专利名称：滚柱推力轴承的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及滚柱推力轴承，滚柱推力轴承包括滚针推力轴承，尤其涉及设置在汽车减速器(手动或自动)、转运输送装置或用于汽车空调器的压缩机等的电气组件的转动部分中的推力轴承，这些轴承用以支承施加在这些转动部分上的推力载荷。
背景技术：
参照图6A和6B，滚柱推力轴承1包括多个圆周、径向等距离排列地滚柱2；一个由圆形环形成可转动保持多个滚柱2的轴承罩3；以及外部和内部环4和5，这些环夹在一起用作一个滚柱轴承环，并且由此在它们的相对侧上支承多个滚柱2。外部环和内部环4和5均是由具有足够硬度的金属板形成的圈构成的。外部环4具有一个圆环表面6，而内部环5具有一个圆环表面。
滚柱推力轴承是一种具有多种优点的轴承。例如，它的结构简单并且能提供较高的载荷性能以及较高的刚度。另外，它也可以不由上述滚柱轴承环构成，而是仅由一个轴承罩和滚柱构成。在这种情况下，具有一个与滚柱对应的滚动接触表面的轴、罩壳之类物件可具有能与轴承环表面相比的粗糙度、硬度或任何类似的功能，并且使用轴、罩壳之类作为环表面可允许轴承省略滚柱轴承环，由此可使轴承变得更为紧凑。具体地说，如从截面图中可以观察到的，使用滚针的滚柱推力轴承或推力滚针轴承的高度可以降低，由此适用于紧凑型的机械设计。
推力滚针轴承(一种典型的滚柱推力轴承)的一项主要的应用是用于汽车空调器的压缩机。它包括各种类型。例如，图7示出了一种双斜板式压缩机，其中一个双侧斜板9固定在输入转轴8上，从而允许活塞10作往复运动。又例如，图8示出了一种单斜板式压缩机，其中一侧斜板12固定在输入转轴11上，从而允许活塞14通过杆13作往复运动。又例如，图9示出了一种容量可变的单斜板式压缩机，其中一个斜板26角度可变化地固定在输入转轴15上，从而允许活塞18通过杆17作往复运动。所有这些类型均具有一个结合滚柱轴承的转动部分。
需指出的是，图7-9的压缩机不必一定属于传统技术领域。它们应当被认为是这样一种装置，即，该装置例如通过由本发明设计的滚柱推力轴承的进一步发展将来还可以进一步得到改进。换言之，它们是一种其内部组件的结构、材料等需被改进的装置。
在普通的轴承中，如在滚珠轴承中，在滚动元件和滚柱轴承环之内会发生差速滑动。这种轴承的差速滑动主要取决于滚动元件和滚柱轴承环的接触表面中圆周方向速度的差。更具体地说，滚珠轴承提供的是点接触，由此提供一个很小的接触面积。这样，在接触表面内，它们圆周方向速度的差很小，因此它们的差速滑动也很小。
相反，在滚柱推力轴承中，其主要的结构为，圆柱形滚柱形状的滚动元件被没置在一个具有平坦环表面的滚柱轴承环上，滚柱和滚柱轴承环相互沿一直线接触，而轴承的转动中心与滚柱的旋转中心相匹配。在这种情况下，滚柱的滚动接触表面上的圆周方向速度是同一个速度，而如沿径向向外所观察到的，随着转动，与滚柱接触的滚柱轴承环的圆周方向速度会沿离开轴承转动中心的方向增加(与滚柱轴承环的转动半径成正比)。因此，滚柱和滚柱轴承环圆周方向速度的差值在滚柱的相对端部处为最大。理论上，仅在轴承的节距圆上会有无滑动的转动。从滚柱的节距圆上的一点朝着滚柱的相对端部，滚柱和滚柱轴承环之间的圆周方向速度的差异与滚柱的长度成正比地增加，从而差速滑动增加。
如上所述，滚柱推力轴承内部的差速滑动比其它类型的轴承大。这样不利的是，滚柱和滚柱轴承环的差速滑动将在滚柱轴承环和滚柱之间的滚柱的边缘产生应力，这些应力将使滚柱边缘和从环的表面开始的滚柱轴承环的运行部分剥落。
一般，上述缺点可通过滚柱长度减小的轴承来解决，减小滚柱端部表面的相对可滑动性，或者通过具有两排(即多排)设置在轴承罩的各个袋部内的滚柱轴承来解决。此外，滚柱端部上的有害的应力或负载例如也可以通过使用带有拱度的滚柱来解决(日本专利已公开No.9-14131)。
对滚柱推力轴承有一个要求，即，尺寸需减小，以节省能量和空间并且使重量减小(使摩擦损失减小)。因此，根据承载能力，实际使用中的轴承会遇到一种格外苛刻的条件。如上所述，在滚柱推力轴承中，滚柱和滚柱轴承表面之间的差速滑动会增加由接触表面引起的摩擦损失和损耗。此外，接触表面油膜成形会受损，并且在滚柱边缘易于引起滚柱轴承环和滚柱本身之间的边缘应力，这将使从表面开始的滚柱轴承环的滚动运转部分的边缘剥落。通过减小滚柱的长度可以简单地减小差速滑动。然而，这将使滚柱的接触面积减小，从而使接触压力增加。由此在接触表面处的接触压力的增加将使油膜成形受损，例如在滚柱径向外表面处会有脱落(剥落)等不利的情况发生。
