调心滚子轴承的制作方法

专利名称：调心滚子轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及用在普通工业机械、机床、振动筛、钢铁工业、摩托车发动机等等中的调心滚子轴承(self-aligning roller bearing)的使用寿命延长。
背景技术：
调心滚子轴承具有能够防止产生异常荷载和提高径向承载能力的优点，因为即使当外环或者内环由于装配失误或者冲击载荷而发生倾斜时，滚动元件的接触状态也不会改变。由此，调心滚子轴承被广泛用作造纸机械中的各种轧辊轴承(roll neck bearing)、车辆轴承、各种工业轴承等等。
顺便说明，在令人满意地形成有油膜的洁净环境中，一般的球轴承或者圆柱形滚子轴承会由于表面下起始型破裂(the subsurface initiatedfracture)而破损。这种表面下起始型破裂表明从包含于材料中作为起始点的非金属杂质产生了疲劳裂缝，并逐渐变宽。因此，通过提高材料的清洁度可以实现球轴承和圆柱形滚子轴承的使用寿命延长。
但是，与前述轴承不同，在某些情况下，根据应用状况会在调心滚子轴承中产生表面起始型破坏(the surface initiated failure)。这种表面起始型破坏表明在洁净环境中在内环的表面上产生了极微小的塑性流动，并且由此从这里产生和扩散出剥离裂纹，导致发生片状剥落。因此，增大材料的清洁度不会对调心滚子轴承的使用寿命延长产生显著影响。
在调心滚子轴承中，歪斜会明显影响防止热量的产生或者轴承使用寿命的延长。
鉴于此，为了控制内环与滚动元件之间的摩擦系数和外环与滚动元件之间的摩擦系数，采取了对轴承的接触面积和轨道面的表面粗糙度进行控制的措施。例如，公开了这样一种实例，即通过将外环轨道面的表面粗糙度设定为大于内环轨道面的表面粗糙度(内环轨道面的表面粗糙度为0.1μmRa或者更低，而外环轨道面的表面粗糙度为0.2μmRa或者更高)来对歪斜加以控制，以便实现使用寿命延长(参见JP-B-57-61933)。
作为用于延长使用寿命的原因，其被假设为，在使得外环的粗糙度大于内环的粗糙度的情况下，产生使得滚动元件向轴承外侧倾斜的正向歪斜，来降低轴向载荷。此外，可以推断出，由于使得滚动元件向轴承内侧倾斜的负向歪斜增大了轴向载荷，所以这种负向歪斜会对轴承的使用寿命产生不良影响。
但是，当单纯地使得外环轨道面的粗糙度大于内环轨道面的粗糙度时，在某些情况下，往往会发生负向歪斜或者尽管增大了负向歪斜但是使用寿命仍延长。因此，难以说所述歪斜控制会对使用寿命的延长产生关键影响。此外，在使得外环轨道面的粗糙度过大时，外环轨道面的不均匀度会大于油膜的厚度。因此，润滑状况变差，并且轴承的使用寿命反而会易于变短。
此外，对于歪斜控制或者抑制极轻微滑移来说，通过将外环轨道面的表面粗糙度制成大于内环轨道面的表面粗糙度来增大摩擦力的途径是有效的。但是，实际中根据内环和外环上的位置，同一个轴承会在内环轨道面和外环轨道面的表面粗糙度上存在变化(沿圆周方向的变化)。因此，在内环轨道面与滚动元件之间接触部分以及外环轨道面与滚动元件之间接触部分处产生的摩擦力的大小，会根据轴承在相应位置的转动发生变化。由此，似乎抑制在极微小区域中滑移和歪斜的实际效果是变化的。
例如，当在同一个轴承中的若干位置处测定粗糙度时，粗糙度的各个值会发生变化。在当依据粗糙度范围进行审视时机加工状况不太好的情况下，如果由于内环轨道面的粗糙度范围和外环轨道面的粗糙度范围相互非常接近或者相互重叠而在内环轨道面与外环轨道面之间存在有表面粗糙度逆转的部分，那么在滚动元件与内环和外环之间接触部分处产生的摩擦力会发生变化，并且由此滚子的转动会变得不稳定。因此，在内环与滚动元件之间接触部分处产生了极微小滑移，且诸如剥离这样的表面损坏等等倾向于发生。
因此，仅仅使得外环轨道面的表面粗糙度大于内环轨道面的表面粗糙度是不够的。因此，必须针对轴承中外环轨道面的粗糙度分布和内环轨道面的粗糙度分布规定外环轨道面与内环轨道面之间的表面粗糙度比率。
此外，在调心滚子轴承中，通过在200℃或更高温度下对内环和外环实施高温回火，使得残留的奥氏体成分基本上降低至0％，因为残留的奥氏体通常在高温应用状况下发生分解而导致尺寸改变。这种高温回火工艺可以促使残留的奥氏体发生分解，但是这种工艺会产生有害影响，使得硬度降低。因此，易于在内环上产生诸如剥离这样的表面损坏等等，并且由此缩短轴承的使用寿命。
相反，如果外环的表面粗糙度增大，即如果内环轨道面在中心线上的粗糙度范围上限值被设定为大于外环轨道面在中心线上的粗糙度范围下限值，那么可以如前所述抑制内环上的诸如剥离这样的表面损坏等等，并且还可以抑制内环的破裂。另一方面，在粗糙度大的外环与粗糙度相对适中的滚子之间接触部分处产生的摩擦力会增大，并且由此使得外环驱动滚子。最终，滚子表面的疲劳明显发展。

发明内容
本发明鉴于前述方面而产生，并且本发明的目的在于提供一种调心滚子轴承，能够通过抑制由于诸如剥离这样的表面损坏等等导致的过早片状剥落，实现使用寿命的延长。
为了克服前述问题，在本发明中的第一种调心滚子轴承内，作为滚动元件的双排滚子沿圆周方向被可滚动地排布在内环与外环之间，其中使得形成在外环的内周表面上的外环轨道面的粗糙度大于形成在内环的外周表面上的内环轨道面的粗糙度，并且在轴线方向和圆周方向上，外环轨道面的平均粗糙度Ra被设定在0.1μm≤Ra≤0.5μm内，并且由下述公式定义的粗糙度参数S被设定在0＜S≤20μm内，S=1nΣi=1nSi]]>其中n是用于指示外环轨道面的粗糙度的粗糙度曲线上的粗糙度峰值数目，而Si是粗糙度曲线上的相邻峰值之间的间距。
优选的是，所述滚动元件的滚动接触表面的平均粗糙度被设定为Ra＜0.1μm，并且所述内环轨道面的平均粗糙度被设定为Ra＜0.15μm。
优选的是，满足不等式Rao/Rai≥1.5，其中Rai是所述内环轨道面在中心线上的粗糙度范围上限值，而Rao是所述内环轨道面在中心线上的粗糙度范围下限值，并且所述滚动元件与内环和外环中至少任一个之间的残留奥氏体成分γR的差异被设定为3％体积比或者更高。
优选的是，在b1/(B/2)≤0.9、b2(B/2)≤0.9并且测定长度为0.1mm至1.0mm的范围中，在轴线方向和圆周方向上，所述外环轨道面的平均粗糙度Ra被设定在0.1μm≤Ra≤0.5μm内，其中B是所述外环的宽度，b1、b2分别是与所述外环的两个端面的距离，而粗糙度参数S被设定在0≤S≤20μm内。
优选的是，所述外环轨道面具有相互交叉的机加工痕迹，并且这些机加工痕迹通过一种超精加工(super finishing)而形成。
此外，在本发明中的第二种调心滚子轴承内，作为滚动元件的双排滚子沿圆周方向被可滚动地排布在内环与外环之间，其中使得形成在外环的内周表面上的外环轨道面的粗糙度大于形成在内环的外周表面上的内环轨道面的粗糙度，并且在轴线方向和圆周方向上，外环轨道面的平均粗糙度Ra被设定在0.1μm≤Ra≤0.5μm内，滚动元件的滚动接触表面的平均粗糙度被设定为Ra＜0.1μm，并且内环轨道面的平均粗糙度被设定为Ra＜0.15μm。
