一种新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子以及设有抛物线形透切线的轴承内套圈的制作方法

1.本实用新型涉及航天航空轴承，特别是航天航空轴承滚子。


背景技术：

2.已知轴承是一种精密仪器级的旋转部件，它是航空航天发动机主轴和精密回转设备确精准工作的核心部件，如果是在高速或高温环境下工作的轴承对轴承的要求更为苛刻，目前：常规轴承容许的工作温度只能达到200度左右，用高合金钢制造的轴承在严格的保护条件下也只能达到250-300度左右，在高温环境中，轴承极易发生热膨胀卡死，为了使轴承适用于高速或高温环境，已有轴承技术中都是牺牲轴承的精度换取高温应用，即：“用于高温的轴承其主要的特点为：必须有较大的内部游隙
”‑‑‑‑‑
skf轴承综合型录，例如：世界上最优秀的轴承企业skf特别阐明了高温轴承除了采用高合金材料外，还必须采用大游动间隙的方法才能保障轴承在高温环境下正常工作，这就是飞机发动机轴承必须经过预热使其达到设定的工作游隙才能工作的理由，
3.目前：许多在温差较大的环境下工作的精密设备或对温差要求严格的精密设备均会受到轴承的制约，例如：在海南工作的高端精密摄像机航飞到东北寒冷地区时，就极易因轴承运转不灵引致的机械故障，因此：用增大游动间隙对高速高温环境中工作的精密设备的应急使用所造成的限制、隐患和使用寿命的影响也是相当严重的，
4.特别是：在大气层以外的宇宙空间处于真空状态，而处于真空状态下的天体由于无法阻挡及留住太阳的照射温度，因此昼夜温差悬殊极大，例如：月亮向阳面的温度可达127
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330度，而背阴面的温度仅有零下150
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183度作右，如果在水星上，其昼夜间的温差还要大的多，航天器在太空这种冷热极端的温差下，传统的轴承无法正常的工作，对于太空设备中精度及灵敏度要求高的微型轴承，会面临热膨胀卡死和冷收缩卡死的双重可能，极易因轴承的卡死而造成航天器死机，如果以增大游动间隙来换取轴承的工作环境又会直接影响到设备的精度，


技术实现要素：

5.实验一：
6.将直径为10毫米的弹簧钢制成直径为100毫米的圆环，逐步加热到100-200度时，其圆环的直径开始出现增大，热到300-500度的时候，其圆环直径发生了明显的膨胀，其膨胀的尺寸等于其圆周长与其膨胀系数的乘积，
7.试验二：
8.将直径为10毫米的弹簧钢制成设置透切口的直径为100毫米的圆环，逐步加热到100-200度时，其设置透切口的圆环的直径不仅没有膨胀，还出现了轻微的收缩，当继续加热到300-400度时，该设置透切口的圆环的直径开始加速收缩，随加热温度到500度时其设置透切口的圆环的直径开始迅速收缩，并在淬火后保持收缩后直径的状态和强力的向心收
缩应力，
9.试验三：
10.将不同直径含碳较高的金属环、高速钢环或硬质合金环设置透切口，并将其逐步加热到100-200度时，其含碳较高的金属环、高速钢环或硬质合金环的直径没有任何膨胀的变化，当继续加热到300-400度时，其含碳较高的金属环、高速钢环或硬质合金环的直径开始逐步渐小，随加热温度到500度时其含碳较高的金属环、高速钢环或硬质合金环的直径开始明显减小，并在淬火或冷却后仍然保持收缩后直径的状态和原有的硬度，并呈现强力的向心收缩应力，
11.试验四：
12.将直径为10毫米的含碳量低的普通铁丝制成直径为100毫米的圆环，逐步加热到100-200度时，其圆环的直径开始出现增大，热到300-500度的时候，其圆环直径发生了明显的膨胀，其膨胀的尺寸等于其圆周长与其膨胀系数的乘积，
13.将直径为10毫米的含碳量低的普通铁丝制成设置透切口的直径为100毫米的圆环，逐步加热到 100-200度时，其设置透切口的圆环的直径几乎没有发生变化，当继续加热到300-500度的暗红色时，该设置透切口的圆环的直径开始还出现了轻微的收缩，并在淬火后或冷却后保持收缩后直径的状态，
14.试验五；
