专利名称：辊轧成形的轴承套及其制造方法
技术领域：
本发明涉及辊轧成形金属，尤其是涉及由辊轧成形构成多排轴承座套的方法和由此生产的座套和轴承。
耐摩轴承被广泛地用于运输设备和其它设备中，该轴承具有单一外座套，两个内座套，和在内座套和两个外座套之间排列成两排的锥形滚柱，每个内座套绕有一排滚柱。该单一外座套通常被称作双杯形座套，具有一对锥形滚道，该锥形滚道表现为向内并向下逐渐变细地对着一个园柱形中界面或者对着一个小内径(SID)，而每个内座套或锥体都有呈现为向外的锥形滚道。通常，双杯形座套是由管子或锻造环机加工而成，但是由于滚道的锥形，机加工要去除相当量的金属。这使双杯形座套的加工既耗时又昂贵。
为了减少消耗，可用冷轧加工来制成双杯形座套，但这仍需要有相当大的机加工量和切削量。在这一方面，开始用一块具有平面长方形截面(PRS坯料-
图1)的园柱形坯料辊轧成形。辊轧成形产生出一个环形构件，该环形构件有锥形的滚道和在那些滚道之间的园柱形中界面。但为了获得该滚道和中界面，必须把金属坯料向外移至超出该中界面的端部，这使得环形构件的外表面上留有一个位于园柱形中界面外侧方的槽。在后续的研磨过程中该槽会使环形构件难以控制。因此，要在该环形构件的外表面进行机加工，以去除一定量的金属足以消除该槽。这会导致从管子或锻造环上机加工量几乎与切削量相当。技术背景本发明属于一种加工方法，用来生产单一外座套，该座套具有两个成角度滚道和在两个滚道之间的一个中界面。该中界面压制在两个滚道的端部之间。本方法包括冷轧一根管状坯料，从而得到一个具有两个滚道和下凹中界面的环形构件。若在滚道之间没有凹形中界面，该环形构件的外表面上就会有一道深凹槽，该凹槽从中界面正外方开口，但中界面的下凹特征会使环形构件的外表面没有明显的间断。本发明也属于由该方法制备的座套和包括该座套的双排轴承。本发明也在于零件和构造以及本文说明和权利要求中的零件的组合。
附图的简要说明在构成说明书一部分的附图中，同样的数字和字母表示相同的零件图1是表示按传统辊轧成形方法将管状坯料加工成双杯形座套的连续图；图2是表示按本发明方法将管状坯料加工成双杯形座套的连续图；图3是双排轴承的剖面图，该轴承包括根据本发明方法成形的杯形座套；图4是根据本发明方法生产的环形构件的局部放大剖面图；图5是用于本发明方法的辊轧成形机器的部分分离和拆卸的结构立体图。
对应的参考数字用于整个附图的若干个图中。
实现本发明的最佳模式现参考附图，一种双排耐磨轴承A(图3)，该轴承易于绕轴X旋转，它包括双杯形座套2式的单一外座套，一对位于杯形座套2内的锥体4式的内座套，和在锥体4与杯形座套2之间排列成两排的锥形滚柱6，并且每个锥体4都绕有一排滚柱6。两个锥体4由垫片8隔离，垫片的长度确定了轴承A的设置。此外，轴承A有一个定位圈10环绕每个锥体4以保持该锥体4的滚柱6与安装在杯形座套2端部的密封件12之间的正确间隙，并保持围绕锥体4以在轴承A端部的杯形座套2和锥体4之间产生流体障碍。本发明的基本特点存在于杯形座套及其制造方法之中。锥体4、滚柱6、垫片8、定位圈10和密封件12都是通用的。
杯形座套2的最终结构(图3)有一个圆柱形外表面20，它在两个端面22之间不间断地扩展，每个端面与轴X垂直。在内部，杯形座套2有另一个表面，该表面伸展在端面22之间。它包括锥形滚道24，该锥形滚道24的大直径端与短的锥口孔26合并，该锥口孔26通向端面22之外。滚道24向下成锥形至中界面28，常常称为小内径或简称为SID。与中界面是直圆柱形的常规双杯形座套相反，该杯形座套2的中界面28是凹面的。这样的结构使中界面28的最小直径部与滚道24的小直径端接合，并且中界面28的最大直径处于滚道24的小直径端面之中间。由于这种表面28是凹的，因而产生了一个向轴X开口的槽。