优选的是，满足不等式Rao/Rai≥1.5，其中Rai是所述内环轨道面在中心线上的粗糙度范围上限值，而Rao是所述内环轨道面在中心线上的粗糙度范围下限值，并且所述滚动元件与内环和外环中至少任一个之间的残留奥氏体成分γR的差异被设定为3％体积比或者更高。
优选的是，所述外环轨道面具有相互交叉的机加工痕迹，并且这些机加工痕迹通过一种超精加工而形成。
此外，在本发明中的第三种调心滚子轴承内，作为滚动元件的双排滚子沿圆周方向被可滚动地排布在内环与外环之间，其中使得形成在外环的内周表面上的外环轨道面的粗糙度大于形成在内环的外周表面上的内环轨道面的粗糙度，并且满足不等式Rao/Rai≥1.5，其中Rai是内环轨道面在中心线上的粗糙度范围上限值，而Rao是内环轨道面在中心线上的粗糙度范围下限值，并且滚动元件与内环和外环中至少任一个之间的残留奥氏体成分γR的差异被设定为3％体积比或者更高。
优选的是，所述外环轨道面具有相互交叉的机加工痕迹，并且这些机加工痕迹通过一种超精加工而形成。
根据本发明中的第一种调心滚子轴承，可以在外环轨道面上与滚子发生接触的整个范围中减小粗糙度的局部变化，并且可以稳定地增大外环轨道面与滚子的摩擦系数。因此，可以抑制滚子的转动滑移，并且还可以抑制由于诸如剥离这样的表面损坏等等导致的过早片状剥落，由此可以实现使用寿命的延长。
此外，由于外环轨道面的粗糙度参数S被设定为0≤S≤20μm，所以可以增大在外环轨道面与滚子之间接触部分处的摩擦系数，并且可以抑制滚子的滑移。因此，可以抑制由于诸如剥离这样的表面损坏等等导致的过早片状剥落，并且由此可以实现调心滚子轴承的使用寿命延长。
此外，根据本发明中的第二种调心滚子轴承，为抑制作用在内环和滚动元件上并且起到引起调心滚子轴承发生片状剥落作用的切向力，滚动元件的滚动接触表面的平均粗糙度被设定为Ra＜0.1μm，内环轨道表面的平均粗糙度被设定为Ra＜0.15μm，并且外环轨道面的平均粗糙度被设定为0.1μm≤Ra≤0.5μm。因此，可以抑制在内环轨道面上产生极微小的塑性流动，并且由此可以实现使用寿命的稳定延长。
此外，根据本发明中的第三种调心滚子轴承，如果通过将作为滚动元件的滚子的硬度设定成高于轨道环并且残留下奥氏体来提高外环的粗糙度，那么可以抑制在内环上的极微小滑移，并且由此可以减轻内环的表面疲劳，但是滚子会变成最易于发生表面疲劳的部分。基于这种现象，通过向容易发生疲劳的滚子应用抵抗表面疲劳的材料要求，可以延长使用寿命。提高滚动元件的表面硬度和残留下奥氏体对于诸如剥离这样的表面损坏等等来说非常有效。


图1是一个根据本发明第一实施例的调心滚子轴承的轴向剖视图；图2解释了根据本发明的调心滚子轴承的作用方式；图3示出了在表1中给出的测试轴承的平均粗糙度与使用寿命之间关系；图4示出了当在b1/(B/2)等于0.1至0.9并且测定长度1等于0.5mm的条件下对测试轴承中的外环轨道面的粗糙度进行测试时，获得的测试结果；图5示出了测试轴承的圆周方向粗糙度与轴线方向粗糙度之间的关系；图6解释了外环轨道面的粗糙度参数S；图7示意性地示出了在外环轨道面的粗糙度参数S较大和这个参数S较小两种情况下外环轨道面与滚子之间的接触状况；图8示出了在外环轨道面与滚子之间接触部分处的摩擦系数测试值；图9示意性地示出了当外环轨道面与滚子之间接触部分处的摩擦系数增大时的润滑状况；图10示意性地示出了外环轨道面的粗糙图案(a roughness pattern)；图11示意性地示出了外环轨道面上的平均粗糙度与粗糙度参数的测定位置；图12示出了表2中的使用寿命比率与粗糙度参数之间的关系；图13是一个根据本发明第二实施例的调心滚子轴承的轴向剖视图；图14是一个两缸测试机的示意图；图15是一个图表，示出了驱动侧测试件的表面粗糙度与切向力的大小比率之间的关系；图16是一个图表，示出了从动侧测试件的表面粗糙度与切向力的大小比率之间的关系；图17示例性视图，解释了滚动元件在载荷施加范围中从外环接收的切向力的方向；图18示例性视图，解释了滚动元件在非载荷施加范围中从外环接收的切向力的方向；图19是一个图表，以概略方式示出了表3中的使用寿命比率；图20是一个示意性的总体视图，示出了一个根据本发明第三实施例的调心滚子轴承的轴向剖面形状；图21示出了外环轨道面和内环轨道面的表面粗糙度范围，以及外环的粗糙度范围下限值Rao与内环的粗糙度上限值Rai之间的比率；而图22示出了外环的粗糙度范围下限值Rao和内环的粗糙度范围上限值Rai之间的比率与使用寿命比率之间的关系。
在本文中，在前述附图内，附图标记10指代的是一个调心滚子轴承，11、21、31指代的是内环，12a、12b、22、32a指代的是内环轨道面，13、23、33指代的是外环，14、24、34a指代的是外环轨道面，15、25、35指代的是滚子(滚动元件)，而16、26、36指代的是保持架。
具体实施例方式
下面将参照附图对本发明的实施例进行阐述。在本文中，这些实施例仅仅分别示出了本发明的一个实施例，完全不能被解释为局限于这些实施例。此外，在本发明的范围之内，可以适当地对这些实施例进行设计更改。
下面将参照图1至12对本发明的第一实施例进行阐述。
图1是一个根据本发明第一实施例的调心滚子轴承的轴向剖视图。在图1中，根据本发明第一实施例的调心滚子轴承10具有一个内环11。双排轨道(在下文中也被称作“内环轨道面”)12a、12b沿着内环11的圆周方向形成于该内环11的外周表面上。此外，调心滚子轴承10具有一个外环13。一个双排整体式球形轨道(在下文中也被称作“外环轨道面”)沿着外环13的圆周方向形成于该外环13的内周表面上。
内环轨道面12a、12b和外环轨道面14相互对置。多个的滚子15分别被设置在内环轨道面12a与外环轨道面14之间和内环轨道面12b与外环轨道面14之间。这些滚子15被保持在一个保持架16中。各自的周面部分均被制成类似一个圆弧，以便具有与内环轨道面12a、12b和外环轨道面14几乎相同的曲率半径。
外环轨道面14的表面粗糙度被制成高于(粗糙于)内环轨道面12a、12b的表面粗糙度(通常为0.05μm至0.15μm)。由此，外环轨道面144在使得磨石(grindstone)的转动轴线平行于外环13的中心轴线的同时经受研磨，并且随后在使得磨石沿着外环13的轴线方向摆动的同时经受超精加工。在轴线方向和圆周方向上，在b1/(B/2)≤0.9、b2(B/2)≤0.9并且测定长度为0.1mm至1.0mm的范围中，平均粗糙度Ra被设定为0.1μm≤Ra≤0.5μm，其中B是外环13的宽度，b1、b2分别是与外环13的两个端面之间的距离。