15.将直径为10毫米的铜或铝制成直径为100毫米的圆环，逐步加热到100-200度时，其圆环的直径开始出现明显的增大，热到300-500度的时候，其圆环直径发生了迅速的膨胀，其膨胀的尺寸等于其圆周长与其膨胀系数的乘积，
16.将直径为10毫米的铜或铝制成设置透切口的直径为100毫米的圆环，逐步加热到100-200度时，其设置透切口的圆环的直径没有发生变化，当继续加热到300-500度的红色时，该设置透切口的圆环的直径仍然没有发生能够观察到的变化，
17.实验与研究发现：
18.1、该圆钢直径的膨胀尺度与圆钢直径的膨胀参数的关系很小，而圆钢金属环直径的增加是圆钢的膨胀系数与该圆钢圆周长的乘积有直接关系，因为：其圆钢金属环直径的增加成倍的大于圆钢直径的膨胀尺寸，所以：轴承内套圈受热膨胀松动的主要因素不是轴承内套圈厚度膨胀造成的，而是轴承内套圈圆周长膨胀引致的轴承内套圈直径迅速增加形成的，
19.2、对各种含碳较高的金属环、高速钢环或硬质合金环加热时，其膨胀的方向和向心收缩幅度与碳原子的含量有关，不同弯曲弧度或开口圆环形的各种含碳较高的金属环、高速钢环或硬质合金环在加热时其沿圆弧度的变化均具有很强的向心弯曲力及向心收缩应力，并表现出了圆周长增加的同时，其直径却迅速减小的现象，
20.根据以上实验结果对各类型号的轴承套圈进行切断试验，发现在轴承套圈切断后其套圈的直径瞬间明显减小，实验证实：轴承套圈在热处理后会产生向心弯曲应力及向心收缩应力，轴承套圈在经过反复使用后仍然保持着这种向心弯曲应力及向心收缩应力，
21.但是：将以上原理应用于轴承滚动体的实验中发现：弹簧或螺旋透切线超过多圈的空心圆柱滚子在受到径向压力、倾覆力矩或轴向压力时，其各圈螺旋体会发生椭圆变形倾覆变形或轴向压缩变形，滚动体直径的精度或长度在工程应用中根本无法控制，这样的
滚动体是根本无法用于轴承的，
22.根据以上研究，在不断实验的实践中，提出了一种由设置涨缩透切抛物线线的空心滚子和设置涨缩调节透切线的芯套组成的涨缩可控的轴承滚子，即：设置涨缩透切抛物线的空心滚子与设置涨缩调节透切线的芯套同轴心组合，形成刚性结构的滚子，使设置涨缩透切抛物线线的空心滚子在设置涨缩调节透切线芯轴的作用下，以涨缩透切抛物线有效调节圆周长在受热膨涨过程中的长度变化，使滚子在复杂力矩作用下或极端环境工况时始终保持原始尺寸或保持在设定的游动间隙以内，形成直径涨缩可控的刚性滚子结构，
23.实验中发现：设置涨缩透切抛物线的空心滚子和设置涨缩调节透切线的芯套组成的航天航空用涨缩可控的轴承滚子可以采用轴承钢、高速高温工具钢制造，也可以采用热硬性更高的各类硬质合金钢铸造，使轴承在高灵敏度的状态下，能保持良好的高温硬度和尺寸稳定，通过其不同圆周厚度比值的设计，可以实现高精度的轴承在温度为-200-300度状态下长时间保持正常的游动间隙和支撑刚度，最重要的是：其启动的时机与转速不受必须预热的制约，可以实现瞬间高速启动，本技术可以引用到更广泛的领域，特别是对于转速不高但是精度要求极高的精密设备或仪器的回转，可以确保极限低温至300度高温环境范围内的硬度、强度和工作尺寸的稳定不变，因此：航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子应用于轴承，可以在广泛的回转支承领域产生颠覆性、革命性的进步。
24.鉴于已有技术的不足，本实用新型提出一种新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子以及设有抛物线形透切线的轴承内套圈。
25.本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：
26.一种新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子，其由设置涨缩透切线的空心滚子和涨缩调节芯轴组成，其特征是：设置涨缩透切线的空心滚子与涨缩调节芯轴同轴心组合，形成刚性滚子结构，使设置涨缩透切线的空心滚子在涨缩调节芯轴的作用下，形成直径涨缩可控的刚性滚子结构，
27.所述的设置涨缩透切线的空心滚子为设置圆心孔的圆柱形套滚子结构，在其内、外圆周之间沿轴向设有一条贯通两端的抛物线形透切线，
