一种滚动轴承外圈的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种滚动轴承外圈的制造方法，先根据轴承的工作情况和尺寸参数确定轴承外圈内表面的接触变形分布，然后对轴承外圈进行加工，留出需要进行激光熔覆的待熔覆区域，再选取合适的激光器和熔覆材料组分，并根据轴承所承受的载荷的情况选择不同的加工路线对待熔覆区域进行激光熔覆加工，最后对激光熔覆后的轴承外圈内表面进行打磨抛光等加工，加工至尺寸要求。本发明专利技术通过对滚动轴承外圈内表面接触变形区域，即承载区域进行激光熔覆加工，使轴承外圈的承载能力和耐磨损能力大大提高，从而提高了轴承外圈的抗疲劳性能和使用寿命。从而提高了轴承外圈的抗疲劳性能和使用寿命。从而提高了轴承外圈的抗疲劳性能和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种滚动轴承外圈的制造方法


[0001]本专利技术属于轴承加工领域，具体涉及一种基于接触变形的滚动轴承外圈的激光熔覆制造方法。

技术介绍

[0002]滚动轴承作为旋转机械设备的重要部件之一，应用极其广泛。对于主要承受径向载荷的轴承，其工作过程中，内圈随轴旋转，而外圈固定于轴承座内，因此，轴承外圈的承载区域基本固定，这导致了外圈极易出现早期疲劳失效，从而影响轴承的使用寿命。因此应针对轴承外圈的内表面进行处理，使其具有良好的承载能力、耐磨和抗疲劳性能，以提高其使用寿命。激光熔覆技术是一种重要的材料表面加工、金属增材制造与表面改性技术，其利用高能量激光束，在加工工件的基体表面上融化熔覆材料，使部分基体材料和熔覆材料在基体表面上形成组织均匀细密并具有优秀力学性能的致密熔覆层。激光熔覆技术具有熔覆层与基体材料结合牢固、工件热变形小、熔覆层组织致密且均匀、熔覆材料选取范围广、节约材料、工艺便捷可实现自动化生产等优点。因此，激光熔覆技术比传统的堆焊、喷涂、电镀等方法更适用于对轴承外圈内表面的处理，且熔覆层可根据轴承实际工作环境要求和所需性能设计成分，例如需要具有耐磨、耐腐蚀或耐高温的熔覆层，根据要求进行不同熔覆材料的配比。
[0003]但是激光熔覆需要对哪些区域进行加工，需要加工多少厚度的熔覆层往往是根据经验进行确定，没有实质上明确如何对轴承外圈内表面进行激光熔覆加工，才能最大程度的增强轴承外圈的性能，又节约了材料。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺点和不足，本专利技术所要解决的技术问题在于提出一种基于接触变形的滚动轴承外圈制造方法，使轴承外圈的内表面具有良好的承载能力、耐磨和抗疲劳性能，进而提高轴承寿命。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于接触变形的滚动轴承外圈制造方法，该轴承外圈由基体和熔覆内表面组成，基体为轴承外圈的主要组成部分，材料为轴承钢，熔覆内表面则由熔覆材料通过激光熔覆而成；
[0006]其中，所述的轴承外圈外层的形状由轴承将要工作的载荷条件和相应的尺寸参数决定，同时也决定了激光熔覆时所需的熔覆金属的厚度分布
[0007]一种基于接触变形的滚动轴承外圈制造方法，它包括以下步骤：
[0008]S1、将轴承的尺寸参数和工作的受载情况等带入载荷与接触变形的相关计算公式，得到轴承外圈接触变形的分布趋势；
[0009]S2、根据步骤S1得到的接触变形分布趋势对轴承外圈基体进行加工；
[0010]S3、根据轴承实际工作环境要求和所需性能设计熔覆材料的组成成分；
[0011]S4、对步骤S2加工完成的轴承外圈基体进行激光熔覆；
[0012]S5、对步骤S4加工完成的熔覆内表面加工至装配要求。
[0013]所述步骤S1包括以下分步骤：
[0014]S1.1、根据轴承工作时的受载的情况进行计算，得到参数值a；
[0015]S1.2、根据步骤S1.1得到的参数值a，计算得到轴承的载荷分布系数、载荷积分和法向载荷比值；
[0016]S1.3、根据轴承不同的受载情况计算出滚子与滚道间最大法向载荷；
[0017]S1.4、根据步骤S1.2、步骤S1.3得到轴承的载荷分布角度；
[0018]S1.5、根据步骤S1.3、步骤S1.4得到轴承接触变形的分布。
[0019]所述步骤S1.1中的参数值a为：
[0020][0021]其中，F
r
为轴承承受的径向载荷；α为轴承接触角；F
a
为轴承承受的轴向载荷。当轴承仅受径向载荷作用时，a＝∞。