每个锥体4(图3)有一个锥形滚道30，它从轴X向外伸向杯形座套2的其中一个滚道24。此外，每个锥体4在其滚道30的大直径端有一个推进肋32，在其小直径端有一个制动肋。推进肋32终止于背面36，该背面36垂直于轴X并且暴露在轴承A的端部。滚柱6分别位于杯形座套2和锥体4的相对的滚道24和30之间，并沿着滚道24和30的锥形侧面与之接触。滚柱6的大直径端面连接锥体4的推进肋32，防止滚柱6被挤出滚道24和30之间的环形空间。这样的几何结构使两排滚柱6都在最顶点，也就是说，由每排锥形滚柱6的侧面形成的圆锥壳层将在轴线X共同点处有它们的顶点，并且该排滚道24和30的圆锥形壳也在在相同的位置有它们的顶点。
垫片8安装在两个锥体4之间以分隔它们，从而设定轴承A的设置。当锥体4从杯形座套2中撤出时，定位圈10保持滚柱6环绕于锥体4并且保持滚柱6之间的正确空间位置。密封件12安装在杯形座套2的锥口孔26中，并围绕两个锥体4的推进肋32，以在轴承A的端部创建动态流体障碍层-该障碍层在杯形座套2和锥体4之间的环形空间中保留润滑剂，并排除杂质。常用的润滑剂是润滑脂。
杯形座套2由有平面长方形截面(PRS)的短管状坯料40(图2)制得。这种PRS坯料40有一个圆柱形外表面42和一个中心孔44，中心孔44与外表面42相对于坯料40的轴R同轴。圆柱形表面42和中心孔44在端表面46之间伸展，端表面46相对于轴X垂直。PRS坯料40是由适合用于轴承座套的材料构成，并有足够的韧性以便能在室温下加工。低合金钢满足这些要求。
PRS坯料40由辊轧成形制成一环形构件50(图2和图4)。该环形结构与最终成形的杯形座套2有相同的构造。这样，环形构件50具有端面22、锥形滚道24、端台(end counter)26和凹形中界面28，在整个杯形座套2中除了最终要机加工去掉的金属外，这些结构与它们的对应物是完全相同的。环形结构50也有圆柱形外表面52，该圆柱形外表面52上有一对浅槽54和一个微凸形表面56，浅槽54位于滚道24的小直径端的正外方，微凸形表面56位于凹形中界面28的正外方。最后，沿环形构件50的圆柱形表面52机加工，去除足够的金属以消除浅槽54和凸表面56。机加工得到杯形座套2的圆柱形外表面20。
辊轧是在机器B上实现的(图5)。该机器包括一个小型主轴60，以穿过PRS坯料40上的通孔44。在主轴60的外表面上有一个成形区62，其剖面与环形构件50的内表面相吻合。这相当于环形构件50的内表面就是从主轴60的成形区62上制成的。因此，成形区域62包括了与锥形滚道24、凹形中界面28和台端孔26相匹配的表面。在环形构件50上具有凹陷中界面28的地方，该主轴60的成形区62上便具有一个凸起区。
在成形区域的两个端部以外，主轴60有圆柱形表面64；在圆柱形表面64之上，圆柱形表面64支撑在轴承内，使主轴60绕轴M旋转。
此外，辊轧成形机器B有成形轧辊70，它绕轴N旋转，虽然轴M和N之间的空间在变化，但轴N始终平行于主轴60的轴线M。这样，当必要时成形机伴随有相当大的力作用，成形轧辊70能朝主轴60推进或从主轴60上移开。成形轧辊70有圆柱形外表面72，它与主轴60上的成形区域62正相对，该外表面的中心是轴N。圆柱形外表面72位于两个边缘加强肋74之间，边缘加强肋74有与轴N垂直的内表面76。加强肋74的内表面76之间的距离等于整个环形构件50的长度，也就是环形构件的两个端面22之间的距离。
在主轴60的反面有两个承受轧辊80，它们有圆柱形外表面82，绕共同的轴O旋转，该轴O平行于主轴62的轴M。两个承受轧辊80之间有足够的距离隔开以在它们之间容纳整个环形构件50，同时承受轧辊80的圆柱形周边表面82靠着主轴60的圆柱形表面64上。承受轧辊80的作用是支持主轴60并防止它在成形轧辊70施加的重力作用下偏斜。实际上，这个力不是直接从成形轧辊70施加到主轴60上的，而是通过PRS坯料40间接地施加的。
