复合钢轴承及制造方法技术

一种轴承，其包括：高强度钢层和软钢基底层，所述层经熔合区熔接至一起；滚道，所述滚道越过轴承被机加工，并且具有比可利用传统的钢硬化工艺获得的轴承支撑部深度大得多的轴承支撑部深度；以及保持结构，所述保持结构被机加工到至少软钢基底层内，并且用于将轴承保持在下面的轴承支撑部上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及复合钢轴承。更具体地，本公开涉及复合钢轴承及制造工艺和应用，包括但不限于风力发电机和其它重型设备。利用本专利技术的方面可以制造多个环轴承和平面轴 7 C (flat bearing)。
技术介绍
由于众所周知的冶金学和化学性能，硬化层的厚度、特别是采用表面硬化处理时的厚度受到严格限制。结果，对于给定的负载和/或环境，轴承工程师经常受限于硬化层的深度。例如，图3a、4a和5a示出了多个穿过钢轴承滚道所截取的不同横截面图，其中硬度模式(hardness pattern)以“hp”指代。硬化钢的深度受到限制、特别是对感应式硬化的滚道而言。在本专利技术之前，对于大轴承而言，不能在钢座圈中完全令人满意地满足这种大轴承的需求，因为在滚动元件附近的座圈金属太软或不能被硬化、或者在其中切割有齿轮齿的或在其中机加工或焊接紧固设备的座圈部分的金属太硬或太脆而不能提供完全期望的延展性、韧性和强度特性。如果轴承座圈的与滚珠或其它旋转元件所接触的金属部分因其不能被硬化到足够的程度而太软的话，那么座圈的该部分将变形或磨损或另外有害地影响轴承的特性；但是如果座圈的剩余的金属部分太硬的话，那么他们将是易碎的且发生破裂而使得它们对于它们应该执行的功能不是足够强的、坚韧的、和延展的，并且将不能被机加工以形成诸如齿轮齿等的结构，该结构具有足够的抗拉强度和坚韧性或者能够被顺利地焊接。
技术实现思路
本专利技术涉及用于制造复合钢轴承的工艺及该工艺的产品，该轴承在轴承的不同部分处，例如在环形构件的上/下或内/外周边处具有不同的特性。例如，构件可以形成为环形坯件以用于轴承座圈或座圈自身，其中在构件的一个周边处金属能够被硬化到期望高的硬度的程度，而在远离该周边的部分，金属可以具有明显小的硬度和大的延展性和韧性。本专利技术的实施方式可以用于多个目的，不过当使用在大直径轴承的轴承座圈、比如使用在支撑诸如用于发电的风力塔之类的设备的旋转部的轴承中时，以及当使用在制造能够获得这种轴承座圈的环形坯件的过程及从该坯件制造座圈的过程中时能够获得突出的优点。因此，将结合这些用途来说明本专利技术。轴承座圈理想地包括如下的金属其能够被很大程度地硬化，并且因此向抵靠地承载轴承的滚珠或其它滚动或滑动元件以使得磨损最小化的凹槽或滚道的表面及表面下的一定距离处赋予了相当的脆性。然而，这种座圈还必须包括离开该硬金属的如下金属 其具有足够的延展性和韧性，并且拥有足够的抗拉强度以抵抗座圈在操作中可能经受的应力、作用力、和撞击；并且通常这种座圈必须包括具有足够延展性、韧性和强度的金属以允许将与滚道相对的周边缘机加工成齿轮齿，该齿轮齿能够用于通过动力设备(例如风力塔的回转部分)来旋转座圈，或者允许在离开滚道的位置机加工或焊接诸如紧固设备之类的部件。因此，本专利技术的实施方式提供了包括两种或更多种明显不同的合金的新型轴承。 根据该解决方案，基于工艺或轴承应用的必要性，不但能够改变合金，而且能够预定全部硬化(through harden)的区或层的厚度。结果，全部硬化的层的厚度不会受非基于工艺或应用的参数(如在滚柱轴承钢的表面内的碳扩散)来限定。本专利技术的实施方式还涉及以不同的复合材料生产滚柱轴承的内座圈和外座圈。在一些实施方式中，能够将基础的复合环环轧到期望的直径，同时高合金轴承表面层与软钢基本层之间的比率保持恒定。利用该工艺，全部硬化的深度可能不受固定的碳扩散参数限定。通过选择性组合复合钢环的外壳和芯部之间的厚度比率，可以基于应用的需求和/或预期的使用环境来预定环的特性。本专利技术的实施方式特别适用于较大的轴承，其中全部硬化的层与基底材料之间的比率随直径的增大而持续地下降(由于受限的硬化深度)。一个主要的考虑是这些大轴承的期望负载随直径而持续地增加。现有技术的对于大直径轴承的解决方案包括具有增大的尺寸和重量的多排轴承。 