尤其用于制冷剂压缩机的混合球轴承制造技术

公开了一种混合球轴承(20)，包括：内滚道(23)、外滚道(25)、和布置在它们之间的多个球(26)，其中所述内滚道(23)和所述外滚道(25)由轴承钢制成并具有第一表面RMS粗糙度Rq1，至少一个球(26)由陶瓷材料制成并具有第二表面RMS粗糙度Rq2，在崭新的状况下，滚道(23；25)的粗糙度Rq1比至少一个球(26)的粗糙度Rq2高2至5倍。本发明专利技术还涉及包括了该混合球轴承(20)的制冷剂压缩机(1)。

Mixed ball bearings especially for refrigerant compressors

【技术实现步骤摘要】
尤其用于制冷剂压缩机的混合球轴承
本专利技术涉及根据本专利技术方案1的前序部分的一种混合球轴承以及涉及包括了该混合球轴承的制冷剂压缩机。
技术介绍
混合滚动轴承常用于非常苛刻的环境中，例如用在润滑状况降低的应用中和/或高速和/或高温的应用中。在工作状况的严重性(/严格性)(severity)增大的情况下，例如，较重的载荷结合较高的温度、较薄的润滑膜和/或不良的润滑状况，轴承组成部件可能遭受表面引发疲劳(surfaceinitiatedfatigue)(所谓的微点蚀)。即使微点蚀不一定是主要故障(/失效)模式，它也能够促进/加速其它故障(如压痕、表面引发剥落和咬粘)出现。因此，微点蚀是负责寿命限制轴承磨损的机制之一。减轻微点蚀效果的一个途径是确保轴承中的滚动接触表面始终被足够厚度的润滑膜分隔开(separated)。这在超薄润滑膜厚度(UTFT)应用中是不可能的。滚动轴承中的UTFT应用指的是通过润滑膜分离表面受以下连累(/拖累)(compromised)的状况：(i)润滑剂的低粘度，即流体的动态粘度低于1cSt，和/或(ii)润滑剂乏油(/不足)(starvation)，即这样的状况：滚动接触入口(/进入)(inlet)中可得到的润滑剂层无法确保轴承中的完全浸没(/适量供油)(fullyflooded)状况。在这两种状况下，接触表面处的总润滑剂层厚度被限制到300nm或更小。这可能因为以下而发生：轴承用脂来润滑(有限的润滑剂释放)或者润滑剂在到达接触之前蒸发(挥发性流体)或者通过润滑系统的润滑剂供应有限。另外，这些UTFT应用中的许多应用使用介质润滑，如纯制冷剂润滑、油-制冷剂混合物润滑、燃料(煤油、柴油、汽油、天然气、醇类)润滑、和/或脂与介质组合润滑。水润滑被排除。对于纯制冷剂润滑，所得到的润滑剂膜厚度甚至显著小于300nm，通常在30nm的范围内。这些滚动轴承的主故障(/失效)模式是腐蚀辅助(的)磨损。磨损(因被腐蚀加强的固体对固体接触)可能会改变滚道轮廓、增大间隙以及使局部应力集中(可能产生剥落)。这些轴承的另一个重要的故障模式是固体污染。由于这些应用在非常薄的膜厚度(例如小于300至200nm)下工作，因此任何固体颗粒(碎屑、沙子、油烟(oilsoot)等)甚至是非常小的颗粒都可能在接触表面产生损坏，并且可能会改变打乱(disrupting)原始表面的膜建立能力的形貌(topography)。过度的污染还可能产生高摩擦力(这将会阻碍/阻止轴承的旋转)，并且可能在保持架中产生断裂或在滚道和滚动元件中产生咬粘(seizure)。因此，在现有技术中已经提出采用表面工程设计技术并且提供尽可能相等的轴承圈的滚道的粗糙度和滚动元件的粗糙度，以便减少微点蚀和改善轴承的磨损和疲劳寿命。这是基于以下理解：在存在滑动且没有全膜润滑(full-filmlubrication)的情况下，较粗糙的滚动接触表面在较平滑的相对的滚动接触表面上施加载荷微循环(loadmicrocycles)。不利的是，在实际中，即使在普通的钢-钢轴承中，轴承的滚道也一般比滚动元件稍微更粗糙。在混合滚动轴承中，粗糙度之间的差(异)甚至更大。因此，本专利技术的目的是提供一种混合滚动轴承，其可以用于超薄润滑膜厚度的应用，尤其用于制冷剂压缩机设备，并且具有改善的耐腐蚀性和抗微点蚀性。
技术实现思路
该目的通过根据本专利技术方案1的混合球轴承和包括了该轴承的制冷剂压缩机解决。与为混合球轴承提供滚道和球具有大致相同粗糙度值的最新努力相反，本专利技术人惊奇地发现，如果在崭新的状况下混合轴承的接触表面的粗糙度被工程设计为在预定义的边界内，则可以显著减小混合球轴承的微点蚀和腐蚀引起的磨损。因此，在下文中提出了一种混合球轴承，包括：内滚道、外滚道、和布置在它们之间的多个球，其中外滚道和内滚道由轴承钢制成并具有第一表面RMS粗糙度Rq1，至少一个球由陶瓷材料制成并具有第二表面RMS粗糙度Rq2。在滚道(在崭新的状况下)的粗糙度Rq1比至少一个球(在崭新的状况下)的粗糙度Rq2高2至5倍、优选2.5至4倍的情况下，本专利技术人已发现微点蚀和/或腐蚀引起的磨损可以显著减小。混合球轴承优选是角接触球轴承，接触角(度)的范围在0°至45°之间，优选在20°至30°之间。预定的粗糙度允许即使在崭新的状况下以及在混合球轴承的超薄润滑膜操作状况下也能够避免任何固体对固体的接触。根据混合球轴承的优选实施方式，滚道和球的组合表面RMS粗糙度Rq为Rq≤4×10-9(1000dm)0.55[米]，其中Rq被定义为进一步优选的是，混合球轴承设置有滚道和滚子的组合粗糙度偏度Rsk为Rsk≤0，其中Rsk被定义为根据另一优选实施方式，混合球轴承具有滚道和球的组合粗糙度斜率参数RΔqx为RΔqx≤8[mrad]，其中RΔqx被定义为通过提供被工程设计为具有上述定义参数的混合球轴承，陶瓷球减少了边界摩擦并优化了磨合。此外，在不良润滑和污染的状况下，所提出的陶瓷球延迟了损坏进程。另外，对组合的(/构成的)粗糙度的严紧控制(tightcontrol)有助于润滑膜的建立和磨合的改善。根据另一优选实施方式，混合球轴承具有密切度(osculation)Φ，其范围在1.02至1.1之间，其中Φ被定义为其中ri，e是内滚道或外滚道的滚道半径，Dw是球的直径。所提出的密切度在表面处的低摩擦力与高接触应力之间给出(/取得)平衡，因此优化了轴承寿命。进一步有利的是，所提出的混合球轴承的至少一个滚道由硬化的耐腐蚀钢制成，其耐腐蚀性的点蚀电位高于根据ASTMG61-86的不锈钢基准(AISI440C)至少25mV。另外或作为另一种选择，所使用的钢具有≥58HRC的热处理后硬度和/或至少14MPam1/2的断裂韧性(见ASTM-E399-12)。此外，优选的是，混合球轴承的至少一个球由氮化硅(Si3N4)制成。这与所选择的钢的耐腐蚀性质相结合，允许在混合球轴承中产生低磨损(lowweardevelopment)，这是因为在这种情况下，磨损取决于钢的硬度和环境的化学侵蚀性(腐蚀辅助磨损)。根据另一优选实施方式，所提出的混合球轴承的球被保持架包围，保持架优选由纤维增强材料制成，优选由玻璃纤维增强PEEK或碳纤维材料制成。保持架的纤维增强材料防止在重污染环境中保持架断裂。即使在超薄润滑膜厚度状况的特定状况下，所有这些特征单独或组合确保了混合球轴承的长持续时间。(如果)没有上述特征，这不可能实现。因此，根据另一优选实施方式，所提出的混合球轴承借助于布置在球与滚道之间的超薄润滑膜润滑，其中润滑膜厚度小于300nm。由此，甚至更有利的是，混合球轴承利用在球与滚道之间形成弹性流体动力润滑剂膜的纯制冷剂或制冷剂/油混合物润滑。由此，本专利技术的另一方面涉及一种制冷剂压缩机，其包括至少一个如上所述的混合球轴承。另外的优点和优选实施方式在权利要求书、说明书和附图中公开。还应当注意的是，除了所指示的之外，本领域技术人员可以在不扩展本专利技术的范围的情况下对所提出的特征进行组合。附图说明在下文中，将通过图中所示的实施方式描述本专利技术。所示的实施方式仅仅是示例性的，而不意在限制保护范围。保护范围仅由所附权利要求限定。附图显示：图1：根据一优选实施方式的包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合球轴承(20)，包括：内滚道(23)、外滚道(25)和布置在它们之间的多个球(26)，其中所述内滚道(23)和所述外滚道(25)由轴承钢制成并具有第一表面RMS粗糙度Rq1，至少一个球(26)由陶瓷材料制成并具有第二表面RMS粗糙度Rq2，其特征在于，在崭新的状况下，滚道(23；25)的粗糙度Rq1比所述至少一个球(26)的粗糙度Rq2高2至5倍。

