CN101210585B - 动压轴承、转轴及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种动压轴承，该动压轴承内周面开设有若干动压沟槽，每一动压沟槽包括二分叉流道，所述动压沟槽的深度由二分叉流道交叉端向各分叉流道末端先呈梯度变化再保持均匀。一种转轴，该转轴外周面开设有若干动压沟槽，每一动压沟槽包括二分叉流道，所述动压沟槽的深度由二分叉流道交叉端向各分叉流道末端先呈梯度变化再保持均匀。本发明还提供了一种动压轴承的制造方法。该动压轴承或转轴通过对动压沟槽的作不同深度设计，便于调整润滑流体压力大小，使得该动压轴承可适应不同载荷的情况。通过填充体和射出成型制程一体成型该动压轴承和动压沟槽，有利于提高产品的量产性及稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及轴承装置及其制造方法，特别涉及一种动压轴承、转轴及其制造方法。
背景技术
目前，轴承广泛应用于各种设备中，尤其是动压轴承在电子装置中使用得更加普遍，如硬盘驱动器(HDD)、光盘驱动器(CD-ROM)、数字化视频光驱(DVD)、微型光驱(MiniDisc)、磁光驱(MO)及散热风扇等领域，这些装置中马达的轴承尺寸小，对轴承的回转精度及寿命的要求高。
动压轴承是在转轴与轴承之间的微小间隙内形成一层流体(可为气体或液体)润滑油膜，润滑流体通过流经不同断面积的剪力作用而产生一动压效果，使得该动压轴承以高刚性对转轴进行支承及润滑，从而转轴与轴承不直接接触，可减少磨损，延长转轴及轴承的使用寿命。而在动压轴承中，其承载油膜的形成方式有几何形状楔效应、挤压效应、表面伸缩效应、密度楔效应、黏度楔效应及膨胀效应，目前最主要以几何形状楔效应为主。所谓“楔效应”指的是定量粘性的流体由大断面积至小断面积时所产生的动压力效应，以此动压力来支撑转轴运转。如图1所示，现有技术中的动压轴承通过在转轴(图未示)外周面或轴承100内周面成型“人”字形动压沟槽140来实现“楔效应”，这些动压沟槽140沿圆周方向均匀间隔排列并与转轴外周面相对。每一动压沟槽140包括二分叉142，在转轴的带动下，该二分叉142中一部分润滑流体沿OX方向流动产生楔效应，另一部分流体沿YO方向流向该“人”字形动压沟槽140的尖端，即二分叉142的相交处。在该尖端处二分叉142的流体汇合后被推挤到该转轴与轴承的间隙中而产生楔效应。该动压沟槽140的分叉142在YO方向深度相同，其容纳的润滑流体流量一定，该动压沟槽140构成的动压轴承发生动压效果时产生的支撑转轴运转的压力一定，无法调整对负载的作用压力，难以适应不同载荷情况。
在制造该动压轴承100时，一般是先制造中空的轴承，再利用化学蚀刻或电解放电加工或机械加工或转印等方法，在中空轴承内壁表面刻划出所需的动压沟槽140。同样也可在转轴上刻划出所需的动压沟槽140以实现动压效果。然而由于轴承100的微型化趋势使得轴承100内径相对地缩小，使得在成型此动压沟槽140时非常困难，难以提高产品的量产性及稳定性。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种可适应不同负载的动压轴承，且具有好的量产性及稳定性的动压轴承的制造方法。
一种动压轴承，该动压轴承内周面开设有若干动压沟槽，每一动压沟槽包括二分叉流道，该二分叉流道的深度由末端向沟槽交叉处先减少再保持均匀或先增加再保持均匀。
一种转轴，该转轴外周面开设有若干动压沟槽，每一动压沟槽包括二分叉流道，该二分叉流道的深度由末端向沟槽交叉处先减少再保持均匀或先增加再保持均匀。
一种动压轴承的制造方法，包括如下步骤：提供一填充体，该填充体表面突出设有若干凸起，每一凸起包括二分叉部，所述凸起的厚度由二分叉部交叉端向各分叉部末端先减少再保持均匀或先增加再保持均匀；将该填充体置于一中空轴承模具的中心位置，并以射出成型方式将金属或陶瓷粉末与熔融黏结剂的混合物注射入轴承模具中空腔体以形成动压轴承胚体；通过催化脱脂方式将填充体从动压轴承胚体中移除；去除该动压轴承胚体中黏结剂；烧结动压轴承胚体。
该动压轴承或转轴通过对动压沟槽的作不同深度设计，便于调整润滑流体压力大小，使得该动压轴承可适应不同载荷的情况。通过填充体和射出成型制程一体成型该动压轴承和动压沟槽，有利于提高产品的量产性及稳定性。
附图说明
图1是现有技术中一动压轴承沿圆周方向展开图。
图2是本发明实施例一的动压沟槽沿圆周方向展开图。