压缩机使用的轴承的内部带有与致冷剂混合的轴承润滑剂。此外，随着压缩机的收缩与膨胀，润滑剂会反复地液化和汽化。这样不利的是，润滑剂的量会减小。这样，所形成的油膜会比使用普通机械操作润滑剂时更糟，而轴承剥落会发生得比预期的更早。
此外，为了解决全球变暖以及其它类似的环境问题，空调器的压缩机使用HCFC 134a或其它类似的氟利昂(flon)替代物作为致冷剂。与传统使用的致冷剂相比，这些氟利昂替代物本身的润滑性能被认为更差。随着这种氟利昂替代物的溶解和由此产生的混合，例如，润滑剂的动粘度会减小，而轴承的油膜成形会受到严重的损坏。这样，轴承具有的滚动元件、滚柱轴承环等会剥落、磨损或使表面有类似的损坏，从而导致使用寿命缩短。
这可以通过改进润滑剂来解决。然而，由于润滑剂与致冷剂的化学性质，润滑剂仅能从有限的范围中选择，因此不能期望油膜的形成的能力有显著的提高。在致冷剂中增加润滑剂的量来提高润滑性能会降低致冷剂的量，由此影响压缩机的冷却能力。
当推力滚针轴承在空调器压缩机中使用时，推力滚针轴承将接收相对于转动中心偏置的推力载荷，并且至少大致以不小于8000rpm的速度快速旋转。这样的转动速度和载荷也是一些更为严格的条件，它会增加这样一个缺点，即引起会产生差速滑动的轴承表面损坏。
发明内容
综上所述，本发明提出了一种滚柱推力轴承，该轴承可减小差速滑动、没有明显的摩擦和磨损，并能提供良好的耐剥落性能。
本发明提供了一种滚柱推力轴承，该轴承包括至少两排径向排列的滚柱和一个保持滚柱的轴承罩，而这些滚柱至少包括一个带有拱度的滚柱。
多排滚柱可以有效地减小差速滑动。此外，带有拱度的滚柱可以使有效长度减小，从而协同作用有效地减小差速滑动。此外，带有拱度的几何形状可以在效地缓减在边缘处引起的载荷。类似地，轴承扭矩也可以减小。
此外，较佳地，轴承罩具有袋部，每个袋部可保持一单个滚柱，从而可以稳固地保持滚柱来防止滚柱歪斜。此外，使滚柱歪斜的摩擦扭矩也可减小。
此外，径向外侧一排中滚柱带有的拱度可以比径向最内一排的小。这样，径向外侧的滚柱可以具有较大的在效长度来减小接触表面压力，由此防止径向外侧滚柱以及径向外侧滚柱的径向外侧的滚柱轴承环剥落。
此外，处于径向最内一排径向外侧的至少一排最好由直滚形成。并且径向外侧的滚柱带有的拱度可以比径向内侧的滚柱小，如上所述，径向外侧的直滚可以类似地具有较大的有效长度，从而减小接触表面压力，由此防止径向外侧滚柱和径向外侧滚柱的径向外侧的滚柱轴承环剥落。
此外，处于径向最内排径向外侧的至少一排可以由长度比径向最内侧更大的滚柱形成，从而减小径向内侧滚柱的相对滑动，并且增加径向外侧滚柱的承载能力，从而防止径向外侧滚柱和径向外侧滚柱的径向外侧的滚柱轴承环剥落。
此外，滚柱可以具有至少一个球形端部表面，从而防止滚柱端部表面明显的相互干扰，并且防止滚柱端部表面和轴承罩的袋部明显的相互干扰，从而减小滚柱歪斜。此外，还可以减小使滚柱歪斜的摩擦扭矩。
此外，处于径向最内一排径向外侧的至少一排具有的滚柱可以比径向最内排少，用以增加径向外侧滚柱的承载能力，从而防止径向外侧滚柱和径向外侧滚柱的径向外侧的滚柱轴承环剥落。
此外，滚柱可以为滚针，带有滚针的轴承也可以具有与上述类似的效应。
上述滚柱推力轴承可安装在压缩机中使用。在压缩机中，要求节省空间并且存在润滑剂包括致冷剂的这样一种特定的情况，如上所述，滚柱推力轴承的油膜成形可以不受到严重的损坏。
本发明提供了另一种滚柱推力轴承，该轴承包括一个带有拱度的滚柱和一个与滚柱接触的滚柱轴承环，滚柱轴承环滚柱轴承环含有的碳化物不少于10000粒/mm2，但少于40000粒/mm2，从环表面层起开始测得的深度至少为0.1mm，而粒子的直径不小于0.6μm。
带有拱度的滚柱可以消除边缘处的差速滑动，从而使载荷减小。在滚柱轴承环中，碳化物可用来抵抗变形以提高表面层材料的强度。此外，如果滚柱和滚柱轴承环之间产生差速滑动、润滑差等情况并且滚柱轴承环具有一个可产生热的表面，可以防止塑性流动。