【技术特征摘要】
2017.12.20 DE 102017223421.01.一种混合球轴承(20)，包括：内滚道(23)、外滚道(25)和布置在它们之间的多个球(26)，其中所述内滚道(23)和所述外滚道(25)由轴承钢制成并具有第一表面RMS粗糙度Rq1，至少一个球(26)由陶瓷材料制成并具有第二表面RMS粗糙度Rq2，其特征在于，在崭新的状况下，滚道(23；25)的粗糙度Rq1比所述至少一个球(26)的粗糙度Rq2高2至5倍。2.根据权利要求1所述的混合球轴承(20)，其特征在于，滚道和球的组合表面RMS粗糙度Rq为Rq≤4×10-9(1000dm)0.55[米]，其中Rq被定义为3.根据权利要求1或2所述的混合球轴承(20)，其特征在于，滚道和球的组合粗糙度偏度Rsk为Rsk≤0，其中Rsk被定义为4.根据前述权利要求中的任一项所述的混合球轴承(20)，其特征在于，滚道和球的组合粗糙度斜率参数RΔqx为RΔqx≤8[mrad]，其中RΔqx被定义为5.根据前述权利要求中的任一项所述的混合球轴承(20)，其特征在于，密切度Φ范围在1.02至1.1之间，其中Φ被定义为其中ri,e为所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：基尔模·恩里克·莫拉莱斯·埃斯皮埃尔，鲁道夫·豪列特纳，艾丹·克里根，
申请(专利权)人：斯凯孚公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE