橫剖面圖。
圖1至7的球軸承基本上包括一外圈1、一內圈2、設置在繞軸承的軸線X-X同軸的兩圈1和2之間的諸滾珠3、一也設置在兩圈1與2之間的并橫向和周向保持諸滾珠3的環形隔離圈4以及兩個環形密封件，每一個密封件基本上在兩圈1與2之間徑向延伸，在隔離圈4和滾珠3的相應一側各有一個密封件，它們將潤滑劑(油脂或油)保持在界定在兩圈1與2之間和兩密封件5之間、在隔離圈4和滾珠3周圍并在這些構件之間的容積中，這些構件包含在該容積中。
該球軸承是深槽型，也就是說，外圈1和內圈2分別有一個各自的內滾道槽6和外滾道槽7，它們彼此面對面，各自的凹面朝著對方，它們相對軸承的徑向中間平面P-P對稱，在該例子中，球軸承的所有構件相對該平面都是對稱的。
滾珠3設置在滾道槽6與7之間，并在徑向與被設計成基本上承受徑向力和很小軸向負荷的軸承中的這些槽6和7滾動接觸。
滾珠3由諸如Si3N4或TiC的陶瓷燒結而成。
兩個圈1和2由例如M50或100C6型的傳統軸承鋼、或440C或XD15N型的不銹鋼、或諸如32CDV13的結構氮化鋼或諸如M50NIL的結構滲碳鋼的鋼制成。
在選擇材料時，當圈1和2的鋼不是不銹鋼時，用含鉻量高的密致、無磁性、相當硬的合金，以電化學沉積的形式、更精確地說是，用電解沉積得到的表面涂層來保護圈1或2。較好的是采用Delage Electrolizing公司在法國進行的名稱為“電解(Electrolizing)”的方法進行沉積。諸如有一無多孔或小凸節的光滑、平坦和均勻的表面的鉻合金的電解沉積能夠防腐蝕，提高耐磨損的能力，尤其是降低摩擦。
這種基于鉻的合金的密致涂層也可通過電解法沉積在不銹鋼軸承圈的表面硬化的滾道槽上，以在這些滾道槽中補償不銹鋼性能的表面硬化欠缺。
隔離圈4被制成兩個部分或半隔離圈8和9，它們是用例如US3ZFe的青銅加工而成，并用諸軸向鉚釘10組裝起來，在該例子中，用9個Z10至Z15 CNT18EA的實心鉚釘。兩個半隔離圈8和9相對軸承的徑向中間平面P-P對稱，該平面是徑向平面，兩個半隔離圈8和9彼此靠在對方(見圖4和6)。各半隔離圈8或9為花冠形，具有若干整個形狀為半圓柱狀的凹部，這些凹部與另一半隔離圈9或8的同樣形狀的若干凹部相配，基本上形成若干其徑向軸沿隔離圈圓周方向均勻地分布的圓柱形護罩，使得該例子中的9個護罩中的每一個容納9個滾珠3中的一個。將兩個半隔離圈8和9軸向連接在一起的各軸向鉚釘10穿過穿透隔離圈4的、位于兩相鄰護罩11之間和兩個孔口平面13之間的那部分的軸向孔12，孔口平面13加工在半隔離圈8和9的軸向面對軸承外側的橫向表面中，以減少在內圈2上定中心安裝的隔離圈4的質量。
每一密封件5包括一基本徑向延伸的由可彈性變形材料制成的環形密封件14，在該例子中用碳氟化合物，環形密封件14模制在由一環形凸緣15構成的金屬鎧裝件(armature)上。如圖7所示，環形凸緣15包括一外周部分15a，該外周部分15a通過一橫向朝軸承的外側會聚的截頭圓錐形部分15b徑向地朝軸承的軸線X-X延伸，而截頭圓柱形部分15b自身通過一終止在橫向朝軸承的內側會聚的、基本是截頭圓錐形內周部分15d的徑向部分15c朝軸線X-X延伸。此外，橫截面為圓形的四個圓柱形孔16等距離分布在以軸線X-X為圓心的圓周向，該四個孔軸向形成在鋼凸緣15的徑向中心部分15c(見圖1)。