在滚柱轴承环中，至少在表面层至深度0.1mm处，可以沉淀粒子大小为0.6μm或更大的碳化物，这样每1平方毫米单位面积可以存在10000个或更多的这样的粒子，从而使碳化物用来抵抗表面层的塑性变形。为了获得更高级别的抵抗效果，沉淀入不少于14000粒/mm2是可取的。大于40000粒/mm2会减小剥落抵抗力。需指出的是，如碳化物不是球形的话，粒子大小是关于方向的平均粒子大小。
如上所述，滚柱轴承环的表面层的碳化物的密度例如可以如下获得对SCM415材料进行加工。对于渗碳作用，可设置在890℃持续一小时，而炉内被设置为具有的内部环境条件带有1.5到2.0％的渗碳能力。对于淬火，可以设置在840℃持续0.5小时，炉子被设置为其具有的内部环境条件带有1.0到2.0％的渗碳能力。此后，对材料进行油淬火，以实现上述密度。除渗碳钢之后，本发明可应用于其它钢，如轴承钢、碳钢等。
可以使用电子显微镜以直接的、薄膜观测、一种萃取复型的观测或一种两阶段复制观测来测量该密度，或者它可以通过一种扫描电子显微镜以观测抛光的、蚀刻的样本表面来测量密度。
带有拱度的滚柱可以消除在边缘处引起的差速滑动，并减小载荷，而带有添到加表面层的上述碳化物的滚柱轴承环可以主要提高抗塑性变形的性能。将带有拱度的滚柱和具有其中带有高密谋碳化物的表面层的滚柱轴承环相结合可以提供显著的耐表面剥落的能力，这种能力明显超过了通过对普通的推力滚针轴承单独设置这些要求并且将它加在一起所能达到的效果。换言之，表面剥落的抵抗力可以通过带有拱度的滚柱和分布在滚柱轴承环的表面层中的高密度的碳化物的协同作用来增强。此外，在滚柱轴承环、滚柱等中，可以显著地减小耐磨性能。
上述另一种滚柱推力轴承可以包括至少两排滚柱，两排滚柱至少包括一个带有拱度的滚柱。
多排滚柱使差速滑动被分散成小的众多排。此外，带有拱度的滚柱可以使边缘的载荷减小。结果，耐表面剥落的使用寿命可以显著延长。此外，摩擦扭矩也可以减小，这样例如就能够以较少的动力成本来使汽车的空调器运作。
至少在表面层到0.1mm深度处滚柱轴承环的碳化物沉淀的分布量在不小于每单位面积0.8％到叫于10％的范围中。
这既可以提高滚柱轴承环的耐磨损能力，又可以提高耐剥落的使用寿命。例如，可以如下获得上述面积百分比的碳化物加工SCM415材料。对于渗碳作用，可设置到890℃持续一小时，而炉内被设置为具有的内部环境条件带有1.5到2.0％的渗碳能力。对于淬火，可以设置在840℃持续0.5小时，炉子被设置为其具有的内部环境条件带有1.0到2.0％的渗碳能力。此后，对材料进行油淬火，从而实现上述密度。除SCM415的渗碳钢之外，本发明还可应用于其它的钢，如轴承钢，碳钢等。
较佳地，上述轴承至少具有两排滚柱，其中径向外侧一排具有的拱度小于径向最内部一侧的拱度，或不带有拱度。
拱度较小的滚柱拱度不会明显地减小滚动接触部分，这样，径向外侧滚柱的承载能力可以得到提高，而每个径向外侧滚柱的载荷接触压力可以减小。这样，径向外侧滚柱和随着径向外侧滚柱转动和移动的一滚柱轴承环可以免于剥落。
轴承可以具有一个保持滚柱的轴承罩，轴承罩具有一个袋部，该袋部被用来容纳不少两个轴向方向径向延伸的滚柱。
因此，该轴承罩被构造成可以低成本地进行加工，并且可以减小每个滚柱的歪斜度。
此外，轴承可以具有一保持滚柱的轴承罩，轴承罩具有至少两排袋部，每个袋部容纳一单个滚柱。
这样可以减小由于轴承罩的支承而产生的滚柱的歪斜。此外，它还可以减小摩擦扭矩，例如，如果将这种轴承用于汽车空调器的斜板式压缩机中，该种轴承将能够使空调器以较低的动力成本来运作。
此外，轴承可以上有至少两排滚柱，其中径向外排具有的滚柱长度不小于径向内排的滚柱。
径向内侧的滚柱可以没有显著的差速滑动，而与径向内侧滚柱相比，径向外侧的滚柱可以具有更大的滚动接触部分，从而提供增加了的承载能力。
滚柱可以具有一个曲线向外突出的端部表面。
上述几何形状可以防止滚柱的端部表面相互干扰，以及滚柱端部表面和轴承罩袋部相互干扰。它还可以减小滚柱的歪斜和摩擦扭矩。
上述滚柱推力轴承可以具有至少两排滚柱，其中，径向外侧一排具有的滚柱数量不少于径向内侧一排的滚柱数量。
这样可以增加径向外侧滚柱的承载能力。
滚柱轴承环具有的表面硌氏硬度(HRC)可以不小于58。
具有上述硬度的滚柱轴承环可以减小滚动和运转轨迹的边缘部分的塑性流速，使该流速小于普通滚柱轴承环，并且还可以提高耐磨性能。对于硬度小于HRC 58的情况，耐磨性能不能得到显著提高，它大至与普通滚柱轴承环的耐磨性能相等。