28.所述的涨缩调节芯轴为一端设置挡肩的圆柱型芯轴结构，涨缩调节芯轴安装在设置涨缩透切线的空心圆柱滚子的内圆周，并在涨缩调节芯轴的另一端设置为挡肩结构，形成航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子。
29.所述的设置涨缩透切线的空心滚子为设置圆心孔的圆环形滚子结构或替换为设置圆心孔的圆锥形滚子结构、设置圆心孔的球面形滚子结构。
30.所述的设置涨缩透切线的空心滚子，在其内、外圆周之间沿轴向设置一条贯通两端的波纹形透切线或螺旋形透切线。
31.一种新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子，其由设置涨缩透切线的空心滚子和涨缩调节芯套组成，其特征是：设置涨缩透切线的空心滚子和涨缩调节芯套同轴心组合，形成刚性滚子结构，使设置涨缩透切线的空心滚子在涨缩调节芯套的作用下，形成直径涨缩可控的刚性滚子结构，
32.所述的设置涨缩透切线的空心滚子为设置圆心孔的圆柱形滚子结构，在其内、外圆周之间沿轴向设有一条贯通两端的抛物线形透切线，
33.所述的涨缩调节芯套为一端设置挡肩的套筒结构，涨缩调节芯套安装在设置涨缩
透切线的空心圆柱滚子的内圆周，并在涨缩调节芯套的另一端设置为挡肩结构，形成航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子。
34.所述的设置涨缩透切线的空心滚子，为设置圆心孔的圆环形滚子结构或替换为设置圆心孔的圆锥形滚子结构、设置圆心孔的球面形滚子结构。
35.所述的设置涨缩透切线的空心滚子，在其内、外圆周之间沿轴向设置一条贯通两端的波纹形透切线或螺旋形透切线。
36.一种新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子，包括设置涨缩透切线的空心滚子，其特征是：设置涨缩透切线的空心滚子为沿轴芯线设置微形圆心孔的空心滚子结构，
37.所述的设置涨缩透切线的空心滚子为设置微形圆心孔的圆柱形滚子结构，设置透切线的空心滚子沿轴芯线设置一条微形圆心孔，在其微形圆心孔与外圆周之间沿轴向设有一条贯通两端的抛物线形透切线，形成直径涨缩可控的刚性滚子结构。
38.所述的设置涨缩透切线的空心滚子为设置微形圆心孔的空心圆环形滚子结构或替换为设置微形圆心孔的圆锥形滚子结构、设置微形圆心孔的球面形滚子结构。
39.所述的设置涨缩透切线的空心滚子，在其微形圆心孔与外圆周之间沿轴向设置一条贯通两端的波纹形透切线或螺旋形透切线。
40.设有抛物线形透切线的轴承内套圈，其由轴承内套圈和滚子挡肩组成，其特征是：沿轴承内套圈轴向设有抛物线形透切线，并在轴承内套圈两端的外圆周分别设置滚子挡肩，
41.所述的轴承内套圈沿其轴向设有一条贯通两端的抛物线形透切线，并在轴承内套圈外圆周的两端分别设置一圈圆弧形凹槽，
42.所述的滚子挡肩为截面呈方形的圆环形箍套结构，在其滚子挡肩的内圆周沿圆周设置为圆弧形凸面结构，滚子挡肩热压安装在轴承内套圈外圆周的两端分别设置的一圈圆弧形凹槽内，对轴承内套圈形成具有锁紧预应力结构的滚子挡肩。
43.本实用新型的有益效果是：新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子以及设有抛物线形透切线的轴承内套圈在轴承高灵敏度的状态下，能保持良好的高温硬度和尺寸稳定，通过其不同圆周厚度比值的设计，可以实现高精度的轴承在温度为-200-300度状态下长时间保持正常的游动间隙和支撑刚度，最重要的是：其启动的时机与转速不受必须预热的制约，可以实现瞬间高速启动，本技术可以引用到更广泛的领域，特别是对于转速不高但是精度要求极高的精密设备或仪器的回转，可以确保极限低温至300度高温环境范围内的硬度、强度和工作尺寸的稳定不变，因此：这对于航天器及极端环境下工作设备的轴承具有颠覆性、革命性的进步意义。
附图说明
44.图1为本实用新型设置涨缩透切抛物线的空心圆柱滚子与涨缩调节芯轴组合的结构图。
45.图2为本实用新型设置涨缩透切波纹线的空心圆柱滚子与涨缩调节芯轴组合的结构图。
46.图3为本实用新型设置涨缩透切螺旋线的空心圆柱滚子与涨缩调节芯轴组合的结构图。