碳氟化合物環形密封件14模制在鎧裝件凸緣15上，這樣它能使凸緣15的朝向軸承內側的所有部分襯有也覆蓋外周部分15a的外徑向邊緣的碳氟化合物薄膜。環形密封件14的碳氟化合物還用一腹部或膜14b覆蓋每一孔16的朝向軸承內側的壁，使其端部隔離。另一方面，凸緣15的內周部分15d嵌入碳氟化合物的構成環形密封件14和密封件5的內徑向周邊的質量中，該質量形成橫向通向軸承外側的橫截面基本為V形的唇緣14c。當密封件5通過凸緣15的外徑向周邊部分15a和碳氟化合物環形密封件14的薄膜14a保持時，該V形唇緣14c與內圈2的外部及圓柱形的橫向支承表面17彈性接觸(見圖3)，薄膜14a通過一例如由Z10CN18-制成的金屬卡環19橫向襯在和抵靠在外圈1的徑向和橫向凸肩18，其中卡環19安裝和保持在徑向通向內側并形成在該外圈1的相應橫向端部的內徑向周邊的槽20(橫向地在凸肩18的外側)中。
兩個密封件5彼此相對徑向平面P-P對稱地安裝，通過它們的對著外圈1的凸肩18的外徑向周邊，用卡環19以密封的形式固定，并在形成滾道槽7的部分與隔離圈4定中心的部分之間的圓柱形支承表面21的每一側、通過它們的對著內圈2的圓柱形支承表面17的V形唇緣14c密封接觸。從而提供優良的密封，以防止潤滑劑由于滲出而損失。但是，為了補償任何可能的潤滑劑損失，在碳氟化合物環形密封件14的隔離凸緣15的各孔16的腹部14b形成狹縫22，該狹縫從孔16的內側形成。該孔22較佳地朝徑向延伸，不必穿通腹部14b。采用一含有潤滑劑的注射器，就可將注射器的針放置在狹縫22的兩邊緣之間，可用該針刺破該狹縫的端部并穿過腹部14b，從而用注射器將潤滑劑注射到軸承內，然后從腹部14b和狹縫22中抽出針，腹部又彈性的閉合，以防任何潤滑劑通過狹縫22和孔16滲到軸承的外面。
因此，可在不撕裂或破壞密封件5的環形密封件14的情況下為軸承再補給油脂或潤滑劑。
本發明的球軸承可有利地用于直升機尾部的傳動系統，尤其是用于尾部齒輪箱，以驅動直升機的尾部旋轉翼。在該應用中，這樣的球軸承可在直升機運行過程中運行1200工作小時，而無須添加油脂。因此，潤滑方面的時間與傳統軸承相比可乘上一3數量級的系數，而且，充填作業可通過隔離密封件5的鎧裝件凸緣15的孔16的碳氟化合物腹部14b中的狹縫22更容易地進行。
這樣可使維修保養成本相當低。
應該指出的是，在該軸承中隔離圈4較佳地由青銅制成，但也可容易地由鋼或例如如在本領域所了解的在PEEK(聚醚醚酮)的合成樹脂中嵌入脆碳纖維的復合物制成。
要指出的是，諸如5的密封件也可裝在其滾珠和/或內外圈和/或隔離圈的結構和/或性能與上述不同的球軸承中，這種密封件本身就是一個可應用于本領域中的球軸承的獨立發明。
權利要求
1.一種深槽型球軸承，它包括由鋼制成的一內圈(2)和一外圈(1)，內圈和外圈分別具有一個彼此面對面的兩滾道槽(6，7)之一的滾道槽；設置在內外圈(1，2)的滾道槽(6，7)之間并與之接觸的諸滾珠(3)；一設置在內外圈(1，2)之間以保持滾珠(3)的滾珠隔離圈(4)；以及在滾珠(3)和滾珠隔離圈(4)的每一側、基本上在兩圈(1，2)之間徑向延伸的兩個環形密封件(5)，用以將潤滑劑保持在含有滾珠(3)和隔離圈(4)的容積中、且將潤滑劑限定在兩圈(1，2)與兩密封件(5)之間，其特征在于，滾珠(3)由陶瓷燒結而成。
