锥形滚柱轴承的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种锥形滚柱轴承，并且更具体地涉及一种抗咬合性提高并且寿命增 加的锥形滚柱轴承。
【背景技术】
[0002] 近些年，对作为节能政策的部分的汽车燃料节省提出了更高的要求。根据这些要 求，用于汽车中的轴承的扭矩需要减少。另外，至于支承汽车的传动装置、差动器和类似物 的轴承，用于容纳此类轴承的空间倾向于减少，因为驱动操作具有多级传动和增加的空间。 由此，施加在轴承上的单位尺寸的载荷增加了。另外，用在汽车中的轴承需要在混合有异物 的油润滑环境中具有延长的寿命。另外，理想的是，通过使用便宜的材料以低成本的方式来 生产此类轴承。因此，理想的是，通过不会导致成本增加的简单方法、利用在全世界各个国 家都可买到的材料来生产轴承。
[0003] 在汽车中用于支承传动装置、差动器和类似物的轴承的实例可以是锥形滚柱轴 承。锥形滚柱轴承由以下形成：内圈，其中，在外周面上形成的滚道表面的两侧上设置有小 凸环和大凸环；外圈，其中，在内周面上形成滚道表面；多个锥形滚柱，所述锥形滚柱布置 在外圈滚道表面和内圈滚道表面之间；以及保持件，其将锥形滚柱保持容纳在凹穴中。另 外，保持件由以下形成：小环形部分，该小环形部分在锥形滚柱的小直径端面的侧部上连续 地延伸；大环形部分，该大环形部分在锥形滚柱的大直径端面的侧部上连续地延伸；以及 多个柱状部，所述柱状部联接这些环形部分。另外，凹穴形成在具有梯形的平面形状中，其 中，容纳锥形滚柱的小直径侧的一部分位于较小宽度侧上，而容纳大直径侧的一部分位于 较大宽度侧上。
[0004] 在汽车的传动装置、差动器和类似物中，锥形滚柱轴承用在这样的状态中，其中它 的低部浸入油槽中，并且因此在油槽中的油根据锥形滚柱轴承的转动而流入轴承作为润滑 油。在此类应用中，润滑油从锥形滚柱的小直径侧流入轴承。然后，相对于保持件从外径侧 流动的润滑油沿外圈的滚道表面流入锥形滚柱的大直径侧中。而且，相对于保持件从内径 侧流动的润滑油沿内圈的滚道表面流入锥形滚柱的大直径侧中。
[0005] 以此方式，作为用于润滑油从外侧流入的情况下的锥形滚柱轴承，公开了一种锥 形滚柱轴承，该锥形滚柱轴承构造成具有保持件，该保持件具有凹穴，该凹穴设置有切口， 使得，分开并流入保持件的外径侧和内径侧的润滑油被致使流过该切口，由此改善了润滑 油流过该轴承的循环（例如参见日本专利特开平第09-32858号（专利文献1)和日本专利 特开平第11-201149号（专利文献2))。
[0006] 另外，根据其中润滑油流入轴承并且同时分流到保持件的外径侧和内径侧中的该 锥形滚柱轴承，从保持件的内径侧流入外圈侧中的润滑油的比例增加，此会导致扭矩损失 增大的问题。换句话说，从保持件的外径侧流入外圈侧中的润滑油沿着外圈的滚道表面顺 利地穿向锥形滚柱的大直径侧，并且从轴承内部流出。相反，从保持件的内径侧流入内圈侧 中的润滑油被形成在内圈的外周面上的大凸环阻塞，并保留在该轴承中。由此，当从保持件 的内径侧流入内圈侧中的润滑油的比例增加时，保留在轴承中的润滑油量增加，此会引起 这样的问题：该润滑油导致抵抗轴承转动的流动阻力，因此增大了扭矩损失。为解决该问 题，公开了一种锥形滚柱轴承，其构造成具有保持件，该保持件具有梯形凹穴，该梯形凹穴 在其位于较小宽度侧上的柱状部处设置有切口，使得允许从保持件的内径侧流入内圈侧中 的润滑油朝向外圈侧离开，因此允许保留在轴承中的润滑油量减少（例如，参见日本专利 特开平第2007-24168号（专利文献3))。