47.图4为本实用新型设置涨缩透切抛物线的空心圆环滚子与涨缩调节芯轴组合的结构图。
48.图5为本实用新型设置涨缩透切波纹线的空心圆环滚子与涨缩调节芯轴组合的结构图。
49.图6为本实用新型设置涨缩透切螺旋线的空心圆环滚子与涨缩调节芯轴组合的结构图。
50.图7为本实用新型设置涨缩透切抛物线的空心圆柱滚子与涨缩调节芯套组合的结构图。
51.图8为本实用新型设置涨缩透切波纹线的空心圆柱滚子与涨缩调节芯套组合的结构图。
52.图9为本实用新型设置涨缩透切螺旋线的空心圆柱滚子与涨缩调节芯套组合的结构图。
53.图10为本实用新型设置涨缩透切抛物线的空心球面滚子与涨缩调节芯套组合的结构图。
54.图11为本实用新型设置涨缩透切波纹线的空心球面滚子与涨缩调节芯套组合的结构图。
55.图12为本实用新型设置涨缩透切螺旋线的空心球面滚子与涨缩调节芯套组合的结构图。
56.图13为本实用新型设置涨缩透切抛物线的空心圆柱滚子与设置透切线的涨缩调节芯套组合的结构图。
57.图14为本实用新型设置涨缩透切波纹线的空心圆柱滚子与设置透切线的涨缩调节芯套组合的结构图。
58.图15为本实用新型设置涨缩透切螺旋线的空心圆柱滚子与设置透切线的涨缩调节芯套组合的结构图。
59.图16为本实用新型设置涨缩透切抛物线的空心球面滚子与设置透切线的涨缩调节芯套组合的结构图。
60.图17为本实用新型设置涨缩透切波纹线的空心球面滚子与设置透切线的涨缩调节芯套组合的结构图。
61.图18为本实用新型设置涨缩透切螺旋线的空心球面滚子与设置透切线的涨缩调节芯套组合的结构图。
62.图19为本实用新型设置涨缩透切抛物线的微孔空心圆柱滚子的结构图。
63.图20为本实用新型设置涨缩透切波纹线的微孔空心圆柱滚子的结构图。
64.图21为本实用新型设置涨缩透切螺旋线的微孔空心圆柱滚子的结构图。
65.图22为本实用新型设置涨缩透切抛物线的微孔空心圆环滚子的结构图。
66.图23为本实用新型设置涨缩透切波纹线的微孔空心圆环滚子的结构图。
67.图24为本实用新型设置涨缩透切螺旋线的微孔空心圆环滚子的结构图。
68.图25为本实用新型设有抛物线形透切线的轴承内套圈的结构图。
69.图26为本实用新型设置涨缩透切抛物线的空心圆柱滚子在轴承中的实例图(方式一)。
70.图27为本实用新型设置涨缩透切抛物线的空心圆柱滚子在轴承中的实例图(方式二)。
71.图28为本实用新型设置涨缩透切抛物线的空心圆柱滚子在轴承中的实例图(方式三)。
72.图29为本实用新型设置涨缩透切螺旋线的空心圆柱滚子在轴承中的实例图(方式四)。
73.图中：1、设置涨缩透切线的空心滚子，1-1、圆柱形滚子，1-2、圆环形滚子，1-3、球面形滚子，2、涨缩调节芯轴，3、圆心孔，4、抛物线形透切线，5、挡肩，6、波纹形透切线，6-1、螺旋形透切线，7、涨缩调节芯套，8、涨缩调节透切线，9、微形圆心孔，10、轴承内套圈，11、滚子挡肩，12、圆弧形凹槽， 13、圆弧形凸面。
具体实施方式
74.下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型并不局限于具体实施例
75.实施例1：
76.如图1所示的一种新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子，其由设置涨缩透切线的空心滚子1和涨缩调节芯轴2组成，设置涨缩透切线的空心滚子1与涨缩调节芯轴2同轴心组合，形成刚性滚子结构，使设置涨缩透切线的空心滚子1在涨缩调节芯轴2的作用下，形成直径涨缩可控的刚性滚子结构，
77.所述的设置涨缩透切线的空心滚子1为设置圆心孔3的圆柱形滚子1-1结构，在其内、外圆周之间沿轴向设有一条贯通两端的抛物线形透切线4，
78.涨缩调节芯轴2为一端设置挡肩5的圆柱型芯轴结构，涨缩调节芯轴2安装在设置涨缩透切线的空心滚子1的内圆周，并在涨缩调节芯轴2的另一端设置为挡肩5结构，形成航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子。
79.实施例2：
80.如图4所示的一种新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子，基本结构与实施例1相同，不同的是：设置涨缩透切线的空心滚子1为设置圆心孔3的圆环形滚子1-2结构。