以这种方式，如果在轴线方向和圆周方向上，在b1/(B/2)≤0.9、b2(B/2)≤0.9并且测定长度为0.1mm至1.0mm的范围中，外环轨道面14的平均粗糙度Ra被设定为0.1μm≤Ra≤0.5μm，那么在外环轨道面14上与滚子15发生接触的整个表面中局部粗糙度的变化会减小，并且稳定地提高外环轨道面14与滚子15的摩擦系数。最终，可以通过抑制由于诸如剥离这样的表面损坏等等导致的过早片状剥落而实现使用寿命的延长。
此外，在前述实施例中，由于外环轨道面14在使得磨石的转动轴线平行于外环13的中心轴线的同时经受研磨，并且随后在使得磨石沿着外环13的轴线方向摆动的同时经受超精加工，所以会在外环轨道面14上形成类似网眼图案的研磨痕迹，如图2(c)中所示。也就是说，通过超精加工在外环轨道面14上形成相互交叉的机加工痕迹。因此，由于被制成的所述外环轨道面可以减小粗糙度的变化，所以可以更为有效地延长所述调心滚子轴承的使用寿命。在这里，图2(c)中的θ是沿圆周方向的机加工痕迹的交角。如果所述机加工痕迹与轨道面圆周方向的交角被设定在90度至150度之内，那么可以使得粗糙度在圆周方向和轴线方向上更为相互接近。
作为所述外环轨道面的研磨方法，通常存在有在保持磨石的转动轴线平行于外环的中心轴线的同时进行研磨的方法(在下文中被称作“直线研磨”)和通过利用直径大于外环宽度的杯状磨石进行研磨的方法(在下文中被称作“杯状磨石研磨”)。根据两者中的直线研磨，形成于所述外环轨道面上的研磨痕迹会产生一个平行于该外环的圆周方向的直线图案，如图2(a)中所示。因此，当沿着所述外环的轴线方向测定该外环轨道面的粗糙度时，测定值会大于沿着所述外环的圆周方向测定粗糙度的情况。但是，由于当所述滚子在外环轨道面上滚动时产生的摩擦力沿着外环的圆周方向作用，所以与当沿着所述外环的圆周方向测定外环轨道面的粗糙度时探测到的粗糙度相比，当沿着外环的轴线方向测定所述粗糙度时探测到的粗糙度会对摩擦系数的增大产生少量影响。此外，当沿着所述外环的轴线方向测定出的平均粗糙度Ra较大时，这种粗糙度具有增大摩擦系数的效果。但是，当平均粗糙度Ra过大时，与油膜的厚度相比，所述外环轨道面上的不均匀度会变大，并且由此使得润滑状况变差，使用寿命易于变短。
相反，由于在使得杯状磨石的转动轴线垂直于外环的中心轴线的同时进行所述杯状磨石研磨，所以会在所述外环轨道面上形成类似于曲线图案的研磨痕迹，其中所述曲线图案以外环的中心作为顶点，如图2(b)中所示。因此，当沿着所述外环的轴线方向测定该外环轨道面的粗糙度时，研磨痕迹会在外环轨道面的端部上从轴线方向和圆周方向发生倾斜，并且由此在沿着所述外环的圆周方向测定所述粗糙度的情况，平均粗糙度Ra变大。此外，在所述杯状磨石研磨的情况下，由于在所述外环轨道面的端部附近研磨痕迹相互交叉，摩擦系数可以明显增大，但是在所述外环轨道面的中心部分附近，研磨痕迹变得几乎平行于所述外环的轴线方向。由此，当沿着所述外环的圆周方向测定所述粗糙度时，平均粗糙度Ra会变大，但是当沿着所述外环的轴线方向测定所述粗糙度时，平均粗糙度Ra不会变得如此大。与所述直线研磨相比，所述杯状磨石研磨可以通过沿所述外环的圆周方向增大摩擦系数来抑制转动滑移，不过，当利用所述杯状磨石对外环轨道面进行研磨时，在所述外环轨道面的中心部分附近的摩擦系数会变得小于在端部附近的摩擦系数。因此，摩擦系数根据所述外环轨道面上的位置发生变化，并且所述滚子的滚动会变得不稳定。
相反，类似于本实施例，如果所述外环轨道面在保持磨石的转动轴线平行于该外环的中心轴线的同时经受研磨，并且随后在使得磨石沿着所述外环的轴线方向摆动的同时经受超精加工，那么在所述外环轨道面上会形成类似于网眼图案的研磨痕迹，如图2(c)中所示，并且由此制成的外环轨道面的粗糙度的变化会降低。最终，可以更为有效地延长所述调心滚子轴承的使用寿命。
为了检验前述效果，本发明的发明人在这样的测试条件下对所述调心滚子轴承进行了寿命测试转数1500min-1；测试载荷45217N；润滑状况RO68。此外，在进行寿命测试之前，本发明的发明人在下述测定条件1至3下对所述外环轨道面的平均粗糙度Ra进行测定。在本文中，所述寿命测试终止于26.3的使用寿命比率。
测定条件1测定长度1＝15mm；测定方向外环轴线方向；测定部位整个外环轨道面测定条件2测定长度1＝0.5mm；测定方向外环轴线方向；测定部位b1/(B/2)＝0.7测定条件3测定长度1＝0.5mm；测定方向外环圆周方向；测定部位b1/(B/2)＝0.4前述寿命测试的测试结果和平均粗糙度的测定结果在表1中给出。


*)→表示测试在未发生片状剥落的条件下中断的那些轴承(A)粗糙形状的示意图(B)测定条件1测定长度l＝15mm，测定方向外环轴线方向，测定部位整个外环轨道面(C)测定条件2测定长度l＝0.5mm，测定方向外环轴线方向，测定部位b1/(B/2)＝0.7(D)测定条件3测定长度l＝0.5mm，测定方向外环圆周方向，测定部位b1/(B/2)＝0.4EMB实施例C.E对比示例在表1中，TB1至TB7和TB20至TB23分别示出了其中外环轨道面利用图2(c)中所示方法进行处理的测试轴承，TB8至TB13分别示出了其中外环轨道面利用图2(a)中所示的直线研磨方法进行处理的测试轴承，而TB14至TB19分别示出了其中外环轨道面利用图2(b)中所示的杯状磨石研磨方法进行处理的测试轴承。在本文中，使用了由Nippon Seiko K.K.制造的调心滚子轴承(型号为22211，外径为100mm，内径为55mm，宽度为25mm)作为测试轴承。
如表1中所示，在于测定条件1下对所述外环轨道面的平均粗糙度进行测试的情况下，测试轴承TB1至TB19显示了几乎相同的平均粗糙度值，但是与TB1至TB7的使用寿命比率相比，测试轴承TB8至TB19的使用寿命比率(在假设测试轴承TB11的使用寿命被设定为1的条件下获得的使用寿命比率)显示为一个较小的值。此外，在于测定条件2下对所述外环轨道面的平均粗糙度进行测试的情况下，测试轴承TB1至TB13显示了几乎相同的平均粗糙度值，但是与TB1至TB7的使用寿命比率相比，测试轴承TB8至TB13的使用寿命比率显示为一个较小的值。此外，在于测定条件3下对所述外环轨道面的平均粗糙度进行测试的情况下，测试轴承TB1至TB7和TB14至TB19显示了几乎相同的平均粗糙度值，但是与TB1至TB7的使用寿命比率相比，测试轴承TB14至TB19的使用寿命比率显示为一个较小的值。从前述内容可以发现，测试轴承TB1至TB19中的测试轴承TB1至TB7可以提供使用寿命比测试轴承TB8至TB19长的调心滚子轴承。
通过在测试轴承TB20与测试轴承TB22之间进行比较，测试轴承TB20显示出与测试轴承TB22几乎相同的平均粗糙度值(大约为0.1μm)，而测试轴承TB22的使用寿命比率显示为一个比测试轴承TB20小的值。基于此，显然如果外环轨道面的平均粗糙度变得小于0.1μm，那么调心滚子轴承的使用寿命会缩短。
通过在测试轴承TB21与测试轴承TB23之间进行比较，测试轴承TB21显示出与测试轴承TB23几乎相同的平均粗糙度值(大约为0.5μm)，而测试轴承TB23的使用寿命比率显示为一个比测试轴承TB21小的值。基于此，显然如果外环轨道面的平均粗糙度变得超过0.5μm，那么调心滚子轴承的使用寿命会缩短。
图3示出了在测试轴承TB1至TB23中平均粗糙度与使用寿命比率之间的关系。在图3中，(a)示出了当于测定条件2下对所述外环轨道面的粗糙度进行测定时平均粗糙度与使用寿命比率之间的关系，而(b)示出了当于测定条件3下对所述外环轨道面的粗糙度进行测定时平均粗糙度与使用寿命比率之间的关系。
如图3中所示，可以明白，测试轴承TB1至TB23中的测试轴承TB1至TB7、TB20和TB21在b1/(B/2)＝0.7和b1/(B/2)＝0.4的范围中的平均粗糙度位于0.1μm至0.5μm的范围内，而测试轴承TB8至TB19、TB22和TB223在b1/(B/2)＝0.7和b1/(B/2)＝0.4的范围中的平均粗糙度位于0.1μm至0.5μm的范围外。在本文中，在所述粗糙度测定过程中将测定范围设定为b1/(B/2)＝0.7和b1/(B/2)＝0.4的原因在于，当所述调心滚子轴承接收径向载荷时被施加最大面压力的位置的附近对应于b1/(B/2)＝0.4，并且当内环和滚子接收轴向载荷和力矩载荷(the moment load)并且发生倾斜时被施加最大面压力的位置的附近对应于b1/(B/2)＝0.7。
当在b1/(B/2)＝0.1至0.9并且测定长度1＝0.5mm的条件下对测试轴承TB1中的外环轨道面粗糙度进行测定时所获得测定结果在图4中示出。在图4中，◆指代的是所述外环的轴线方向的粗糙度，而■指代的是所述外环的圆周方向的粗糙度。
如图4中所示，显然，当在0.1≤b1/(B/2)≤0.9的测定条件下对外环轨道面的粗糙度进行测定时，在轴线方向和圆周方向上，所述外环轨道面的平均粗糙度Ra位于0.1μm≤Ra≤0.5μm的范围内。
图5示出了测试轴承TB1至TB23的圆周方向上的粗糙度与轴线方向上的粗糙度之间的关系。如图5中所示，测试轴承TB1至TB23中的测试轴承TB1至TB7、TB20和TB21在轴线方向和圆周方向上的平均粗糙度均位于0.1μm至0.5μm的范围内，但是，测试轴承TB8至TB19、TB22和TB23在轴线方向和圆周方向上的平均粗糙度均没有位于0.1μm至0.5μm的范围内。
利用前述内容，如果，在b1/(B/2)≤0.9、b1/(B/2)≤0.9并且测定长度为0.1mm至1.0mm的范围中，外环轨道面在轴线方向和圆周方向上的平均粗糙度Ra被设定在0.1μm至0.5μm的范围内，那么可以获得这样的调心滚子轴承，即能够通过抑制由于诸如剥离这样的表面损坏等等导致的过早片状剥落而实现使用寿命的延长。更为优选的是，如果在轴线方向和圆周方向上的外环轨道面的平均粗糙度Ra被设定在0.2μm至0.4μm的范围内，那么如表1中给出的那样，所述调心滚子轴承的使用寿命可以进一步延长。
此外，本发明的发明人认真地对所述调心滚子轴承的使用寿命延长进行了研究。由此，本发明的发明人发现，如果为了抑制滚子发生转动滑移而通过提高外环轨道面的粗糙度来增大在外环轨道面与滚子之间接触部分处的摩擦系数，那么可以通过抑制发生剥离而实现所述调心滚子轴承的使用寿命延长，但是由于仅仅通过单纯地增大作为外环轨道面的粗糙度曲线幅值(竖向)参数的平均粗糙度Ra的值是不够的，所以重要的是降低作为粗糙度曲线的间距(横向)参数的不均匀度间隔。
更具体说，如图6中所示，粗糙度参数S如此定义S=1nΣi=1nSi---(1)]]>其中1是指示所述外环轨道面的粗糙度的粗糙度曲线C的测定长度，n是粗糙度曲线C上的粗糙度峰值的数目，而Si是粗糙度曲线C上的相邻峰值之间的间隔。如果该粗糙度参数S被设定为0＜S≤20μm，那么在外环轨道面与滚子之间接触部分处的摩擦系数可以增大，并且由此可以抑制滚子的滑移。因此，可以抑制由于诸如剥离这样的表面损坏等等导致的过早片状剥落，从而可以实现所述调心滚子轴承的使用寿命延长。
图7示意性地示出了在所述外环轨道面的粗糙度参数S较大和这个参数S较小的情况下所述外环轨道面与滚子之间的接触状况。如图7中所示，在所述外环轨道面的粗糙度参数S较小的情况下，与滚子接触的该外环轨道面的粗糙度峰值数目大于粗糙度参数S较大的情况。因此，在所述外环轨道面与滚子之间接触部分处的摩擦系数增大，并且抑制了滚子的滑移。
在图8中示出了当所述外环轨道面的粗糙度参数S较大和这个参数S较小时所述外环轨道面与滚子之间接触部分处的摩擦系数的实际测定结果。如图8中所示，在平均粗糙度Ra基本上相等的情形下，如果粗糙度参数S较小，那么在所述外环轨道面与滚子之间接触部分处的摩擦系数会变大。在这里，图8中的摩擦系数比率是当假设具有较大粗糙度参数S的摩擦系数为1时导出的相对值。
图9示意性地示出了在通过增大所述外环轨道面的平均粗糙度S来增大所述外环轨道面与滚子之间接触部分处的摩擦系数的情况下和在通过减小所述外环轨道面的粗糙度参数S来增大所述外环轨道面与滚子之间接触部分处的摩擦系数的情况下的润滑状况。如图9中所示，当通过增大所述外环轨道面的平均粗糙度Ra来增大所述外环轨道面与滚子之间接触部分处的摩擦系数时，润滑状况变差，并且由此所述调心滚子轴承的使用寿命缩短。相反，当通过减小所述外环轨道面的粗糙度参数S来增大所述外环轨道面与滚子之间接触部分处的摩擦系数时，尽管在所述外环轨道面与滚子之间接触部分处的摩擦系数增大，但是粗糙相对于油膜厚度(油膜参数)的不均匀度不会改变。因此，所述调心滚子轴承的使用寿命决不会因为润滑状况变差而缩短。
为了检验前述效果，本发明的发明人在这样的测定条件下对所述调心滚子轴承进行了寿命测试转数1500min-1；测试载荷45217N；润滑状况VG68，同时采用由Nippon Seiko K.K.制造的调心滚子轴承(型号为22211，外径为100mm，内径为55mm，宽度为25mm)作为测试轴承，并且在进行寿命测试之前还测定出了外环轨道面的平均粗糙度Ra和粗糙度参数S。
前述寿命测试的测试结果以及平均粗糙度Ra和粗糙度参数S的测定结果在表2中给出。