[0007] 引用列表
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1 :日本专利特开平第09-32858号
[0010] 专利文献2 :日本专利特开平第11-201149号
[0011] 专利文献3 :日本专利特开平第2007-24168号
【发明内容】
[0012] 技术问题
[0013] 根据上述专利文献3所公开的锥形滚柱轴承，由润滑油的流动阻力所引起的扭矩 损失减少了，但是未充分考虑轴承的抗咬合性、使用寿命（具体地，在异物介入的环境中的 滚动疲劳寿命）等属性。因此，本发明的目的是提供一种抗咬合性改善并且使用寿命延长 的锥形滚柱轴承。
[0014] 解决技术问题所采用的技术手段
[0015] 根据本发明一个方面的一种锥形滚柱轴承，包括：外圈，该外圈具有位于内周面上 的外圈滚动接触面；内圈，该内圈具有位于外周面上的内圈滚动接触面，具有形成在所述内 圈滚动接触面的两侧上的小凸环和大凸环，且布置在所述外圈的内侧上；多个锥形滚柱， 所述锥形滚柱布置在外圈滚动接触面和内圈滚动接触面之间；和保持件，该保持件具有用 以容纳每个锥形滚柱的凹穴。包括该外圈、内圈和锥形滚柱的各轴承部件中的至少一个由 这样的钢制成：即，所述钢包含质量百分数为0.6%以上且1.50%以下的碳、质量百分数为 0. 15%以上且2. 50%以下的硅、质量百分数为0. 30%以上且1. 50%以下的锰以及质量百 分数为〇. 20%以上且2. 00%以下的铬，其余由杂质构成。在各轴承部件中的至少一个中， 在与其它部件接触的接触表面下方的表面层部分中的氮浓度的质量百分数是0.3%以上。 该保持件包括：小环形部分，该小环形部分在该锥形滚柱的小直径端面的侧部上连续地延 伸；大环形部分，该大环形部分在该锥形滚柱的大直径端面的侧部上连续地延伸；以及多 个柱状部，所述柱状部联接小环形部分和大环形部分。该凹穴具有梯形，在该梯形中，容纳 该锥形滚柱的小直径侧的一部分位于较小宽度侧上，而容纳该锥形滚柱的大直径侧的一部 分位于较大宽度侧上。位于该凹穴的较小宽度侧上的柱状部的每个设置有切口。
[0016] 根据本发明另一方面的一种锥形滚柱轴承，包括：外圈，该外圈具有位于内周面上 的外圈滚动接触面；内圈，该内圈具有位于外周面上的内圈滚动接触面，具有形成在所述内 圈滚动接触面的两侧上的小凸环和大凸环，且布置在所述外圈的内侧上；多个锥形滚柱， 所述锥形滚柱布置在外圈滚动接触面和内圈滚动接触面之间；和保持件，该保持件具有用 以容纳每个锥形滚柱的凹穴。包括该外圈、内圈和锥形滚柱的各轴承部件中的至少一个由 这样的钢制成：即，所述钢包含质量百分数为0.6%以上且1.50%以下的碳、质量百分数为 0. 15%以上且2. 50%以下的硅、质量百分数为0. 30%以上且1. 50%以下的锰以及质量百 分数为0. 20%以上且2. 00%以下的铬，并且还包含质量百分数为0. 5%以下的镍和质量百 分数为0. 2%以下的钼中的至少一者，其余由杂质构成。在各轴承部件中的至少一个中，在 与其它部件接触的接触表面下方的表面层部分中的氮浓度的质量百分数是〇. 3%以上。该 保持件包括：小环形部分，该小环形部分在该锥形滚柱的小直径端面的侧部上连续地延伸； 大环形部分，该大环形部分在该锥形滚柱的大直径端面的侧部上连续地延伸；以及多个柱 状部，所述柱状部联接小环形部分和大环形部分。该凹穴具有梯形，在该梯形中，容纳该锥 形滚柱的小直径侧的一部分位于较小宽度侧上，而容纳该锥形滚柱的大直径侧的一部分位 于较大宽度侧上。位于该凹穴的较小宽度侧上的柱状部的每个设置有切口。