[0022]优选的，所述步骤S1.2中轴承的载荷分布系数为：
[0023][0024]ε2＝1
‑
ε1(3)
[0025]其中，ε1为两列轴承中主要承载列的载荷分布系数；ε2为两列轴承中次要承载列的载荷分布系数。当轴承仅受径向载荷作用时，ε1＝ε2＝0.5。
[0026]优选的，所述步骤S1.2中的载荷积分为：
[0027][0028][0029]其中，J
r
为径向载荷积分；J
a
为轴向载荷积分。当轴承仅受径向载荷作用时，J
r
＝0.4577，J
a
＝0。
[0030]优选的，所述步骤S1.2中的法向载荷比值为：
[0031][0032]其中，Q
max1
为两列轴承中主要承载列的滚子与滚道间最大法向载荷；Q
max2
为两列轴承中次要承载列的滚子与滚道间最大法向载荷。当轴承仅受径向载荷作用时，
[0033]所述步骤S1.3中滚子与滚道间最大法向载荷为：
[0034][0035][0036]其中，Z为轴承单列的滚子个数。
[0037]所述步骤S1.4中轴承的载荷分布角度为：
[0038]φ1＝cos
‑1(1
‑
2ε1)(9)
[0039]φ2＝cos
‑1(1
‑
2ε2)(10)
[0040]其中，φ1为两列轴承中主要承载列的载荷分布角度；φ2为两列轴承中次要承载列的载荷分布角度。
[0041]优选的，所述步骤S1.5中轴承接触变形的分布为：
[0042][0043][0044]其中，δ
1，i
为两列轴承中主要承载列的第i个滚子的径向接触变形，i＝0时，δ
1，0
＝δ
1max
，δ
1max
为两列轴承中主要承载列的最大径向接触变形；δ
2，j
为两列轴承中次要承载列的第j个滚子的径向接触变形，j＝0时，δ
2，0
＝δ
2max
，δ
2max
为两列轴承中次要承载列的最大径向接触变形；l为滚子的有效长度；ψ
i
为两列轴承中主要承载列的第i个滚子的位置角；ψ
j
为两列轴承中次要承载列的第j个滚子的位置角。当计算得到的δ
1，i
或δ
2，j
小于0时，取δ
1，i
＝0，δ
2，j
＝0。
[0045]优选的，所述步骤S2加工时，轴承周向的加工范围由步骤S1.4计算得到的载荷分布角度φ1、φ2确定；轴承径向的加工深度由步骤S1.5计算得到的接触变形δ
1，i
和δ
2，j
确定；轴承轴向的加工宽度L为：
[0046]L
b
＝0.1(B
‑2×
L
g
‑
b)(13)
[0047]L＝L
g
+L
b
(14)
[0048]其中，L
b
为边缘加工宽度；B为轴承宽度；L
g
为滚子长度；b为内圈挡边宽度。
[0049]所述步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种滚动轴承外圈的制造方法，包括如下步骤：S1、将轴承的尺寸参数和工作的受载情况计算得到轴承外圈接触变形的分布趋势；S2、根据步骤S1得到的接触变形分布趋势对轴承外圈基体进行加工；S3、根据轴承实际工作环境要求和所需性能设计熔覆材料的组成成分；S4、对步骤S2加工完成的轴承外圈基体进行激光熔覆；S5、对步骤S4加工完成的熔覆内表面加工至装配要求。2.根据权利要求1所述的一种滚动轴承外圈的制造方法，其特征在于对所述外圈基体进行激光熔覆前对待熔覆区域表面进行加工，去除杂质；优选地，所述加工是用砂纸打磨光滑，再用无水乙醇和丙酮溶液洗去油污、铁锈杂质。3.根据权利要求1所述的一种滚动轴承外圈的制造方法，其特征在于，所述熔覆材料的组成成分优选在钴(Co)基自溶性合金粉末中加入氮化物合金粉末Si3N4。4.根据权利要求1所述的一种滚动轴承外圈的制造方法，其特征在于所述步骤S4中选取激光器的激光功率为400W
‑
4000W，光斑直径为0mm
‑
8mm调整，扫描速度为200
‑
600mm/min，送粉速度为5
‑
20g/min。5.根据权利要求1所述的一种滚动轴承外圈的制造方法，其特征在于所述步骤S4的激光熔覆过程中以同轴送粉形式进行送粉，用氩气对熔覆层进行保护。6.根据权利要求1所述的一种滚动轴承外圈的制造方法，其特征在于轴承承受径向载荷和轴向载荷的联合载荷时，主承载列的最大接触变形大于次承载列的最大接触变形，所述步骤S4中激光熔覆加工路线为先从主承载列最大接触变形处...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨霞，王先正，李华英，闫泽宇，赵春江，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：