专利名称：具有陶瓷滚珠和钢圈的混合球轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种深槽型球轴承，它包括由钢制成的一内圈和一外圈，内圈和外圈分别具有一个彼此面对面的滚道槽；设置在内外圈的滚道槽之间并与之接触的诸滚珠；一设置在内外圈之间以保持滚珠的滚珠隔离圈；以及两个在滚珠和滚珠隔离圈的每一侧、基本上在内外圈之间径向延伸的环形密封件，用以将润滑剂保持在含有滚珠和隔离圈的容积中、且将润滑剂限定在内外圈与两个密封件之间。
更具体地说，本发明涉及一种高精度的、诸如ABED7水平的、尤其是航空质量的上述球轴承。
在航空尤其在直升机尾部齿轮箱中已在使用上述类型的球轴承，该球轴承中的钢滚珠被一可由钢或复合材料制成的隔离圈所横向保持，滚珠排列在也由钢制成的内外圈的滚道槽中。
这些已知球轴承的主要缺点是润滑油之间的寿命受到了额外的限制。这是因为具有摩擦作用的表面的不良性能使得钢滚珠与也是由钢制成的两个圈相接触。这就导致显著加热，其结果是损坏润滑油脂和油。
因此，润滑油之间的寿命受到限制，一方面是由于轴承运行时的加热导致润滑剂的自然损失，使加热的润滑油渗出环形密封件。另一方面，寿命受到限制是由于在恶劣环境、室外环境或在包装保护层外面使用以及维修保养这些已知的球轴承所导致的，其维修保养包括清洁在轴承周围的零件、尤其是直升机尾部传动装置在维修保养的先后过程中所进行的清洁工作可能会损失润滑剂，而这可能使轴承迅速氧化。
本发明要解决的问题是，克服这些缺陷，制造出如上所述类型的球轴承，这种球轴承能够延长润滑油之间的寿命，并提高密封效果，从而降低维修保养的成本。
为此，上述类型的本发明的球轴承的特征是，诸滚珠由陶瓷烧结而成。因此，本发明的球轴承的优点是它是一种深槽型的混合球轴承，其在具有摩擦作用的表面的性能通过使彼此接触的、用于制造诸圈和滚珠的材料、即制造圈的钢和制造滚珠的陶瓷的材料配对，使得在滚珠与圈之间的接触得到改进。与上述的传统轴承相比，会出现这样的情况，即由于降低了接触部分的发热，决定于轴承磨损和发热的接触体(摩擦、滑动和剪切接触)的性能得到了改进并从而导致润滑油脂的衰减降低到很显著的程度，因此使润滑油之间的寿命提高到约3倍之多，同时，大大降低了随时间变化的密封衰减，节省量大到10％的数量级，其结果是滚珠可由陶瓷制成，这三个优点结合在一起大大降低了维修保养成本。
有利的是，滚珠的陶瓷至少部分由氮化硅和/或碳化钛构成。
在某些应用中，外圈可由其性能不如内圈钢的钢材制成，有利的是，两个圈的钢可从如下的钢材中选择传统轴承钢，较佳的是M50或100C6型；不锈钢，较佳的是440C或XD15N型；结构渗氮或表面硬化钢，较佳的是32CDV13或M50NIL。
当这些圈的钢不是不锈钢时，至少其中一个圈，但最好是每一个，通过用电解沉积形成的、含铬量高的密致合金的表面涂层来有利地保护，尤其是防腐蚀。但是，如果圈的钢是不锈钢，则在圈的滚道槽上进行硬化处理以提高硬度，那么滚道槽上欠缺的不锈钢特性就可通过电解沉积在滚道槽上的、基于铬的合金的表面涂层而得到补偿。
传统结构的隔离圈由两个相对于一径向平面对称的半隔离圈构成，沿该平面一个半隔离圈抵靠在另一个半隔离圈上，每一隔离圈都是花冠形式，这些半隔离圈通过形成容纳滚珠的护罩的、半隔离圈的诸互补凹部之间的轴向铆钉而彼此轴向相对地组合在一起，这样，隔离圈在内圈定中心，从而可对隔离圈进行维修保养。
尽管如本领域中的球轴承中的隔离圈可由钢或复合材料、例如在PEEK(聚醚醚酮)型的合成树脂基体中加固有脆碳纤维来制成，但本发明的轴承隔离圈尤其在应用于直升机尾部传动轴时，有利的是由青铜、较佳的是具有较佳机械强度的US3ZFe型制成。