[0017] 本发明人已经对关于提高锥形滚柱轴承的抗咬合性并延长其寿命做了认真的研 究，该锥形滚柱轴承由等同于JIS标准所限定的SUJ2的材料制成，该材料能够在世界上各 个国家容易地得到（JIS标准所限定的SUJ2、ASTM标准所限定的52100、DIN标准所限定的 100Cr6、GB标准所限定的GCr5或GCrl5,以及Γ 0CT标准所限定的Π?Χ15)。由此，本发明 人已经获得以下发现，以用于本发明的构思。
[0018] 在保留在轴承中的润滑油减小的情形下，由润滑油的流动阻力所造成的扭矩损失 减少，由此抑制由于扭矩增大而导致的温度上升。然而，在各轴承部件（内圈、外圈、锥形滚 柱等）之间的润滑恶化，使得在各部件之间的接触面上更可能发生咬合现象。换句话说，温 度更可能在该接触表面中局部地上升，其结果是，该接触表面的硬度可能减小。另外，诸如 破裂等损坏更可能发生在位于各轴承部件（内圈、外圈、锥形滚柱等）的接触表面下方的表 面层部分中。由此，该接触表面经受碳氮共渗过程，使得可以提高耐久性。根据本发明人的 研究，当在表面层部分中的氮浓度的质量百分数设定为0. 3%以上时，该接触表面的耐久性 得到提高。
[0019] 在根据本发明的一个或其它方面的锥形滚柱轴承中，包括内圈、外圈、锥形滚柱的 轴承部件中的至少一个由具有上述组成成分的钢制成，并且因此，可以通过使用在世界各 个国家容易得到的、等同于SUJ2的材料制成。另外，位于该保持件中的凹穴的较小宽度侧 上的每个柱状部设置有切口。由此，在该轴承中的保留的润滑油进一步减少，其结果是，由 润滑油的流动阻力所造成的扭矩损失可以减少。另外，在包括内圈、外圈、锥形滚柱的轴承 部件中的至少一个的接触表面下方的表面层部分中的氮浓度为质量百分数〇. 3%以上。由 此，该接触表面的抗回火软化性能得到提高，使得可以抑制在该接触表面上的咬合的发生。 另外，由于表层部分中的碳浓度为质量百分数0. 3%以上，所以该接触表面的耐久性得到提 高，其结果是延长了该轴承的使用寿命。由此，根据本发明的一个或另一方面的锥形滚柱轴 承可以提供一种锥形滚柱轴承，其扭矩损失减少，抗咬合性提高并且使用寿命延长。另外， 该"表面层部分"意指从该接触表面延伸到20 μ m深度处的区域。
[0020] 在上述锥形滚柱轴承中，内圈的大凸环可以包括与锥形滚柱的大直径端面滑动接 触的大凸环表面。另外，在锥形滚柱的大直径端面下方的表面层部分和在内圈的大凸环表 面下方的表面层部分的每个中的氮浓度的质量百分数可以为〇. 3%以上。
[0021] 由于锥形滚柱的大直径端面和内圈的大凸环表面相对于彼此滑动接触，所以温度 更可能升高，使得容易发生咬合现象。由此，在大直径端面下方的表面层部分和在大凸环表 面下方的表面层部分的每个中的碳浓度的质量百分数设在〇. 3%以上，其结果是，可以更进 一步提尚抗吹合性。
[0022] 在上述锥形滚柱轴承中，包括外圈、内圈和锥形滚柱的轴承部件中的至少一个可 以具有体积百分数为20%以下的整体平均残留奥氏体量。
[0023] 根据本发明人的研究，在轴承部件中的整体平均残留奥氏体量的体积百分数为 20%以下的情形下，长期尺寸变化率下降。由此，在轴承部件中的整体平均残留奥氏体量的 体积百分数设定为20%，使得该轴承的尺寸稳定性可以得到提高。