*)→指示的是测试在未发生片状剥落的条件下中断的那些轴承(A)粗糙形状的示意图(B)测定位置A(C)测定位置B(D)测定位置C(E)测定位置A、B、C的平均值EMB实施例C.E对比示例在表2中，测试轴承TB31至TB37和TB45、TB46分别指示的是其中的外环轨道面具有图10(b)中所示粗糙图案的测试轴承(这种调心滚子轴承中的外环轨道面在保持磨石的转动轴线平行于外环的中心轴线的同时进行研磨，随后通过使得磨石沿着外环的轴线方向摆动的同时经受超精加工)。再有，测试轴承TB38至TB44分别指示的是其中的外环轨道面具有图10(a)中所示粗糙图案的测试轴承(这种调心滚子轴承中的外环轨道面在保持磨石的转动轴线平行于外环的中心轴线的同时进行研磨，随后通过使得磨石沿着外环的轴线方向摆动的同时经受超精加工)。此外，表2中的平均粗糙度Ra和粗糙度参数S对应于在图11中所示位置测定出的值。在这里，在图11中，测定位置A和C被认为是当内环和滚子由于施加轴向载荷和力矩载荷而发生倾斜时被施加最大面压力的位置，而测定位置B被认为是当轴承经受纯粹径向载荷时被施加最大面压力的位置。此外，表2中的使用寿命比率利用当假设对比示例5中的值为1时导出的一个相对值表示，其中在对比示例5中使用寿命最短。所述寿命测试在使用寿命比率为15.0时终止。
在图12中示出了粗糙度参数S与使用寿命比率之间的关系。如图12中所示，在实施例1至9以及对比示例1至7中外环轨道面的平均粗糙度Ra位于0.25μm至0.40μm的范围内，但是对比示例1至7的使用寿命短于实施例1至9。这是因为在实施例1至9中所述外环轨道面的粗糙度参数S为20μm但是在对比示例1中粗糙度参数S超过了20μm。
如前所述，由于由公式(1)定义的粗糙度参数S被设定为0＜S≤20μm，所以在所述外环轨道面与滚子之间接触部分处的摩擦系数可以增大，并且可以抑制滚子的滑移。因此，可以通过抑制由于诸如剥离这样的表面损坏等等导致的过早片状剥落，实现所述调心滚子轴承的使用寿命延长。如果Ra的值处于0.1μm至0.5μm的范围内并且S的值为20μm或者更小，那么可以获得令人满意的外环粗糙度结果。更为优选的是，如果S的值被设定为15μm或者更小，那么如表2中给出的那样，所述调心滚子轴承的使用寿命可以进一步延长。此外，所希望的是，为了在外环轨道面与滚子之间接触部分处稳定地获得高摩擦系数，在圆周方向和轴线方向上的平均粗糙度Ra应该被设定为Ra＝0.25μm至0.4μm。此外，从磨石的最小颗粒尺寸等等加以评判，S的下限值可以被认为大约等于0.01μm。
接下来，在下文中将参照图13至19对本发明的第二实施例进行阐述。
图13是一个根据本发明第二实施例的调心滚子轴承的轴向剖视图。在图13中，在根据本发明第二实施例的调心滚子轴承中，作为滚动元件的双排凸面滚子25沿圆周方向经由一个保持架26可滚动地设置在具有双排轨道22(在下文中也被称作“内环轨道面”)的内环21与具有双排整体式球形轨道24(在下文中也被称作“外环轨道面”)的外环23之间。在内环21上的双排轨道22之间设置有一个导向环27，并且内环21上的轨道直径被设定为沿轴线方向在中部大于两个端部。
本发明的发明人认真地对所述调心滚子轴承的使用寿命延长进行了研究。最终，本发明的发明人发现，前述调心滚子轴承所特有的破裂并非直接由滚动元件发生歪斜而导致，而是由作用于内、外环与滚动元件之间的切向力所导致。因此，本发明的发明人发现，破裂由起始于极微小塑性流动的片状剥落所导致，其中所述塑性流动用作一个起始点并且当较大的切向力作用时产生于所述内环的表面上。极微小的塑性流动在切向力作用时产生于表面附近。因此，不仅促进了剥离裂纹，而且使得在表面上暴露出最大剪切应力位置，由此增大了剪切应力的值。换句话说，所述切向力对轴承的使用寿命具有巨大的不利影响。
此外，本发明的发明人还发现，存在一方向(与滚动方向相同)，沿该方向切向力会对使用寿命产生不利影响，以及一方向(与滚动方向相反)，沿该方向切向力对使用寿命影响很小，并且当切向力沿与滚动方向相同的方式作用时裂纹易于出现并且变宽(在慢的周向速度侧)。
因此，为了实现调心滚子轴承的使用寿命延长，重要的是抑制沿滚动方向作用在作为主要破损部分的内环上的切向力。因此，本发明的发明人完成了本发明，着眼于优化内、外环与滚动元件之间的粗糙度平衡，作为一种用于抑制所述切向力的措施。
具体说，作用于所述内环上的切向力在这些情况下会增大(A)面压力很大；(B)滚动元件的滚动接触表面和内环轨道面的粗糙度很大；以及(C)内环与滚动元件之间的滑移(周向速度存在差异)很大。
在(A)中面压力主要取决于应用状况。因此，为了抑制作用在内环上的切向力，可以考虑通过抑制所述滚动元件的滚动接触表面和内环轨道面的粗糙度作为用于(B)的措施，或者通过降低所述滚动元件的转速使得所述滚动元件接近一种纯滚动状态来抑制内环与滚动元件之间的滑移作为用于(C)的措施。
首先，将在下面详细地对(B)中的数值的重要含义进行阐述。
为了研究所述调心滚子轴承中的内环和滚动元件的表面粗糙度对切向力的影响，在采用图14中示出的两缸测试机的同时，通过借助于装配在支撑轴上的扭矩计测定摩擦扭矩来测定出所述切向力。测定条件被设定为最大面压力Pmax＝3.2Gpa，滑移率为10％，并且润滑油为RO68。
作为所述调心滚子轴承中的内环的周向速度和滚动元件的周向速度的测定和计算结果，滚动元件的周向速度超过了内环的周向速度。因此，一个用于模拟所述滚动元件的测试件(test piece)被装配在驱动侧，而一个用于模拟所述内环的测试件被装配在从动侧，并且从动侧测试件的转速通过齿轮组(齿轮齿数比为10∶9)得以降低。由此，驱动侧测试件的转数被设定为500min-1，并且从动侧测试件的转数被设定为450min-1。
图15示出了在用于模拟滚动元件的驱动侧测试件的表面粗糙度发生变化同时保持用于模拟内环的从动侧测试件的表面粗糙度在RaF＝0.1μm处保持恒定的情况下，利用所述两缸测试机获得的对作用在两个测试件上的切向力大小差异的研究结果。在图15中，所述切向力作为当假设在驱动侧测试件的平均表面粗糙度RaD＝0.05μm下获得的切向力为1时的大小比率给出。
此外，图16示出了在用于模拟内环的从动侧测试件的表面粗糙度发生变化同时保持用于模拟滚动元件的驱动侧测试件的表面粗糙度在RaD＝0.05μm处保持恒定的情况下，利用所述两缸测试机获得的对作用在两个测试件上的切向力大小差值的研究结果。在图16中，所述切向力作为当假设在从动侧测试件的平均表面粗糙度RaF＝0.1μm下获得的切向力为1时的大小比率给出。
在这里，使用高碳铬轴承钢(SUJ2)作为所述驱动侧和从动侧的各个测试件的材料。在830至850℃下对这种钢进行淬火处理，并且随后在160至240℃下对这种钢进行回火处理。最终，随着表面粗糙度增加越多，在用于模拟所述滚动元件的驱动侧测试件和用于模拟所述内环的从动侧测试件中切向力均会增大更多，但是当驱动侧测试件的平均表面粗糙度增加至超过RaD≥0.1μm并且从动侧测试件的平均表面粗糙度增加至超过RaF≥0.15μm时，所述切向力趋于快速增大。
因此，在抑制作用于所述内环和滚动元件上的切向力方面有效的是，内环轨道面的平均粗糙度应该被设定为Ra＜0.15μm，并且滚动元件的滚动接触表面的平均粗糙度应该被设定为Ra＜0.1μm。在这种情况下，从后面描述的寿命测试的结果加以评判，优选的是所述内环轨道面的平均粗糙度应该被设定为Ra＜0.1μm，并且所述滚动元件的滚动接触表面的平均粗糙度应该被设定为Ra＜0.05μm。作为由于制造上的限制而导致的下限，所述内环轨道面的平均粗糙度为Ra＞0.001μm，并且所述滚动元件的滚动接触表面的平均粗糙度为Ra＞0.001μm。