最后，成形机器B包括一个尺寸传感器，它位于两个承受轧辊80之间，定位于主轴60的成形区域62的相对位置上。传感器86在主轴60的环形构件50存在时，产生偏差并与一个产生反射放大偏差信号的电路连接。这样，传感器就监控环形构件50的圆柱形表面52的直径。
为了将PRS坯料40加工成环形构件50，把坯料40套在成形机器B的主轴60上，以便坯料与主轴60的成形区域62中心对准(图5)。然后，随着成形轧辊70的缩进，承受轧辊80的圆柱形表面82被靠到位于主轴60上的成形区域62上的圆柱形表面64上，从而承受轧辊80形成对主轴60的支撑。坯料40位于两个承受轧辊80之间。
随着PRS坯料40套在主轴60的成形区域62上定位，旋转传递给成形轧辊70、承受轧辊90和主轴60，成形轧辊70朝着主轴60的方向推进。推进使成形轧辊70的圆柱形表面72靠紧在PRS坯料40的圆柱形外表面52上，挤压成形轧辊70与主轴60之间的坯料40。
在由成形轧辊70施加的力的作用下PRS坯料40产生变形。由于旋转，变形是逐渐的，并且可以表示为进入到由主轴60的成形区域62呈现的空腔中的金属流动。确实，坯料40的直孔44转变成与成形区域62的横截面形状匹配的横截面的形状。因此，具有锥形的滚道24、凹陷中界面28和锥口台孔26。当坯料40依据主轴60的成形区域62变形时，坯料40变长，但最终受到成形轧辊70上的加强肋74的限定。的确，加强肋74的内侧面76保证了坯料40的端部(或者由坯料40制得的环形构件50)相对轴X垂直，并得到环形构件50的端面22。除了坯料40的长度增加外，成形轧辊70与主轴60之间的作功也增加了坯料40的直径，因此由坯料40制得的环形构件50具有比原始坯料40的直径稍大的直径。当环形构件50达到合适的尺寸时，传感器86监控到直径的增加并发出指示。这种变形是在室温下产生的，因此可以称为冷加工或冷轧。
由这种方法成形的环形构件50具有轴承A杯形座套2的综合构造，但它的滚道24不在所需的公差范围内，且它的外表面52上有浅槽54和浅槽54之间的凸表面56。如果保留这些圆柱形外表面52上的不连续性，将使环形构件在研磨机中难以控制。
一旦传感器86发出信号指示，环形构件50已达到合适的直径，成形轧辊70移开并将环形构件50从主轴60上取出。然后，沿滚道24、锥口台孔26和端面22机加工环形构件50。也机加工圆柱形外表面52以提供杯形座套2的连续的真正圆柱形表面。由于槽54浅，外表面52的机加工切削量较少。可以肯定它的切削量远比传统辊轧成形的杯形座套所需的切削量少，传统辊轧成形的杯形座套在滚道之间具有平直中界面。
机加工后，环形构件50的尺寸接近杯形座套2所需的尺寸，把环形构件50外壳渗碳并进行热处理使其表面产生理想的硬度，尤其是滚道24达到理想的硬度。再沿滚道24圆柱形表面20研磨，以提供具有理想光洁度并在尺寸公差内的环形构件。
本发明生产杯形座套2的方法需要较少的机加工，并且所需的机加工的切削量最小。这表明节约了制造时间和材料。同时，由于滚道24之间的凹形中界面28，杯形座套2的重量比具有直中界面的传统杯形座套轻，约轻8～10％。而低的重量没有降低杯形座套的强度和韧性及其它性能。由杯形座套2中的凹形中界面28构成的内槽使轴承A比杯形座套中带平直或圆柱表形中界面的传统轴承能保留更多的润滑剂，这是轴承A在工作中被密封的尤为突出的优点。