[0024] 根据上述锥形滚柱轴承，在包括外圈、内圈和锥形滚柱的各轴承部件中的至少 一个中，位于所述接触表面下方的所述表面层部分在垂直于所述接触表面的横截面中每 100 μm2包括五个以上的碳氮化物，每个碳氮化物直径为0. 5 μm以下。
[0025] 直径均为0. 5 μπι以下的五个以上的微观碳氮化物的每个存在于该表面层部分的 每100 μ m2中，从而强化该表面层部分，使得进一步提高该表面层部分的耐久性。由此，可以 实现具有优良耐久性的轴承。在该情形下，碳氮化物是这样的产品：其中铁的碳化物的一部 分或碳化物的碳的一部分由氮取代，并且碳氮化物包括Fe-C基化合物和Fe-C-N基化合物。 另外，该碳氮化物可以包含合金元素，该合金元素诸如是包含在钢中的铬。
[0026] 根据上述锥形滚柱轴承，在包括外圈、内圈和锥形滚柱的各轴承组件的至少一个 中，从接触表面延伸到50 μπι深度处的残余奥氏体量的体积百分数可以是20%以上。由此， 该接触表面的耐久性，特别地在异物侵入环境中的该接触表面的耐久性，可以更进一步得 到提尚。
[0027] 在上述锥形滚柱轴承中，在内圈的内径表面中的氮浓度的质量百分数是0. 05 %以 下。残余奥氏体的分解造成的尺寸变化通常可以随着部件尺寸的膨胀而发生。另一方面， 锥形滚柱轴承的内圈通常用于这样的状态，其中，它的内径表面配合到轴或类似物的外周 面上。由此，当内径膨胀时，可能使得内圈配合在该轴上的状态不稳定。相反地，在内径表 面中的氮浓度的质量百分数减少到〇. 05%以下，使得可以抑制上述问题的发生。
[0028] 根据本发明又一方面的一种锥形滚柱轴承，包括：外圈，该外圈具有位于内周面上 的外圈滚动接触面；内圈，该内圈具有位于外周面上的内圈滚动接触面，具有形成在所述内 圈滚动接触面的两侧上的小凸环和大凸环，且布置在所述外圈的内侧上；多个锥形滚柱，所 述锥形滚柱布置在外圈滚动接触面和内圈滚动接触面之间；和保持件，该保持件具有用以 容纳每个锥形滚柱的凹穴。在外圈、内圈和锥形滚柱中至少锥形滚柱由这样的淬火硬化钢 制成：即，所述淬火硬化钢包含质量百分数为〇. 90%以上且1. 05%以下的碳、质量百分数 为0. 15%以上且0. 35%以下的硅、质量百分数为0. 01 %以上且0. 50%以下的锰以及质量 百分数为1. 30%以上且1. 65%以下的铬，其余由杂质构成。在与其它部件接触的接触表面 中的氮浓度的质量百分数是〇. 25%以上，而在所述接触表面中的残余奥氏体量的体积百分 数为6%以上且12%以下。
[0029] 在根据本发明的又一方面的锥形滚柱轴承中，在内圈、外圈、锥形滚柱中的至少锥 形滚柱由具有上述组成成分的钢制成，并且因此，可以通过使用在世界各个国家容易得到 的、等同于SUJ2的材料制成。另外，在内圈、外圈、锥形滚柱中的至少锥形滚柱的接触表面 中的氮浓度为质量百分数〇. 25%以上。由此，该接触表面的抗回火软化性能得到提高，使 得可以抑制在该接触表面上的咬合的发生。另外，由于接触表面中的碳浓度为质量百分数 0. 25%以上，所以该接触表面的耐久性得到提高，其结果是可以延长该轴承的使用寿命。由 此，根据本发明的一个或另一方面的锥形滚柱轴承可以提供一种锥形滚柱轴承，其扭矩损 失减少，抗咬合性提高并且使用寿命延长。
[0030] 另外，根据本发明人的进一步研究，在接触表面中的氮浓度增大到质量百分数 0. 25 %同时不特别地调整残余奥氏体量的情形下，按