根据本发明，一种斜板压缩机具有一个与主轴固定并围绕其转动以使活塞往复运动的斜板，在该压缩机中，在接触斜板的一部分处设置了一个滚柱推力轴承，用以接收当主轴转动以及活塞往复地产生的推力负载。轴承包括一个带有拱度的滚柱和一个与接触的滚柱轴承环，滚柱轴承环含有的碳化物不小于10000粒/mm2，但小于40000粒/mm2，其从环表面层起开始测得的深度至少为0.1mm，而粒子的直径不小于0.6μm。
在与斜板接触设置的滚柱推力轴承中，在滚柱轴承环和滚柱之间会产生差速滑动。这种差速滑动会对接触表面油膜的成形造成负面影响并且损害润滑剂的润滑作用。此外，例如对于用于汽车空调器的斜板压缩机的滚柱推力轴承，如上所述，润滑剂在如带有空调器的致冷剂的使用中变薄。这将进一步损害润滑性能。从而，滚动接触表面产生热量，表面易于剥落或产生类似的损害。然而，将带有拱度的滚柱和具有高密度分布其中的碳化物的表面层的滚动轴承环相结合，即使对于汽车空调器的致冷剂和润滑剂混合在一起的润滑情况，也可以提供一种非常优良的耐表面剥落的性能。这种耐表面剥落的性能可以获得明显改进的、协同作用的效果，这种效果明显超过了将单独安上述要求设置滚柱、滚柱轴承环等所产生的效果加在一起所达到的效果。
本发明的上述以及其它的目的、特征、方面和优点将从下列对结合附图本发明的详细描述中显而易见地获得。
图1A示出了本发明的一实施例的滚柱推力轴承的一种滚柱；
图1B示出了本发明的一实施例的滚柱推力轴承的另一种滚柱；
图1C示出了与图1A的滚柱和/或图1B的滚柱一同在本发明的一实施例的滚柱推力轴承中使用另一种滚柱；
图2A为本发明的一实施例(第一实施例)的一滚柱推力轴承的上半部分的平面图2B为本发明的一实施例(第一实施例)的另一滚柱推力轴承的上半部分的平面图2C为本发明的一实施例(第一实施例)的又一滚柱推力轴承的上半部分的平面图3A为本发明的一实施例的滚针轴承的平面图，其中带有一树脂模制的轴承罩(第二实施例)；
图3B为图3A的部分A的放大示图(第二实施例)；
图4A为本发明的一实施例的推力滚针轴承的平面图，其中带有一个盒状的、铁板压成的轴承罩(第二实施例)；
图4B为沿图4A的IVB-IVB线截取的截面图(第二实施例)；
图4C为图4的槽的放大示图(第二实施例)；
图5A为本发明第三实施例的推力滚针轴承的纵剖视图5B为图5A中的滚柱和轴承罩的上半部分的平面图6A为普通推力滚针轴承的纵剖视图6B为图6A的滚柱和轴承罩的上半部分的平面图7为空调器用的双斜板式压缩机的纵剖视图8为空调器用的单斜板式压缩机的纵剖视图9为空调器用于容量可变的、单斜板式压缩机的纵剖视图。
具体实施例方式
如图6A-8所示，本发明在一个实施例中提供一种推力滚针轴承，该轴承结合使用在汽车空调器的压缩机的规定的转动部分中。具体地说，例如对于图7的双斜板式，可以使用带有轴承罩19的滚针轴承和推力滚针轴承20。对于图8的单斜板式，可以使用轴套式滚针轴承21和推力滚针轴承22。对于图9的容量可变的、单斜板式，可以使用带有轴承罩23的滚针轴承和一推力滚针轴承24。推力滚针轴承具有高度小的优点(如截面图中所看到的)，因此，它特别适用于需要节省空间的压缩机中。
如上所述，图7-9的汽车空调器的压缩机应被认为是今后可以进一步得以改进的一种装置，例如可通过由本发明揭示的滚柱推力轴承的进一步发展而得以改进。换言之，它们是一种其内部组件的结构、材料等可以进一步改进的装置。
(1)滚柱的几何形状。
图1A示出了带有拱度25的滚柱2a。滚柱2a的长度为L，而带有拱度的相对端部的长度为L1。带有拱度的滚柱可以减小边缘上的载荷(或减小边缘应力)，而有效长度减小(笔直部分为L2)的滚柱可以减小差速滑动。
图1B示出了一种相对端部表面钝圆的滚柱。这种结构可以减小由于轴承罩的袋部的内表面与袋部平面中的滚柱端面之间接触而引起的边缘应力，防止滚柱的端面相互干扰，并且防止滚柱端面和轴承罩的袋部相互干扰，由此减小滚柱歪斜。此外，也可以减小因滚柱歪斜而产生的摩擦扭矩。上述圆形几何尺寸通常为滚柱直径Da的±50％。
