自行车轴承热处理工艺设计.

前言

一、研究的目的及意义

滚动轴承是应用广泛的机械基础件，它的质量直接影响到机械的使用性能。

本论文秉承“优质、高产、低成本”的设计原则，在满足普通自行车轴承材料使用性能的前提下，兼顾经济性和工艺性，并采用对比分析的方法，最终确定最佳材料选择。

随着科学技术的迅速发展，滚动轴承的设计应用理念、制造水平、材料科学也在不断更新与发展，各项滚动轴承的标准也在不断修订与更新。一般自行车上用的都是挡碗加钢球组合式的轴承,不属于常规轴承，现在高档的自行车都是采用深沟球轴承，为了适应其发展形势，提高滚动轴承的质量，达到精品轴承的制造水平，本论文从普通自行车轴承设计的各个环节来控制其质量，包括其工作环境、受力分析、失效分析，外形结构，以及它的相关标准和技术要求等。力求使自行车轴承的设计与制造朝着优质、清洁、高效、低耗和安全等方面发展。

本论文所涉及的内容有较强的实用性和可靠性，专业技术应用以先进性、实用性为主，轴承设计内容在多样性、广泛性的同时体现新和应用原则。从材料的选择到最终热处理方案的确定，都是在查阅大量相关书籍以及分析讨论的基础上，经过反复推敲才最终制定的，对自行车轴承制造与选材都有很强的参考价值和作用，对材料的综合应用有较强的重要性和技术性。

二、自行车轴承的工作环境与失效分析

1、自行车轴承的工作环境

通过收集资料及实际观察，初步确定自行车轴承所选材料为滚动轴承。

滚动轴承是各类机器广泛应用的基础零件，主要作用在于支撑轴颈。滚动轴承由内套，滚动体（滚珠，滚柱和滚针）及保持架等四部分组成。滚动轴承在工作时，其内套与轴紧密配合，随轴一起转动，外套固定在轴承套上。轴在工作时受到扭拒，扭矩作用，装入轴承部分承受着轴的反作用力，及压力的作用。滚动轴承的内，外套及滚动体都是在交变应力作用下工作的。滚动体与内，外套及保持架之间还有相对滑动，产生相对摩擦，使轴承磨损。摩擦表面的温度在工作中将会升高。

2、滚动轴承的受力分析

1）．滚动轴承受力分析

1．滚动轴承在工作时，滚动体（滚珠）和套圈均受周期性交变载荷，在周期载荷作用下，在套圈和滚动体表面都会产生小块金属剥落而产生疲劳损坏。2．滚动体与滚道之间是点接触，故其承受接触应力和冲击力，接触应力可达3000～3500MPa，循环受力次数可达数万次/min，承载能力和耐冲击能力差。3．滚动体与套圈的接触面之间发生滚动摩擦，产生的摩擦力，造成轴承过度磨损，使其精度降低。

2）．滚珠受力分析

1．受纯轴向载荷时，各滚动体受力相同。

2．受纯径向载荷时，上半圈滚动体不受力。

3．下半圈各滚动体受力大小方向均不同，由下列公式可以导出：

3、滚动轴承的失效分析

滚动轴承在工作中丧失其规定功能，从而导致故障或不能正常工作的情况称为失效。轴承失效的因素往往是多因素的，所有设计制造过程的影响都会与轴承的失效有关，分析起来不易判断。在一般情况下，大致可亿从使用因素和内在因素俩方面考虑和分析。

使用因素主要是指安装调整，使用保养，维护修理是否符合技术要求。

内在因素主要是指结构设计，制造工艺和材料质量等决定轴承质量的三大因素。

轴承失效的形式与负荷大小有关，转速高低等工作条件以及轴承的精度有关。

（1）对承受负荷较大的轴承，主要失效形式是在滚动体，内，外套工作表面上产生麻点剥落，属于接触疲劳失效。接触疲劳（疲劳磨损）失效

（2）沾附和磨粒磨损失效

（3）断裂失效

（4）塑形变形失效

（5）腐蚀和腐蚀磨损失效为了防止轴承零件和成品在加工、存放和使用过程中被腐蚀生锈，要求轴承钢应具有良好的防锈性能。

（6）游隙变化失效

大多失效原因是由于装配有毛病，密封不良而造成损坏的。少数失效的原因是由于润滑剂缺失或过量或质量不合格等造成的磨损、胶合、腐蚀和过热等

为使轴承能够正常运转，避免零件表面直接接触，减少轴承内部的磨擦及磨损。提高轴承性能，延长轴承的使用性能，必须对轴承进行润滑

4、滚动轴承的外形结构图

1——外圈2——内圈3——钢球4——保持

三、滚动轴承的性能要求

1、接触疲劳强度

滚动体在轴承内外圈的滚道间滚动时，接触部分承受周期负荷，轴承在周期负荷的作用下，接触表面很容易发生疲劳破坏，即出现龟裂剥落，开始出现剥落后的轴承噪音、振动要增大，工作温度不断上升，这是轴承的主要损坏形式。因此，为了提高轴承的使用寿命，轴承钢必须具有很高的接触疲劳强度。

2、耐磨性能

轴承工作时，套圈、滚动体和保持架之间不仅发生滚动摩擦，在滚动体与套圈的滚动接触面、滚动体与保持架兜孔的接触面、滚子端面和套圈挡边的接触面，都会发生滑动摩擦，从而使轴承零件不断地磨损，造成轴承的精度丧失，振动增加。旋转精度下降，降低轴承寿命。为了减少轴承零件的磨损，保持轴承精度稳定性，延长使用寿命，轴承钢应有很好的耐磨性能。

3、硬度

硬度是轴承质量的重要质量之一，对接触疲劳强度、耐磨性、弹性极限都有直接的影响。轴承钢在使用状态下的硬度一般要达到HRC61~65，才能使轴承获得较高的接触疲劳强度和耐磨性能。

4、在大气或润滑油中具有一定的抗蚀性

为了防止轴承零件和成品在加工、存放和使用过程中被腐蚀生锈，要求轴承钢应具有良好的防锈性能。

5、加工性能

轴承零件在生产过程中，要经过许多道冷、热加工工序，为了满足大批量、高效率、高质量的要求，轴承钢应具备良好的加工性能。例如，冷、热成型性能，切削加工性能，淬透性等。

(1)零件截面力求均匀，以减少过渡区的应力集中及畸变开裂倾向

(2)工件应尽量保持结构与材料成分和组织的对称性，以减少由于冷却不均匀引

起的畸变。必要时可开工艺孔，调整不同部位的冷却速度

(3)工件应尽量避免尖锐棱角、沟槽等，台阶处要有圆角过渡

(4)尽量减少工件上的孔、槽和筋（尤其是深沟、深槽、粗筋）