此外，有利的是，至少一个密封件，但较佳的是每一个，包括一通过一由可弹性变形材料制成的环形密封件横向朝轴承内侧排列并径向朝轴承的轴线延伸的环形金属凸缘，密封件由于通过一安装在外圈和抵靠在金属凸缘的外周边的卡环而靠在外圈凸肩的其外径向周边而被保持住，而密封件的内径向周边包括一在弹性变形材料的环形密封件的、其横截面基本上为V形的唇缘，所述唇缘与内圈的外部及圆柱形的横向支承表面弹性接触。从而提供良好的密封，以防润滑剂渗到密封件外面。
另外，为了显著地改进维修保养，至少一个密封件的凸缘，但较佳的是每一个，穿透有至少一个被相应环形密封件的弹性变形材料的腹部或膜(web)隔离的孔，从孔的内侧在所述腹部上形成至少一个不必畅通的狭缝，从而可方便地用注射器将润滑剂注射到轴承，注射器的针放置在所述狭缝中。
在一较佳实施例中，在密封件的由钢制成的凸缘上周向等间距地形成若干孔，在凸缘的所述每一个轴向孔中，在由碳氟化合物制成的环形密封件中形成一径向狭缝。
要知道的是，上述的密封件自身构成一个独立的发明，它解决了其用在球轴承时引起的、与滚珠、圈和滚珠隔离圈的性能和结构无关的前面所指出的问题。
本发明还涉及到将如上所述的本发明的混合球轴承应用于直升机尾部传动，尤其是应用于尾部齿轮箱，用以驱动直升机尾部旋转翼。
从下面给出的说明中可使本发明的其它特征和优点变得更清楚，该说明是结合附图描述的、非限制性的一个示例，在附图中
图1是球轴承的立体图；图2是图1轴承的比例放大的径向剖面图；图3是图1和2轴承的两个圈的比例放大的横剖面图；图4是图1和2的轴承隔离圈的中等比例的径向剖面图；图5是图4隔离圈的侧视图；图6是图4和5的隔离圈零件的剖面图；以及图7是图1和2轴承的环形密封件的另一比例的横剖面图。
图1至7的球轴承基本上包括一外圈1、一内圈2、设置在绕轴承的轴线X-X同轴的两圈1和2之间的诸滚珠3、一也设置在两圈1与2之间的并横向和周向保持诸滚珠3的环形隔离圈4以及两个环形密封件，每一个密封件基本上在两圈1与2之间径向延伸，在隔离圈4和滚珠3的相应一侧各有一个密封件，它们将润滑剂(油脂或油)保持在界定在两圈1与2之间和两密封件5之间、在隔离圈4和滚珠3周围并在这些构件之间的容积中，这些构件包含在该容积中。
该球轴承是深槽型，也就是说，外圈1和内圈2分别有一个各自的内滚道槽6和外滚道槽7，它们彼此面对面，各自的凹面朝着对方，它们相对轴承的径向中间平面P-P对称，在该例子中，球轴承的所有构件相对该平面都是对称的。
滚珠3设置在滚道槽6与7之间，并在径向与被设计成基本上承受径向力和很小轴向负荷的轴承中的这些槽6和7滚动接触。
滚珠3由诸如Si3N4或TiC的陶瓷烧结而成。
两个圈1和2由例如M50或100C6型的传统轴承钢、或440C或XD15N型的不锈钢、或诸如32CDV13的结构氮化钢或诸如M50NIL的结构渗碳钢的钢制成。
在选择材料时，当圈1和2的钢不是不锈钢时，用含铬量高的密致、无磁性、相当硬的合金，以电化学沉积的形式、更精确地说是，用电解沉积得到的表面涂层来保护圈1或2。较好的是采用Delage Electrolizing公司在法国进行的名称为“电解(Electrolizing)”的方法进行沉积。诸如有一无多孔或小凸节的光滑、平坦和均匀的表面的铬合金的电解沉积能够防腐蚀，提高耐磨损的能力，尤其是降低摩擦。
这种基于铬的合金的密致涂层也可通过电解法沉积在不锈钢轴承圈的表面硬化的滚道槽上，以在这些滚道槽中补偿不锈钢性能的表面硬化欠缺。
隔离圈4被制成两个部分或半隔离圈8和9，它们是用例如US3ZFe的青铜加工而成，并用诸轴向铆钉10组装起来，在该例子中，用9个Z10至Z15 CNT18EA的实心铆钉。两个半隔离圈8和9相对轴承的径向中间平面P-P对称，该平面是径向平面，两个半隔离圈8和9彼此靠在对方(见图4和6)。各半隔离圈8或9为花冠形，具有若干整个形状为半圆柱状的凹部，这些凹部与另一半隔离圈9或8的同样形状的若干凹部相配，基本上形成若干其径向轴沿隔离圈圆周方向均匀地分布的圆柱形护罩，使得该例子中的9个护罩中的每一个容纳9个滚珠3中的一个。将两个半隔离圈8和9轴向连接在一起的各轴向铆钉10穿过穿透隔离圈4的、位于两相邻护罩11之间和两个孔口平面13之间的那部分的轴向孔12，孔口平面13加工在半隔离圈8和9的轴向面对轴承外侧的横向表面中，以减少在内圈2上定中心安装的隔离圈4的质量。