与图1A相反，图1C示出了一种不带有拱度的滚柱，即一种直滚子。这种不带有拱度的滚柱可以使笔直部分长度增加。尤其是在没有倾斜的滚动和运转表面的情况下，可以减小接触表面的压力。需指出的是，在本发明中，直滚子被设置在最内排径向外侧的至少一排中。这些滚柱通常是由表面硬度为HRC 60到65的轴承钢制成的。
(2)滚柱的设置
图2A到2C分别为下文中将要描述的本发明的第一实施例中所使用的滚柱推力轴承的一半的平面图。图2A示出了一种滚柱推力轴承，该轴承带有一具有单排袋部的轴承罩，每个袋部的相对端部可容纳带有拱度、并径向排成两排的滚柱2a。如下文中将要描述的，该结构被用在第一和第二实施例中作为本发明的实例样本4。图2B示出了一种滚柱推力轴承，该轴承带有一个具有两排袋部的轴承罩，每个袋部要保持一单个带有拱度的滚柱。该结构被用在本发明的第二实施例中，作为本发明的实例样本5。图2C示出了一种滚柱推力轴承，其中至少一排径向外部的滚柱的数量与径向最内部的滚柱的数量相等或更多。这样可以增加径向外部滚柱的承载能力，使其大于径向最内部滚柱的承载能力。这种结构被用在第二实施例中作为本发明的实例样本10。
(3)轴承罩
图3A-3C和4A-4C示出了本发明一实施例的轴承罩。图3A-3C示出了用为本发明的第二实施例中的一种形式(样本4)。它使用了通过注塑形成的树脂模制轴承罩和滚针。在该形式中，注塑模制的轴承3设有一个具有几何形状更为复杂的袋部。如图3B所示，每个袋部可保持两个(或两排)滚柱，并且在它的中间具有一个凸部，以防止滚柱偏移。如图3C所示，该凸部允许轴承罩3保持滚柱2。
图4A-4C示出了第二实施例的另一种形式，该实施例使用了一个通过一盒形铁板压制成形的轴承罩和滚针。该形式与图3A-3C示出的形式相同，并且也与样本4相应。该形式的轴承罩可以通过低成本压制而成形。如图4C所示，通过铁板压制成形的两个构件3a和3b将两个滚柱2夹持在一个袋部内，由此装配成一个盒子的形式。需指出的是，袋部的宽度比滚柱2的直径小，这样，轴承罩3可以保持住滚柱2。
如果图3A-3C和4A-4C的滚柱推力轴承使用的滚柱的直径为Da而长度为L，较佳地可规定Da≤5mm而1≤L/Da≤10。更具体地说，对于L/Da≤1，则滚柱长度减小，由此有效长度减小。滚柱的接触面积减小，由此会使得接触表面压力增加。在接触表面中，接触压力增加，这将导致油膜成形受损，不利的是，例如在滚柱的径向外部表面将会有剥落现象发生。
对于10≤L/Da，滚柱长度增加，则因此有效长度和滚柱和环表面的差速滑动增加。在滚柱边缘处，很容易引起滚柱轴承环和滚柱本身之间的边缘应力，这样不利的是，会使从表面开始的滚柱轴承环的滚动和运转部分的边缘剥落。
第一实施例
使用上述滚柱推力轴承来进行一项寿命测试，以证明本发明的滚柱推力轴承可以使滚柱的端面的差速滑动减少，使滚柱端部的附近的应力集中减小，并且可以减小轴承内部的摩擦损失和磨损，从而使滚动和运转部分抗剥落的寿命增加。
被测试的轴承具有的滚柱直径为3mm，其具有的滚柱轴承环的内径为65mm而外径为85mm。测试是在60-80℃的温度下进行的，负载为1000kgf，速度为500rpm，轴承涂的润滑油为主轴油VG2(油膜参数，微升(lambda)0.101)。
表1示出了测试的结果，其中有比较实例为具有标准滚柱和标准轴承罩的推力滚针轴承。寿命由10个测试轴承寿命的10％表示。需指出的是，对于单排，滚柱具有的长度为7.8mm，对于两排，滚柱具有的长度为3.8mm，而其带有拱度(或下降)在5到15微米。使用寿命由被测试的轴承的任何构件剥落时的时间确定。
从表1中可以看出，如果比较实例样本1(一种标准轴承)具有的使用寿命为1，而具有两排滚柱的样本2具有的使用寿命是样本1的2.5倍，而具有带有一定拱度的滚柱(单排)的样本3的使用寿命是样本1的4.9倍，而由本发明所提供的具有两排带有一定拱度的滚柱的样本4的使用寿命是样本1的7.5倍，它的使用寿命明显比样本1和2长，如从测试中可观察到的，它的滚柱完全没有剥落。此外，在测试中，对样本4电动机消耗的最小电流为3.9A，这表明，该种轴承是低扭矩的，可以理解的是，轴承内部的摩擦损失得以减小。
显然，具有两排或多排带有一定拱度的滚柱的滚柱推力轴承可以有效地减少摩擦损失和损耗，使抵抗从表面开始的、滚动和运行轨迹边缘的剥落的使用寿命增加，并且可防止滚柱的径向外表面剥落。表1
第二实施例