相比之下，本专利技术的负载平衡的大轴承的实施方式是明显更轻且更坚固的，因为可以不需要多排的轴承。本专利技术的实施方式涉及到利用协作的轴承部件之间的小的相对运动来传递高的轴向力和大的弯矩的轴承。风电设施将从设置在其塔架支撑的机器头部与塔架头部之间的这种复合轴承中获益。本专利技术的涉及到上述所需结构的轴承能够被用于例如作为起重机、某些休闲娱乐设施以及甚至风力设施中的枢转轴承(如所谓的方位轴承)。就此而言，因如下的事实出现结构问题即使在竖直旋转轴线的情况下，轴承也不得不沿所施加负载的方向以及提升的方向承受作用力。前面宽泛地概述了本专利技术的特征和技术优点，从而可以更好地理解随后的本专利技术的详细描述。下文中将描述本专利技术的另外的优点和特征，其形成本专利技术的权利要求的主题。 本领域的技术人员应该意识到，所公开的概念和特定的实施方式可以容易地作为用于修改或设计用于实现本专利技术的相同目的其它结构的基础。本领域的技术人员还应该理解，这些等同的结构并未偏离如在所附权利要求中阐明的本专利技术的精神和范围。从以下的描述中， 在结合附图考虑时可以更好地理解被认为是本专利技术的特征(对其构造及操作的方法)的新的特征、以及进一步的目的和优点。但是应该清楚理解的是，每个附图仅是出于描述和说明的目的而被提供并且并非意在作为限定本专利技术的限制。附图说明图1是根据本专利技术的复合钢滚柱轴承的俯视平面图；图2是图1所示的轴承的横截面图；图3a_图北是轴承滚道的横截面图，提供了现有技术的滚道与根据本专利技术的滚道之间的对比；图4a_图4b是轴承滚道的横截面图，提供了现有技术的滚道与根据本专利技术的滚道之间的对比；图5a_图恥是轴承滚道的横截面图，提供了现有技术的滚道与根据本专利技术的滚道之间的对比；图6是根据本专利技术的轴承的另一实施方式的横截面图；图7是根据本专利技术的轴承的另一实施方式的横截面图；图8描绘了图7所示的轴承的一部分的制造工艺；图9描述了图7所示的轴承的一部分的另一制造过程；图10描绘了在制造根据本专利技术的轴承的方法中使用的材料加工；图11描绘了制造根据本专利技术的轴承的多个部分的方法；图12描绘了制造根据本专利技术的轴承的多个部分的另一方法；图13描绘了适于在制造根据本专利技术的轴承的多个部分的方法中使用的环轧工艺；图14描绘了适于在制造根据本专利技术的轴承的多个部分的方法中使用的环轧工艺；图15描绘了利用本专利技术的轴承技术的风力发电机；图16描绘了图15所示的风力发电机的内部方面；图17描绘了利用本专利技术的方面的、适于与图15所示的风力发电机一起使用的圆环轴承的实施方式。具体实施例方式图1示出了根据本专利技术的复合钢滚柱轴承的俯视平面图。如此处详细描述的，该滚柱轴承包括高合金轴承部分10和软钢轴承部分12。图2描绘了穿过根据本专利技术的环状轴承所截取的横截面的侧视图。类似于图1所示的实施方式，该轴承包括高合金层20和软钢层22。这种环状轴承可以特别适合于用作风力发电机的方位轴承(azimuth bearing)。这种环状复合钢轴承很适合于以协作的轴承部件之间的小的相对运动来传递高的轴向力和大的弯矩。风力设施可以在其塔架支撑的机器头部与塔架头部之间包括这种轴承，比如在图15-图16中公开的。本专利技术的涉及到上述所需结构的轴承可以用作例如起重机或其它大型设备中的枢转轴承。在另一实施方式中，本专利技术的轴承可以用来替代流体动压油膜轴承，比如由 Morgan公司制造的M0RG0IL轴承。流体动压轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种形成轴承元件的方法，所述方法包括：选取高强度钢层，所述高强度钢层具有足够承载期望的轴承负载的支承性能；选取软钢基底层，所述软钢基底层至少具有相对于所述高强度钢层的增强的延展性；将所述高强度钢层熔接至所述软钢基底层，所述熔接产生所述层之间的熔合区；将所述高强度钢层的至少一部分机加工成适于接合轴承元件的构造；以及将所述软钢基底层机加工成适于将所述高强度钢层支撑在外部机器的基底表面上的构造。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约亨·科茨，
申请(专利权)人：约亨·科茨，
类型：发明
国别省市：DE