每一密封件5包括一基本径向延伸的由可弹性变形材料制成的环形密封件14，在该例子中用碳氟化合物，环形密封件14模制在由一环形凸缘15构成的金属铠装件(armature)上。如图7所示，环形凸缘15包括一外周部分15a，该外周部分15a通过一横向朝轴承的外侧会聚的截头圆锥形部分15b径向地朝轴承的轴线X-X延伸，而截头圆柱形部分15b自身通过一终止在横向朝轴承的内侧会聚的、基本是截头圆锥形内周部分15d的径向部分15c朝轴线X-X延伸。此外，横截面为圆形的四个圆柱形孔16等距离分布在以轴线X-X为圆心的圆周向，该四个孔轴向形成在钢凸缘15的径向中心部分15c(见图1)。
碳氟化合物环形密封件14模制在铠装件凸缘15上，这样它能使凸缘15的朝向轴承内侧的所有部分衬有也覆盖外周部分15a的外径向边缘的碳氟化合物薄膜。环形密封件14的碳氟化合物还用一腹部或膜14b覆盖每一孔16的朝向轴承内侧的壁，使其端部隔离。另一方面，凸缘15的内周部分15d嵌入碳氟化合物的构成环形密封件14和密封件5的内径向周边的质量中，该质量形成横向通向轴承外侧的横截面基本为V形的唇缘14c。当密封件5通过凸缘15的外径向周边部分15a和碳氟化合物环形密封件14的薄膜14a保持时，该V形唇缘14c与内圈2的外部及圆柱形的横向支承表面17弹性接触(见图3)，薄膜14a通过一例如由Z10CN18-制成的金属卡环19横向衬在和抵靠在外圈1的径向和横向凸肩18，其中卡环19安装和保持在径向通向内侧并形成在该外圈1的相应横向端部的内径向周边的槽20(横向地在凸肩18的外侧)中。
两个密封件5彼此相对径向平面P-P对称地安装，通过它们的对着外圈1的凸肩18的外径向周边，用卡环19以密封的形式固定，并在形成滚道槽7的部分与隔离圈4定中心的部分之间的圆柱形支承表面21的每一侧、通过它们的对着内圈2的圆柱形支承表面17的V形唇缘14c密封接触。从而提供优良的密封，以防止润滑剂由于渗出而损失。但是，为了补偿任何可能的润滑剂损失，在碳氟化合物环形密封件14的隔离凸缘15的各孔16的腹部14b形成狭缝22，该狭缝从孔16的内侧形成。该孔22较佳地朝径向延伸，不必穿通腹部14b。采用一含有润滑剂的注射器，就可将注射器的针放置在狭缝22的两边缘之间，可用该针刺破该狭缝的端部并穿过腹部14b，从而用注射器将润滑剂注射到轴承内，然后从腹部14b和狭缝22中抽出针，腹部又弹性的闭合，以防任何润滑剂通过狭缝22和孔16渗到轴承的外面。
因此，可在不撕裂或破坏密封件5的环形密封件14的情况下为轴承再补给油脂或润滑剂。
本发明的球轴承可有利地用于直升机尾部的传动系统，尤其是用于尾部齿轮箱，以驱动直升机的尾部旋转翼。在该应用中，这样的球轴承可在直升机运行过程中运行1200工作小时，而无须添加油脂。因此，润滑方面的时间与传统轴承相比可乘上一3数量级的系数，而且，充填作业可通过隔离密封件5的铠装件凸缘15的孔16的碳氟化合物腹部14b中的狭缝22更容易地进行。
这样可使维修保养成本相当低。
应该指出的是，在该轴承中隔离圈4较佳地由青铜制成，但也可容易地由钢或例如如在本领域所了解的在PEEK(聚醚醚酮)的合成树脂中嵌入脆碳纤维的复合物制成。
要指出的是，诸如5的密封件也可装在其滚珠和/或内外圈和/或隔离圈的结构和/或性能与上述不同的球轴承中，这种密封件本身就是一个可应用于本领域中的球轴承的独立发明。
权利要求