为了本发明的公开，本发明意味着覆盖本文所选实例的所有的变化和改进而没有脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种制造用于抗摩擦轴承的轴承套的方法；所述方法包括将管形坯料辊轧成形，制成环形构件，该构件具有端面和在端面之间轴向延伸的第一和第二表面，第一表面通常为平直的，第二表面包括两个倾角滚道和一个位于倾斜滚道间的中界面，倾斜滚道在中界面区域被最大限度地与第一表面隔开，同时中界面被压向第一表面，由此第一表面在位于中界面后面的区域含有最少的间断。
2.根据权利要求1的方法，其中倾斜滚道实质上是圆锥形的。
3.根据权利要求1的方法，其中第一表面在靠近中界面的滚道的末端具有浅凹槽。
4.根据权利要求1的方法，进一步包括对环形构件的第一表面机加工以消除浅凹槽造成的间断。
5.根据权利要求4的方法，进一步包括在滚道处对环形构件机加工。
6.根据权利要求5的方法，进一步包括在对机加工之后的环形构件进行热处理，使之滚道硬化，然后研磨滚道。
7.根据权利要求1的方法，其中第一表面远离轴而第二表面靠近轴。
8.根据权利要求1的方法，其中坯料的辊轧成形包括将坯料夹在主轴和成形轧辊之间轧制，其中之一有一个表面，其横截面符合将坯料制成环形构件的滚道和中界面所需的表面。
9.一种制造用于锥形滚动轴承的单一的双杯形座套的方法，所述方法包括将管状金属坯料放置于具有成形区的主轴上，主轴和成形轧辊转动，挤压夹在主轴和成形轧辊间的坯料，将坯料辊轧成有两个滚道的环形构件，所述滚道轴向分开，并在滚道之间有一个中界面，滚道沿中界面有最小直径，中界面在滚道的末端向外压以避免环形构件的外表面的实质性变形。
10.根据权利要求9的方法，进一步包含对环形构件外表面机加工以去除环形构件表面的间断，并沿滚道加工该环形构件。
11.根据权利要求10的方法，其中成形轧辊对着主轴的轧辊表面实质上是圆柱形的。
12.根据权利要求9的方法，其中辊轧成形使环形构件的外表面上留有浅凹槽，该浅凹槽在滚道小端环的后面，开口向外，其中所述加工实际上是去除所述浅凹槽。
13.根据权利要求10的方法，进一步包括在对环形构件加工后热处理该构件，以提高滚道的硬度，并研磨滚道。
14.根据权利要求9的方法，其中坯料通常具有圆柱形的外表面和圆柱形的孔，且圆柱形的表面与孔是同心的。
15.单一的轴承套具有末端和在末端间轴向延伸的第一和第二表面，第一表面通常是直的，第二表面具有倾斜的滚道和位于滚道间的中界面，倾斜滚道在中界面区域被最大限度地与第一表面相隔开，同时中界面被压向第一表面，由此中界面相对于滚道靠近中界面的末端更接近第一表面。
16.根据权利要求15的轴承套，其中倾斜滚道实际上是圆锥形的。
17.根据权利要求16的轴承套，其中中界面是凹陷的。
18.根据权利要求17的轴承套，其中第二表面靠近轴而第一表面远离轴。
19.根据权利要求15的轴承套，是从管状金属坯料辊轧成形的。
20.一种耐摩擦轴承包括权利要求15的轴承套，相对于权利要求15中所述的轴承套的第二表面上具有滚道的另一种轴承套；在两个轴承套的滚道之间的两排的滚动元件。
21.根据权利要求17的轴承，其中权利要求20所述的轴承套环绕着其它轴承套。
全文摘要
一种锥形滚柱的双杯形座套(2)在它的锥形滚道(22)的小直径端之间有一个凹形中界面(28)。杯形座套(2)是在室温下辊轧成形管状坯料(40)而制成环形构件,该环形构件具滚道(22)和凹形中界面(28)。凹形中界面(28)的存在只在环形构件的外表面留下了一个浅的不连续性,且只用最少切削量的机加工就可以去除该不连续性。该杯形座套(2)的重量较平直中界面的杯形座套轻。
文档编号F16C33/64GK1259064SQ98805773
公开日2000年7月5日 申请日期1998年6月3日 优先权日1997年6月3日
发明者彼得·W·李, 马丁·D·皮尔斯, 戈沃德哈·D·拉哈蒂 申请人:迪姆肯公司