接下来，作为另外一种用来抑制作用于内环和滚动构件上的切向力的措施，对通过将所述滚动元件的转速降低来使得所述滚动元件接近于纯滚动状态来抑制(C)中所述内环与滚动元件之间的滑移的途径进行阐述。
作为用于抑制所述滚动元件的转速的特殊方法，本发明的发明人关注于使得外环轨道面的表面粗糙度变大的解决途径。这种途径的示例性视图分别在图17和18中示意性示出。
图17和18分别示出了在载荷施加范围和非载荷施加范围中所述滚动元件从外环接受到的切向力的方向。通常，在载荷施加范围中，所述滚动元件的转速变得比该滚动元件的旋转速度(revolution speed)要快。因此，如图17中所示，作用于所述外环与滚动元件之间的切向力沿着抑制所述滚动元件的转速的方向做功。
相反，在非载荷施加区域中，所述滚动元件的转速变得比旋转速度要慢。因此，如图18中所示，作用于所述外环与滚动元件之间的切向力沿着增强所述滚动元件的转速的方向做功。换句话说，如图15和16中两缸测试的结果所示，当外环轨道面的表面粗糙度增大时，作用于所述外环与滚动元件之间的切向力可以被增大，并且由此，可以通过控制所述滚动元件的转动来抑制所述内环与滚动元件之间的滑移。
尤其是，在会发生破裂的载荷施加范围中，所述滚动元件沿着抑制转速并且还抑制由于内环与滚动元件之间速度差异(滑移)导致的切向力的方向从所述外环接收切向力。最终，通过阻止所述内环发生破裂，可以延长使用寿命。
从图15和16中所示两缸测试的结果加以评判，可以认为，如果将该外环轨道面的平均粗糙度设定为Ra≥0.1μm作为外环轨道面的平均粗糙度的范围，这样会对使用寿命的延长有效，那么作用于外环与滚动元件之间的切向力可以增大，并且可以抑制转速。如果所述外环轨道面的平均粗糙度增大，那么可以抑制所述内环发生破裂，但是自然会在所述外环上作用较大的切向力。因此，如果所述外环轨道面的平均粗糙度被设定为过大，那么此时该外环将会破损。如后面所述，如果所述外环轨道面的平均粗糙度变得Ra＞0.5μm，那么相反使用寿命会由于所述外环发生破裂而缩短。
因此，如果通过将外环轨道面的平均粗糙度设定为0.1μm≤Ra≤0.5μm，使得作用于外环与滚动元件之间的切向力增大，达到不会导致所述外环发生片状剥落的程度，那么可以抑制所述滚动元件的转速，并且还可以抑制作用于所述内环和滚动元件上的切向力，从而可以实现所述调心滚子轴承的使用寿命延长。
为了检验本发明的效果，本发明的发明人进行了下述试验。在这些试验中，采用了型号为22211的调心滚子轴承。使用了高碳铬轴承钢(SUJ2)作为所述内、外环和滚动元件，并且进行了前述热处理。使用了全部满足下述条件的调心滚子轴承作为
具体实施例方式滚动元件的滚动接触表面的平均粗糙度Ra＜0.1μm，内环轨道面的平均粗糙度Ra＜0.15μm，并且外环轨道面的平均粗糙度0.1μm≤Ra≤0.5μm，同时，采用了至少不满足前述平均粗糙度中之一的调心滚子轴承作为对比示例。接着，进行了寿命对比测试。
测试条件如下所述转数1500min-1测试载荷45217N润滑状况RO68测试结果在表3中给出。使用寿命利用当假设在使用寿命最短的对比示例中的值为1时获得的比率来指示。图19是一个图表，基于表3中的结果，以概略方式示出了本发明的实施例和对比示例的使用寿命。


注)(A)外环的平均粗糙度(O.R)(B)内环的平均粗糙度(I.R)(C)滚动元件的平均粗糙度(R.E)C.E对比示例如表3中所示，象对比示例2，如果仅仅将所述滚动元件的滚动接触表面的平均粗糙度抑制在Ra＜0.1μm之内，那么可以获得大约比对比示例1中长三倍的使用寿命延长效果，其中在对比示例1中外环、内环以及滚动元件的粗糙度均超出了本发明的范围。此外，象对比示例3和4，如果所述内环轨道面的平均粗糙度被抑制在Ra＜0.15μm之内，那么可以获得大约比对比示例1长五倍的使用寿命。相反，象本发明中的实施例1至8，显然，如果不仅将所述滚动元件的滚动接触表面的平均粗糙度和内环轨道面的平均粗糙度分别抑制在Ra＜0.1μm和Ra＜0.15μm之内，而且将外环轨道面的平均粗糙度设定在之内0.1μm≤Ra≤0.5μm，那么可以获得比对比示例1长十倍或者更多的使用寿命。
换句话说，这些结果表明，通过降低所述滚动元件的滚动接触表面和内环轨道面的表面粗糙度来抑制作用于所述内环与滚动元件之间的切向力，可以延长使用寿命，并且通过增大所述外环轨道面的表面粗糙度来在载荷施加范围中抑制所述滚动元件的转动并且进一步降低作用于所述内环上的切向力，使用寿命可以比超出本发明范围的轴承延长十倍或者更多。
但是，象表3中的对比示例4，如果所述外环轨道面的平均粗糙度被设定为过大，比如Ra＞0.5μm，那么由于虽然抑制了内环发生片状利落但是相反促使了外环发生片状剥落，所以无法获得轴承使用寿命延长效果。因此，所述外环轨道面的平均粗糙度必须被抑制在Ra≤0.5μm之内。
接下来，将参照图20至22对本发明的第三实施例进行阐述。
图20是一个纵向剖视图，示出了一个根据本发明第三实施例的调心滚子轴承。在图20中，根据本发明第三实施例的调心滚子轴承由一个具有双排轨道32a(在下文中也被称作“内环轨道面”)的内环31、一个具有双排整体式球形轨道34a(在下文中也被称作“外环轨道面”)的外环33、多个以双排形式位于内环轨道面32a与外环轨道面34a之间的滚子35、以及一个用于可滚动地保持住滚子35的保持架36构成。
在内环轨道面32a和外环轨道面34a中，中部的直径d3、d4被设定为大于两个端部的直径d1、d2。保持架36的形状并不局限于所图示示例，而是可以应用其它型式。但是，两个端面36a经由内环轨道面32a的两个端部和间隙S沿宽度方向相互对置。
本发明的发明人认识到，在为了稳定所述滚子的滚动的目的而将所述外环轨道面的表面粗糙度制成大于内环轨道面的表面粗糙度的情况下，在通过减小在轴承运转过程中在所述滚子与内环和所述滚子与外环之间接触部分处产生的摩擦力变化来抑制由于摩擦力变化而产生的在接触面上的极微小滑移方面有效的是，不仅应当就平均粗糙度来说将外环轨道面制成比内环轨道面粗糙，而且应该考虑所述内环轨道面和外环轨道面的表面粗糙度的变化。此外，本发明的发明人认识到，由于通过针对所述变化优化所述内环轨道面与外环轨道面的表面粗糙度之间的关系，使经受最大表面疲劳的部分可以从内、外环转移至滚动元件上，通过选择耐剥离的热处理要求和滚子材料，可以实现使用寿命的延长。
尤其是，本发明在下述方面具有一种独特构造，即应当对内环轨道面32a和外环轨道面34a的表面粗糙度加以调整(外环轨道面在中心线上的粗糙度范围下限值Rao/内环轨道面在中心线上的粗糙度范围上限值Rai≥1.5)，并且应当对滚动元件35与轨道环31、33之间的残留奥氏体成分的差异加以调整(γR(滚动元件)-γR(轨道环)≥3％)。