1.一种深槽型球轴承，它包括由钢制成的一内圈(2)和一外圈(1)，内圈和外圈分别具有一个彼此面对面的两滚道槽(6，7)之一的滚道槽；设置在内外圈(1，2)的滚道槽(6，7)之间并与之接触的诸滚珠(3)；一设置在内外圈(1，2)之间以保持滚珠(3)的滚珠隔离圈(4)；以及在滚珠(3)和滚珠隔离圈(4)的每一侧、基本上在两圈(1，2)之间径向延伸的两个环形密封件(5)，用以将润滑剂保持在含有滚珠(3)和隔离圈(4)的容积中、且将润滑剂限定在两圈(1，2)与两密封件(5)之间，其特征在于，滚珠(3)由陶瓷烧结而成。
2.如权利要求1所述的球轴承，其特征在于，滚珠(3)的陶瓷至少部分地由Si3N4或TiC构成。
3.如权利要求1和2之一所述的球轴承，其特征在于，内圈(2)的钢材和外圈(1)的钢材可从如下的钢材中选择传统轴承钢，较佳的是M50或100C6型；不锈钢，较佳的是440C或XD15N型；结构渗氮或表面硬化钢，较佳的是32CDV13或M50NIL。
4.如权利要求1至3中的任何一项所述的球轴承，其特征在于，对于至少一个钢圈(1，2)、至少在其滚道槽(6，7)上采用含铬量高的密致合金制成的、通过电解沉积生成的表面涂层来进行保护。
5.如权利要求1至4中的任何一项所述的球轴承，其特征在于，隔离圈(4)由两个相对于一径向平面(P-P)对称的半隔离圈(8，9)构成，沿该平面一个半隔离圈抵靠在另一个半隔离圈上并呈花冠形式，这些半隔离圈(8，9)通过在半隔离圈(8，9)的、形成容纳滚珠(3)的护罩(11)的诸互补凹部之间的诸轴向铆钉(10)而彼此轴向相对地组合在一起，这样，隔离圈(4)在内圈(2)定中心。
6.如权利要求5所述的球轴承，其特征在于，隔离圈(4)由青铜制成，较好的是US3ZFe型。
7.如权利要求1至6中的任何一项所述的球轴承，其特征在于，至少一个密封件(5)包括一通过一由可弹性变形材料制成的环形密封件(14)横向朝轴承内侧衬垫并径向朝轴承的轴线(X-X)延伸的环形金属凸缘(15)，密封件(5)通过一安装在外圈(1)和抵靠在金属凸缘(15)的外周边(15a)的卡环(19)将其外径向周边(15a，14a)靠在外圈(1)凸肩(18)而被保持住，而密封件(5)的内径向周边包括一弹性变形材料构成的环形密封件(14)的、其横截面基本上为V形的唇缘(14c)，所述唇缘(14c)与内圈(2)的外部及圆柱形的横向支承表面(17)弹性接触。
8.如权利要求7所述的球轴承，其特征在于，至少一个密封件(5)的凸缘(15)穿透有至少一个被相应环形密封件(14)的弹性变形材料的腹部(14b)隔离的孔(16)，从孔(16)的内侧在所述腹部(14b)上形成至少一个不必畅通的狭缝(22)，从而可方便地用注射器将润滑剂注射到轴承，注射器的针放置在所述狭缝(22)中。
9.如权利要求8所述的球轴承，其特征在于，在密封件(5)的所述钢凸缘(15)中沿周向等间距地形成若干孔(16)，在凸缘(15)的所述每一个孔(16)中，在碳氟化合物的环形密封件(14)中形成一径向狭缝(22)。
10.如权利要求1至9中的任何一项所述的球轴承的一个应用是直升机的尾部传动，尤其应用于尾部齿轮箱。
全文摘要
本发明涉及一种球轴承,它包括:由钢制成的一内圈(2)和一外圈(1),内圈和外圈分别具有球轴承槽(6,7);设置在球轴承槽(6,7)之间并与之接触的诸滚珠(3);一设置在内外圈(1,2)之间以保持滚珠(3)的滚珠隔离圈(4);以及基本上在两圈(1,2)之间径向延伸的两个环形密封件(5),用以将润滑剂保持在含有滚珠(3)和隔离圈(4)的容积中,并将润滑剂限定在两圈(1,2)与两密封件(5)之间。
文档编号F16C19/16GK1373836SQ00812640
公开日2002年10月9日 申请日期2000年9月8日 优先权日1999年9月10日
发明者A·J·比代, 让皮埃尔·A·卡赫兹 申请人:Snfa公司