在测试中，使用的两排带有拱度的滚柱有效长度和它们端面处的几何形状作了改变。表2示出的测试得到的结果。具有的袋部径向排列成两排或多排的一轴承罩(样本5)可防止滚柱相互干扰，增强轴承罩保持滚柱的能力，减小滚柱的歪斜，使得摩擦损失和损耗减小，从而使耐剥落的使用寿命增加，可达到的比率为10％使用寿命的1.5。
从测试的结果可以显而易见的是，对于径向内排滚柱带有拱度而径向外排滚柱的拱度比内排滚柱小的两排或多排滚柱(样本6)，以及对于径向外排滚柱仅由直滚子形成的两排或多排滚柱(样本7)，与径向内侧的滚柱相比，径向外侧滚柱的接触表面压力减小，这样可以阻止滚柱径向外表面和滚柱轴承环的径向外侧剥落，从而使寿命延长。
对于径向内排滚柱长度增加而径向外排滚柱长度比径向内排滚柱长度短的这样一种滚柱(样本8，与其它实施例的两排比，内部滚柱较短而外部滚柱较长)，与径向内排滚柱相比，径向外排滚柱的承载能力增加，从而防止了滚柱径向外表面和滚柱轴承环的径向外侧剥落，并且还减小了径向内滚柱的差速滑动，而且使用寿命显著增加(比率是10％使用寿命的1.5)。测试结构表明，将径向外侧圆周的滚柱(或袋部)的数量设置为与径向内侧的滚柱的数量相等或更多也可以使径向外排的滚柱的承载容量增加(图2C)。
此外，具有球形表面的滚柱(样本9和10)可防止滚柱本身端面相互干扰以及滚柱端面的轴承罩袋部相互干扰，由此使使用寿命显著增加(比率为10％使用寿命的1.3到1.6)。由于电动机所消耗的电流比样本4和5的小，因此它们对于减小滚柱歪斜的摩擦和轴承的扭矩同样也是有效的。此外，在本发明的样本4-10中，电动机所消耗的电能趋向于比比较实例中的小，这表明，轴承内部摩擦损失较小，而轴承的扭矩得以减小。
表2
第三实施例
如图5A和图5B所示，使用这样一种推力滚针轴承进行一项测试，其中轴承是由滚柱轴承环4和5、设置在滚柱轴承环之间的滚动元件(或滚柱)2以及保持并引导滚动元件2的轴承罩3形成的。其中的滚动元件为带有一定拱度的滚动元件。滚动接触表面6形成在滚柱轴承环4、5的滚柱2之间。推力滚针轴承具有如表3所示构成的滚柱轴承环、滚动元件和轴承罩。
表3
如表3所示，本发明的所要的条件在于，(a1)滚柱轴承环的碳化物密度以及碳化物的面积百分比，(a2)单排滚柱和多排滚柱之间的差别，以及(a3)滚柱的几何形状(带有或不带有拱度)，在进行测试时改变这些必要条件中的一个条件，从而观察上述条件是如何影响耐剥落的使用寿命的。更具体地说，本发明的发明人认为，在本发明的范围内设定上述条件，一个滚柱具有的端部表面可以没有明显的差速滑动以及显著的应力集中，这样，当滚柱滚动并运行之后，摩擦损失和损耗得以减小，而轴承环的边缘可以具有较长的耐剥落的使用寿命，而且本发明的发明人证明了它的效果。
使用寿命测试是使用这样一种轴承进行的，它的滚柱具的直径为3mm、轴承座圈具有的内径为65mm而外径为85mm。测在60-80℃的温度下进行，负载为1000kgf，速度为500rpm，轴承涂的润滑油为主轴油VG2(油膜参数(微升)0.101)。表3给出了该测试的结果，其中的一个比较实例为一个具有一标准滚柱和一标准轴承罩的推力滚针轴承。
在表3中，使用寿命由10个测试轴承的使用寿命的10％表示。需指出的是，对于单排，滚柱具有的长度为7.8mm，对于两排，滚柱具有的长度为3.8mm，而其带有的拱度(或下降)在5到15微米。
如表3所示，如果与标准轴承相应的样本31的使用寿命为1，则具有两排滚柱的样本32的使用寿命是样本31的2.5倍。此外，具有单排带有拱度的滚柱的样本33的使用寿命为样本31的4.9倍。具有两排带有拱度的滚柱的样本34的使用寿命为样本31的7.5倍。样本31-34均为比较实例，它们的轴承环表面包含的碳化物的密度或分布区域百分比不落在本发明的范围中。
与上述比较实例相比，保持在轴承罩内的两排带有拱度的滚柱以及含有碳化物的密度和分布区域百分比落入本发明范围内的滚柱轴承环，即本发明一实例的样本35具有的使用寿命是样本31的20.6倍，明显比样本32-34长，该样本35的滚柱完全不会剥落。此外，在测试中，样本35电动机消耗了最小的电流3.9A，该数值与样本34的相等，且比其它样本小，同样它表示摩擦损失是很小的。
从上述结果可以发现，具有本发明的两排或多排保持在轴承罩内的滚柱和一个滚柱轴承环的推力滚针轴承可以有效地减小摩擦损失和损耗，从而使使用寿命明显增加，防止在滚柱旋转和运行之后那些从表面开始的边缘剥落，并且防止滚柱径向外侧表面剥落。