下面将仅对独特的构造部分进行阐述，对其它构造部分，比如内环31、外环33、滚子35以及保持架36等等，的阐述将被省略。但是，在本发明的范围之内，这些构造部分在设计上可以合适地发生变化。
这里，在本发明中，分别在内环31和外环33圆周上的两个不同部位或者更多部位对内环轨道面32a和外环轨道面34a在中心线上的平均粗糙度进行测定，接着，基于平均值计算出标准偏差σ，并且随后将当针对平均值计算出±3σ时得到的粗糙度用作本发明的“粗糙度范围”。
在内环轨道面32a和外环轨道面34a的粗糙度范围中，内环轨道面32a的粗糙度范围上限值被设定为Rai，而外环轨道面34a的粗糙度范围下限值被设定为Rao。粗糙度范围、Rao和Rai之间的关系在图21中示意性示出。
在本发明中，如果按照粗糙度范围来对外环轨道面34a的粗糙度范围下限值Rao和内环31的粗糙度范围上限值Rai进行审视，外环轨道面34a与内环轨道面32a之间的粗糙度差异通常减小，即，外环33与滚子35之间的摩擦力和内环31与滚子35之间的摩擦力的差异、并且由此通过使得外环轨道面34a粗糙产生的影响达到最小状态。
此外，在粗糙度变化非常大的情况下，尽管外环轨道面34a的粗糙度平均值大于内环轨道面32a的粗糙度平均值，但是当Rao和Rai相比时，两个值几乎相等(图20中的对比示例a)，或者根据具体情况假设Rai变得比Rao粗糙时(图20中的对比示例b)。在这种情况下，占主要的是，外环31与滚子35之间的摩擦力应当大于内环31与滚子35之间的摩擦力，然而，根据特定部分，仍然会出现逆转现象，使得内环31与滚子35之间的摩擦力变得较大。由此，在滚子35的回转过程中，摩擦力会大幅度发生变化。最终，滚子35的转动/旋转(revolution)变得不稳定，由此在内环31与滚子35之间接触部分处产生极微小的滑移，并且由此易于导致产生诸如剥离这样的表面疲劳。
相反，在本发明中，在内环轨道面32a的粗糙度范围上限值Rai与外环轨道面34a的粗糙度范围下限值Rao的比率被设定为1.5或者更高时，通过不仅考虑平均粗糙度而且考虑在轴承内部的粗糙度变化，可以一直保持外环轨道面34a的粗糙度大于内环轨道面32a的粗糙度的状态。如图21中所示，在本实施例中采用了比率Rao/Rai＝2.5。
因此，滚子35与轨道环31、33之间的摩擦力不会在轴承的运转过程中大幅度变化。因此，不容易发生在微小区域中的滑移，并且由此可以抑制内环31上的诸如剥离这样的表面损坏等等。
在通常使用的钢SUJ2被用作滚子35的材料的情况下，如果取代高温回火处理，在160至220℃的低温范围中进行淬火之后的回火处理，与轨道环31、33的热处理不同，硬度可以被设定为Hv 700或者更高，并且可以促使残留的奥氏体成分γR保持在3至12％体积比的范围中。利用这种构造，所述滚子非常不易发生剥离。
此外，在使用了由SUJ2制成的滚子的情况下，如果应用了由马氏体处理(the marstressing)为例子的碳氮共渗处理(carbonitriding process)，那么由于氮固态分散(solid-dissolved)在基础材料中，提高了残留的奥氏体成分γR，并且还可以利用固态分散的氮来更好地抑制剥离的产生。此外，如果残留的奥氏体成分保持在3％或者更多，那么滚动元件35的硬度会不可避免地高于内环31、外环33的硬度，并且由此这种处理对于剥离损坏来说更为有效。所希望的是，硬度差异应当被设定为Hv 30或者更高(微维氏硬度(the micro Vickers hardness))。
为了检验本发明的效果，对实施例1至12和对比示例1至7中的相应轴承进行了寿命测试，并且将对其中使用寿命基于L10寿命进行评估的实施例进行阐述。测试结果在表4中给出。
在这里，测试条件如下所述“测试条件”转数25秒-1(1500rpm)测试载荷45217N润滑状况强制循环润滑油(VG68)轴承规格调心滚子轴承(型号22211)作为内环、外环以及滚子的材料，分别使用了SUJ2(高碳铬轴承钢)。此外，如下所述分别对内环、外环以及滚子进行热处理<内环和外环>
830至850℃ 淬火处理220至240℃×2小时 回火处理<滚子>
①830至850℃淬火处理160至260℃×2小时 回火处理②820至840℃碳氮共渗处理并且随后淬火处理160至200℃×2小时 回火处理所述内环轨道面和外环轨道面的粗糙度、所述滚动元件的硬度、以及残留的奥氏体成分在表4中给出。
至于所述内环轨道面和外环轨道面的粗糙度，在三个部位对中心线上的粗糙度进行测定，随后基于标准偏差σ计算出粗糙度范围，并且接着计算出Rao和Rai。



注)(A)滚子退火处理(回火处理)(℃)(B)外环中心线上的平均粗糙度值(C)外环3σ(D)内环中心线上的平均粗糙度值(E)内环3σ(F)外环粗糙度范围的下限值Rai(G)内环粗糙度范围的上限值Rao(H)滚动元件的硬度(I)内环的硬度(J)滚动元件中的残留奥氏体成分(体积百分比)(K)内环中的材料奥氏体成分(体积百分比)(L)L10使用寿命比率EMB实施例C.E对比示例此外，图22示出了比率Rao/Rai与使用寿命比率之间的关系，同时所述内环、外环以及滚子的热处理条件保持不变。“使用寿命比率”指代的是当假设在前述测试条件下计算出的使用寿命为1时得出的一个比率。
根据表4，在对比示例1至7中Rao/Rai的值处于0.18至2.55的范围内，而在实施例1至12中Rao/Rai的值处于1.51至4.38的范围内。此外，在对比示例1至7中γR(滚动元件)-γR(轨道环)处于0至9.3％体积百分比范围内，而在实施例1至12中γR(滚动元件)-γR(轨道环)处于3至9.1％体积百分比范围内。
由此，在对比示例1至7中L10使用寿命比率处于1至1.3的范围内，而在实施例1至12中L10使用寿命比率处于1.5至2.2的范围内，并且发现使用寿命较短。
在对所述内环与外环的粗糙度之间的关系进行核查的情况下，显然，如图22中所示，当前述Rao/Rai的值为1.5或者更高时，使用寿命延长效果变得十分明显，如实施例1至12中那样。
在Rao/Rai的值小于1.5的情况下，象对比示例3至7，外环与滚子之间的摩擦力大小变得不足，并且由此导致滚子的滚动显得不稳定。最终，会在滚子与轨道环之间的接触部分处产生滑移，导致发生剥离，并且由此缩短使用寿命。相反，在Rao/Rai的值大于1.5的情况下，象实施例1至12，决不会在内环上导致诸如剥离这样的表面损坏等等，并且由此使用寿命得以延长。
因此，在本发明中，Rao/Rai的值被设定为1.5或者更高。此外，如果Rao/Rai的值象实施例12中那样被设定得过大，那么效果将达到饱和。因此，所希望的是Rao/Rai的值应当被设定等于或者大于2.0，但是等于或者小于3.5。