2.如權利要求1所述的球軸承，其特征在于，滾珠(3)的陶瓷至少部分地由Si3N4或TiC構成。
3.如權利要求1和2之一所述的球軸承，其特征在于，內圈(2)的鋼材和外圈(1)的鋼材可從如下的鋼材中選擇傳統軸承鋼，較佳的是M50或100C6型；不銹鋼，較佳的是440C或XD15N型；結構滲氮或表面硬化鋼，較佳的是32CDV13或M50NIL。
4.如權利要求1至3中的任何一項所述的球軸承，其特征在于，對于至少一個鋼圈(1，2)、至少在其滾道槽(6，7)上采用含鉻量高的密致合金制成的、通過電解沉積生成的表面涂層來進行保護。
5.如權利要求1至4中的任何一項所述的球軸承，其特征在于，隔離圈(4)由兩個相對于一徑向平面(P-P)對稱的半隔離圈(8，9)構成，沿該平面一個半隔離圈抵靠在另一個半隔離圈上并呈花冠形式，這些半隔離圈(8，9)通過在半隔離圈(8，9)的、形成容納滾珠(3)的護罩(11)的諸互補凹部之間的諸軸向鉚釘(10)而彼此軸向相對地組合在一起，這樣，隔離圈(4)在內圈(2)定中心。
6.如權利要求5所述的球軸承，其特征在于，隔離圈(4)由青銅制成，較好的是US3ZFe型。
7.如權利要求1至6中的任何一項所述的球軸承，其特征在于，至少一個密封件(5)包括一通過一由可彈性變形材料制成的環形密封件(14)橫向朝軸承內側襯墊并徑向朝軸承的軸線(X-X)延伸的環形金屬凸緣(15)，密封件(5)通過一安裝在外圈(1)和抵靠在金屬凸緣(15)的外周邊(15a)的卡環(19)將其外徑向周邊(15a，14a)靠在外圈(1)凸肩(18)而被保持住，而密封件(5)的內徑向周邊包括一彈性變形材料構成的環形密封件(14)的、其橫截面基本上為V形的唇緣(14c)，所述唇緣(14c)與內圈(2)的外部及圓柱形的橫向支承表面(17)彈性接觸。
8.如權利要求7所述的球軸承，其特征在于，至少一個密封件(5)的凸緣(15)穿透有至少一個被相應環形密封件(14)的彈性變形材料的腹部(14b)隔離的孔(16)，從孔(16)的內側在所述腹部(14b)上形成至少一個不必暢通的狹縫(22)，從而可方便地用注射器將潤滑劑注射到軸承，注射器的針放置在所述狹縫(22)中。
9.如權利要求8所述的球軸承，其特征在于，在密封件(5)的所述鋼凸緣(15)中沿周向等間距地形成若干孔(16)，在凸緣(15)的所述每一個孔(16)中，在碳氟化合物的環形密封件(14)中形成一徑向狹縫(22)。
10.如權利要求1至9中的任何一項所述的球軸承的一個應用是直升機的尾部傳動，尤其應用于尾部齒輪箱。
全文摘要
本發明涉及一種球軸承,它包括:由鋼制成的一內圈(2)和一外圈(1),內圈和外圈分別具有球軸承槽(6,7);設置在球軸承槽(6,7)之間并與之接觸的諸滾珠(3);一設置在內外圈(1,2)之間以保持滾珠(3)的滾珠隔離圈(4);以及基本上在兩圈(1,2)之間徑向延伸的兩個環形密封件(5),用以將潤滑劑保持在含有滾珠(3)和隔離圈(4)的容積中,并將潤滑劑限定在兩圈(1,2)與兩密封件(5)之間。
文檔編號F16C19/16GK1373836SQ00812640
公開日2002年10月9日 申請日期2000年9月8日 優先權日1999年9月10日
發明者A·J·比代, 讓皮埃爾·A·卡赫茲 申請人:Snfa公司