使带有拱度的滚柱和具有一表面层的滚柱轴承环与分布在其中的高密度的碳化物相结合，可以提供显著抗表面剥落能力，这种能力远远超过了通过单独为普通推力滚针轴承中设置这些条件而后将它们相加所能达到的效果。换言之，抗表面剥落的能力可以通过一种带有拱度的滚柱和结合在滚柱轴承环的表面层内的高密度碳化物的协同作用而得到显著提高。
第四实施例
在第四实施例的推力滚针轴承上进行测试，该轴承使用了两排轴承罩保持的带有一定拱度的滚柱和一个滚柱轴承环，其中滚柱长度是变化的，而其具有一端部表面的几何形状也是变化的。如表4所示，所检测的本发明的条件是，(b1)两排滚柱的径向外侧滚柱的长度，(b2)是否带有拱度，(b3)轴承罩的袋部的结构，以及(b4)滚柱端部表面的几何形状对耐剥落的使用寿命的影响。
表4
图2A示出了样本35的推力滚针轴承。图2A为去除了上部滚柱轴承环的平面图，而图2B为图2C的截面图。样本35设有一单排袋部，每个袋部可以容纳两个轴向方向径向排列的滚柱。
图2B示出了样本36的推力滚针轴承。图2A为去除了上部滚柱轴承环的平面图，而图2B为图2A的截面图。根据表4，带有具有两排袋部的轴承罩的样本36使滚柱进一步被轴承罩保持，从而减小滚柱的歪斜、摩擦损失和损耗，因此，使样本36的耐剥落的使用寿命是样本35的1.5倍。
如样本37中所设置的，两排以上的滚柱，其中径向内侧滚柱带有一定的拱度，而径向外侧的滚柱带有的拱度比径向内侧滚柱小，其所能提供的耐剥落的使用寿命与本发明实例的样本35相同。此外，不具有带有一定拱度的径向外侧滚柱的样本37，即带有直滚子的样本38的使用寿命与样本35相等。在样本37和38中，径向外侧承载能力的增加可有效地防止滚柱径向外侧表面和滚柱轴承环的径向外侧剥落。
如在样本39中所设置的，径向外侧滚柱的长度设置为径向内侧滚柱长度的1.2倍，使径向内侧滚柱的长度较小而径向外侧滚柱的长度较大，而不是如传统的那样使内外两排的滚柱长度相等，这样可以增加径向外侧的承载容量，从而防止滚柱径向外表面和滚柱轴承环的径向外侧剥落，同时减小径向内侧滚柱的差速滑动，从而使样本39的使用寿命为样本35的1.7倍。具体地说，样本39具有的径向具侧滚柱长度减小，使得径向内侧滚柱的差速滑动小于普通的两排滚柱，由此使用寿命可以得到显著增加。
从这些结果可显而易见的是，径向外排中的滚柱数量(或袋部数量)增加到与径向内排中的滚柱数量相等或更多，也可以增加径向外侧的承载能力，由此达到类似的效果。这种结构也可以以图2C所示的推力滚针轴承为例来实施。
此外，如在样本40和41中所设置的，一个具有的端面突出成弧形的滚柱可以防止滚柱端部表面严重的相互干扰，并且防止滚柱端部表面和轴承罩的袋部严重的相互干扰。此外，从表4还可显而易见的是，滚柱的歪斜可以减小，而摩擦扭矩可以减小。
第五实施例
本发明的推力滚针轴承的有效性可以相对于它的滚柱轴承环的耐磨损性能来证明。样本35和31(标准轴承)和其它样本34和32在与表3相同的条件下转动一段确定的时间(10小时)。需指出的是，样本35具有两排保持在轴承罩内的带有拱度的滚柱以及一个滚柱轴承环，滚柱轴承环具有一个至少含有0.1mm深度的表面层(从其表面开始测量)，而碳化物的粒度的大小为0.6μm或更大，这样对于每1平方毫米的单位面积沉淀有39452个这样的粒子，其面积百分比为9.64％。在转动和运行之后，对最大耐磨损性能(深度)进行测量，结果如表5所示。
表五
如在转动运行之后在滚柱轴承环的端部所测得的，样本31、34和42所能达到的最大的耐磨性能分别为1.5μm、0.7μm和0.1μm，而耐磨性能显著提高的样本35的最大的耐磨性能为0.05μm。
尽管以上详细描述并说明了本发明，但是可以理解的是，这些仅是说明和示例，而不对本发明起任何限制作用。例如，最广泛地说，本发明可应用于任何推力滚针轴承，该轴承包括单排带有一定拱度的滚柱和一个具有其中装有上述高密度的碳化物的表面层的滚柱轴承环。本发明的精神和范围仅由所附权利要求书确定。
权利要求
1.一种滚柱推力轴承(1)，该轴承包括至少两排径向排列的滚柱(2)和一个保持所述滚柱的轴承罩(3)，至少一排所述滚柱是带有拱度的(25)。