81.实施例3：
82.如图2所示的一种新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子，基本结构与实施例1相同，不同的是：设置涨缩透切线的空心滚子1在其内、外圆周之间沿轴向设置一条贯通两端的波纹形透切线6。
83.实施例4：
84.如图6所示的一种新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子，基本结构与实施例2相同，不同的是：设置涨缩透切线的空心滚子1在其内、外圆周之间沿轴向设置一条贯通两端的螺旋形透切线6-1。
85.实施例5：
86.如图7所示的一种新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子，其由设置涨缩透切线的空心滚子1和涨缩调节芯套7组成，设置涨缩透切线的空心滚子1和涨缩调节芯套7同轴心组合，形成刚性滚子结构，使设置涨缩透切线的空心滚子1在涨缩调节芯套7的作用下，形
成直径涨缩可控的刚性滚子结构，
87.设置涨缩透切线的空心滚子1为设置圆心孔3的圆柱形滚子1-1结构，在其内、外圆周之间沿轴向设有一条贯通两端的抛物线形透切线4，
88.涨缩调节芯套7为一端设置挡肩5的套筒结构，涨缩调节芯套7安装在设置涨缩透切线的空心滚子1 的内圆周，并在涨缩调节芯套7的另一端设置为挡肩5结构，形成航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子。
89.实施例6：
90.如图8所示的一种新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子，基本结构与实施例5相同，不同的是：设置涨缩透切线的空心滚子1在其内、外圆周之间沿轴向设置一条贯通两端的波纹形透切线6。
91.实施例7：
92.如图11所示的一种新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子，基本结构与实施例6相同，不同的是：设置涨缩透切线的空心滚子1为设置圆心孔3的球面形滚子1-3结构。
93.实施例8：
94.如图13所示的一种新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子，基本结构与实施例5相同，不同的是：设置涨缩透切线的空心滚子1为设置圆心孔3的球面形滚子1-3结构。
95.实施例9：
96.如图16所示的一种新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子，基本结构与实施例8相同，不同的是：在涨缩调节芯套7的内外圆周之间沿轴向设置一条涨缩调节透切线8。
97.实施例10：
98.如图19所示的一种新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子，包括设置涨缩透切线的空心滚子1，
99.设置涨缩透切线的空心滚子1为沿轴芯线设置微形圆心孔9的空心圆柱形滚子1-1结构，在其微形圆心孔9与外圆周之间沿轴向设置一条贯通两端的抛物线形透切线4，形成直径涨缩可控的刚性滚子结构。
100.实施例11：
101.如图22所示的一种新型航天航空轴承用涨缩可控的轴承滚子，基本结构与实施例10相同，不同的是：设置涨缩透切线的空心滚子1，为设置微形圆心孔9的球面形滚子1-3结构。
102.实施例12：
103.如图25所示的设有抛物线形透切线的轴承内套圈，其由轴承内套圈10和滚子挡肩11组成，沿轴承内套圈10轴向设有抛物线形透切线4，并在轴承内套圈10两端的外圆周分别设置滚子挡肩11，
104.轴承内套圈10沿其轴向设有一条贯通两端的抛物线形透切线4，并在轴承内套圈10外圆周的两端分别设置一圈圆弧形凹槽12，
105.滚子挡肩11为截面呈方形的圆环形箍套结构，在其滚子挡肩11的内圆周沿圆周设置为圆弧形凸面13 结构，滚子挡肩11热压安装在轴承内套圈10外圆周的两端分别设置的一圈圆弧形凹槽12内，对轴承内套圈10形成具有锁紧预应力结构的滚子挡肩11。