尤其是，如果所述外环轨道面的表面粗糙度被设定为非常粗糙，并且无法形成足够的油膜，那么易于产生诸如剥离这样的表面损坏等等。因此，所希望的是所述外环轨道面的平均粗糙度的绝对值应当被设定为0.4μmRa。
此外，在表4中，在本发明的实施例中，所述滚动元件的硬度被设定为大于所述外环和内环的硬度，所述滚动元件的残留奥氏体成分的差异被设定为3％或者更高，并且Rao/Rai的值被设定为1.5或者更高。因此，由于所述滚子可以满足即使疲劳转移到这些滚子上也能够抵抗表面损坏的材料要求，所以可以获得更长的轴承使用寿命。
此外，象实施例12，在向所述滚子应用碳氮共渗处理的情况下，由于氮的固态分散，可以提高残留的奥氏体成分，并且还可以保持硬度较高。因此，尤其增强了使用寿命延长效果。
在对比示例1和2中，Rao/Rai的值被设定为1.5或者更高，但是通过如同在轨道环中那样对滚子进行高温回火处理，并且由于残留的奥氏体成分几乎为0％，所以在所述轨道环与滚动元件之间在残留奥氏体成分方面不存在差异，所述轨道环和滚动元件的硬度被基本上设定为相等。在这种情况下，如前所述，由于所述外环轨道面的表面粗糙度较大，所以发生表面疲劳的部位从内环转移至滚子上，但是在滚子上会产生表面损坏进而导致发生剥离。因此，轴承的使用寿命会缩短。
在此已经参照特定实施例对本发明进行了详细阐述。但是，对于本技术领域中那些熟练人员来说，显然可以在不脱离本发明的实质和范围的条件下进行多种变型和改进。
此外，本发明可以在组合利用各个实施例的同时加以实施。例如，本发明中的调心滚子轴承可以通过将第一实施例的一部分与第二实施例和/或第三实施例的一部分组合起来构造而成，或者可以通过将第二实施例的一部分与第三实施例的一部分组合起来构造而成。
作为特定示例，在第一实施例中的调心滚子轴承内，滚动元件的滚动接触表面的平均粗糙度可以被设定为Ra＜0.1μm，内环轨道面的平均粗糙度可以被设定为Ra＜0.15μm，并且还可以将内环轨道面在中心线上的粗糙度范围上限值Rai和外环轨道面在中心线上的粗糙度下限值Rao设定为满足不等式Rao/Rai≥1.5，滚动元件与轨道环之间残留奥氏体成分γR的差异可以被设定为3％体积比或者更高。此外，在第一实施例或者第二实施例中的调心滚子轴承内，内环轨道面在中心线上的粗糙度范围上限值Rai和外环轨道面在中心线上的粗糙度范围下限值Rao可以被设定为满足不等式Rao/Rai≥1.5，并且滚动元件与轨道环之间残留奥氏体成分γR的差异可以被设定为3％体积比或者更高。此外，在第二实施例或者第三实施例中的调心滚子轴承内，外环轨道面可以在使得磨石的转动轴线平行于外环的中心轴线的同时经受研磨，并且随后在使得磨石沿着外环的轴线方向摆动(swing)的同时经受超精加工。
权利要求
1.一种调心滚子轴承，其中作为滚动元件的双排滚子沿圆周方向被可滚动地排布在内环与外环之间，其特征在于，使得形成在所述外环的内周表面上的外环轨道面的粗糙度大于形成在所述内环的外周表面上的内环轨道面的粗糙度，并且在轴线方向和圆周方向上，所述外环轨道面的平均粗糙度Ra被设定在0.1μm≤Ra≤0.5μm内，由下述公式定义的粗糙度参数S被设定在0＜S≤20μm内，S=1nΣi=1nSi]]>其中n是用于指示所述外环轨道面的粗糙度的粗糙度曲线上的粗糙度峰值数目，而Si是粗糙度曲线上的相邻峰值之间的间距。
2.一种调心滚子轴承，其中作为滚动元件的双排滚子沿圆周方向被可滚动地排布在内环与外环之间，其特征在于，使得形成在所述外环的内周表面上的外环轨道面的粗糙度大于形成在所述内环的外周表面上的内环轨道面的粗糙度，并且在轴线方向和圆周方向上，所述外环轨道面的平均粗糙度Ra被设定在0.1μm≤Ra≤0.5μm内，所述滚动元件的滚动接触表面的平均粗糙度被设定为Ra＜0.1μm，并且所述内环轨道面的平均粗糙度被设定为Ra＜0.15μm。
3.一种调心滚子轴承，其中作为滚动元件的双排滚子沿圆周方向被可滚动地排布在内环与外环之间，其特征在于，使得形成在所述外环的内周表面上的外环轨道面的粗糙度大于形成在所述内环的外周表面上的内环轨道面的粗糙度，并且满足不等式Rao/Rai≥1.5，其中Rai是所述内环轨道面在中心线上的粗糙度范围上限值，而Rao是所述外环轨道面在中心线上的粗糙度范围下限值，并且所述滚动元件与内环和外环中至少任一个之间的残留奥氏体成分γR的差异被设定为3％体积比或者更高。
4.根据权利要求1所述的调心滚子轴承，其特征在于，所述滚动元件的滚动接触表面的平均粗糙度被设定为Ra＜0.1μm，并且所述内环轨道面的平均粗糙度被设定为Ra＜0.15μm。
5.根据权利要求1所述的调心滚子轴承，其特征在于，满足不等式Rao/Rai≥1.5，其中Rai是所述内环轨道面在中心线上的粗糙度范围上限值，而Rao是所述外环轨道面在中心线上的粗糙度范围下限值，并且所述滚动元件与内环和外环中至少任一个之间的残留奥氏体成分γR的差异被设定为3％体积比或者更高。
6.根据权利要求2所述的调心滚子轴承，其特征在于，满足不等式Rao/Rai≥1.5，其中Rai是所述内环轨道面在中心线上的粗糙度范围上限值，而Rao是所述外环轨道面在中心线上的粗糙度范围下限值，并且所述滚动元件与内环和外环中至少任一个之间的残留奥氏体成分γR的差异被设定为3％体积比或者更高。
7.根据权利要求4所述的调心滚子轴承，其特征在于，满足不等式Rao/Rai≥1.5，其中Rai是所述内环轨道面在中心线上的粗糙度范围上限值，而Rao是所述外环轨道面在中心线上的粗糙度范围下限值，并且所述滚动元件与内环和外环中至少任一个之间的残留奥氏体成分γR的差异被设定为3％体积比或者更高。
8.根据权利要求1所述的调心滚子轴承，其特征在于，在b1/(B/2)≤0.9、b2(B/2)≤0.9并且测定长度为0.1mm至1.0mm的范围中，在轴线方向和圆周方向上，所述外环轨道面的平均粗糙度Ra被设定在0.1μm≤Ra≤0.5μm内，其中B是所述外环的宽度，b1、b2分别是与所述外环的两个端面的距离，而粗糙度参数S被设定在0≤S≤20μm内。
9.根据权利要求1所述的调心滚子轴承，其特征在于，所述外环轨道面具有相互交叉的机加工痕迹，并且这些机加工痕迹通过一种超精加工而形成。
10.根据权利要求2所述的调心滚子轴承，其特征在于，所述外环轨道面具有相互交叉的机加工痕迹，并且这些机加工痕迹通过一种超精加工而形成。
11.根据权利要求3所述的调心滚子轴承，其特征在于，所述外环轨道面具有相互交叉的机加工痕迹，并且这些机加工痕迹通过一种超精加工而形成。
全文摘要
使得形成于外环(13)的内周表面上的外环轨道面的(14)粗糙度大于内环(11)的内环轨道面(12a、12b)的粗糙度。此外，在b
文档编号F16C33/64GK1823231SQ200480020250
公开日2006年8月23日 申请日期2004年11月12日 优先权日2003年11月14日
发明者植田光司, 植田彻 申请人:日本精工株式会社