2.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述轴承罩具有袋部，每个袋部保持一单个滚柱。
3.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，径向外排的滚柱带有的拱度小于径向最内排的滚柱。
4.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，处于径向最内排的径向外侧的至少一排是由直滚柱形成的。
5.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，处于径向最内排的径向外侧的至少一排是由长度比径向最内排大的滚柱形成的。
6.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述滚柱具有至少一个球形的端部表面。
7.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，处于径向最内排的径向外侧的至少一排具有滚柱的数量不小于径向最内部的一排。
8.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述滚柱为滚针。
9.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述轴承安装在一个压缩机内使用。
10.一种滚柱推力轴承，所述轴承包括一个带有拱度的滚柱(2)和一个与所述滚柱接触的滚柱轴承环，所述滚柱轴承环含有的碳化物不小于10000粒/mm2，但小于40000粒/mm2，其从环表面层起开始测得的深度至少为0.1mm，所述粒子的直径不小于0.6μm。
11.如权利要求10所述的轴承，其特征在于，所述轴承至少包括两排滚柱，而其中至少包括一排带有拱度的滚柱。
12.如权利要求10所述的轴承，其特征在于，在所述至少表面层到0.1mm深度处所述滚柱轴承环内的所述碳化物沉淀的范围是从不小于0.8％到小于10％每单位面积。
13.如权利要求10所述的轴承，其特征在于，所述轴承具有至少两排滚柱，其中径向外侧的一排滚柱带有的拱度小于径向最内排滚柱的拱度或不带有拱度。
14.如权利要求10所述的轴承，其特征在于，所述轴承具有一个保持所述滚柱的轴承罩，所述轴承罩具有一个袋部，该袋部被设置用来容纳不少于两个其轴线方向径向延伸的滚柱。
15.如权利要求10所述的轴承，其特征在于，所述轴承具有一个保持所述滚柱的轴承罩，所述轴承罩具有至少两排袋部，每排袋部容纳一单个滚柱。
16.如权利要求10所述的轴承，其特征在于，所述轴承具有至少两排滚柱，其中径向外侧一排具有的滚柱的长度不小于径向内侧一排的滚柱。
17.如权利要求10所述的轴承，其特征在于，所述滚柱具有一个曲线向外突出的端部表面。
18.如权利要求10所述的轴承，其特征在于，所述轴承具有至少两排轴承，其中径向外侧一排具有滚柱的数量不小于径向内侧一排的滚柱数量。
19.如权利要求10所述的轴承，其特征在于，所述滚柱轴承环具有一个表面，该表面具有的洛氏硬度值(HRC)不小于58。
20.一种斜板式压缩机，所述压缩机具有一个围绕一主轴固定并转动的斜板，从而使活塞往复运动，一个滚柱推力轴承设置在与所述斜板接触的部分以接收由于主轴转动和活塞往复运动而引起的推力载荷，所述轴承包括
一个带有拱度的滚柱；以及
一个与所述滚柱接触的滚柱轴承环，所述滚柱轴承环含有的碳化物不小于10000粒/mm2，但小于40000粒/mm2，其从环表面层起开始测得的深度至少为0.1mm，所述粒子的直径不小于0.6μm。
全文摘要
本发明公开了一种滚柱推力轴承，此种滚柱推力轴承可以减小差速滑动，没有明显的摩擦和磨损，并且可以使耐剥落的使用寿命延长。本发明提供的这种推力轴承由一个滚柱推力轴承(1)形成，该轴承包括至少两排径向排列的滚柱(2)和一个保持滚柱的轴承罩(3)，这些滚柱包括至少一个带有拱度(25)的滚柱。
文档编号F16C33/54GK1409020SQ02143939
公开日2003年4月9日 申请日期2002年9月26日 优先权日2001年9月26日
发明者玉田健治, 前田喜久男, 川村智明, 中岛硕一, 藤田工, 笹部光男 申请人:Ntn株式会社