图3是图2中一动压轴承沿YO方向的动压沟槽剖视图。
图4是另一动压轴承沿YO方向的动压沟槽剖视图。
图5是另一动压轴承沿YO方向的动压沟槽剖视图。
图6是另一动压轴承沿YO方向的动压沟槽剖视图。
图7是本发明动压轴承制造方法的流程图。
图8是本发明填充体的立体图。
图9是本发明动压轴承胚体和填充体的组合图。
图10是本发明动压轴承的一剖视图。
具体实施方式
请参阅图2，为本发明实施例一动压轴承300内周面排布的若干“人”字形动压沟槽34，这些动压沟槽34沿圆周方向相互均匀间隔。每一动压沟槽34包括二分叉流道342，每一分叉流道342延伸方向(即YO方向)与该轴承300圆周方向(即OX方向)成一定倾斜角度。在YO方向上，这些分叉流道342的深度呈梯度变化。
如图3所示，为设置在一动压轴承上的“人”字动压沟槽34同侧的一分叉流道342，该分叉流道342与一转轴(图未示)相对，这些分叉流道342的深度由末端向“人”字沟槽34交叉处(即沿YO方向)按梯度递减，对于由分叉流道342b形成的动压沟槽34来说，当转轴运转时定量流体将被挤向“人”字沟槽34交叉处而发生动压效应时，因分叉流道342深度递增，分叉流道342深度越深的位置含有的润滑流体相对较少，定量流体所产生的压力逐渐减小，使得支撑转轴的压力减小，所以由该分叉流道342构成的动压沟槽34适于承载较轻载荷。
另外，该二分叉流道342也可为如图4所示的分叉流道342b所示形状.该分叉流道342b与一转轴相对，这些分叉流道342b的深度由末端向其形成的“人”字形动压沟槽交叉处(即沿YO方向)按梯度递增，对于由分叉流道342b形成的动压沟槽来说，当转轴运转时定量流体将被挤向该动压沟槽交叉处而发生动压效应时，因分叉流道342b深度的递增，分叉流道342b深度越浅的位置含有的润滑流体相对较多，定量流体所产生的压力逐渐增加，使得支撑转轴的压力增加，所以由该分叉流道342b构成的动压沟槽34适于承载较重载荷.
另外，该二分叉流道342也可为如图5及图6所示的分叉流道342c、342d所示形状。该二分叉流道342c、342d的深度在其形成的“人”字形动压沟槽交叉处部分保持均匀，所不同的是，分叉流道342c在YO方向的深度先减少再保持均匀，而分叉流道342d在YO方向的深度先增加再保持均匀，对于由分叉流道342c形成的动压沟槽来说，当转轴运转时定量流体将被挤向该动压沟槽交叉处而发生动压效应时，因分叉流道342c深度先增加后均匀，定量流体所产生的压力先减小再保持不变，使得支撑转轴的压力较小且稳定，所以由该分叉流道342c构成的动压沟槽适于承载较轻的稳定载荷；而对于由分叉流道342d形成的动压沟槽来说，当转轴运转时定量流体将被挤向该动压沟槽交叉处而发生动压效应时，因分叉流道342d深度先减少后均匀，定量流体所产生的压力先增加再保持不变，使得支撑转轴的压力较大且稳定，所以由该分叉流道342d构成的动压沟槽适于承载较重的稳定载荷。
以上所述分叉流道342、342b、342c或342d构成的动压沟槽同样可开设在转轴上，同样用以承载不同的载荷。
请参阅图7至图10，由所述分叉流道342、342b、342c或342d形成动压沟槽的动压轴承的制造方法相同，以下以分叉流道342构成的动压轴承300为例，该动压轴承300的制造方法包括以下步骤：首先，提供一填充体10，该填充体10表面突出设有若干凸起14；其次，将该填充体10置于一中空轴承模具(图未示)的中心位置，并以注射成型方式将金属粉体或陶瓷粉体材料充填入该轴承模具的中空腔体，以形成该动压轴承胚体20；再次，通过催化脱脂方式将该填充体10从该动压轴承胚体20中移除，从而该动压轴承胚体20的内壁表面便形成了动压沟槽34的纹路；接着，通过脱脂或萃取方法将该动压轴承胚体20的黏结剂去除；然后，高温烧结该动压轴承胚体20；最后，以机械加工方式修整该动压轴承胚体20的孔径以得到所需要的动压轴承300。
在该填充体10的结构设计中：该填充体10的结构形状需根据该动压轴承300内壁表面的动压沟槽34的形状来设计，即该填充体10的表面结构形状和该动压轴承300的内壁及动压沟槽34能够对应互补，该填充体10包括一圆柱形本体12和若干间隔分布在该本体12圆周表面上的“人”字形凸起14，该本体12的外表面可与该动压轴承300的内表面对应，每一凸起14由二分叉部141组成，每一分叉部141沿其延伸方向的厚度应根据欲成型的该动压轴承300的分叉流道342深度来对应设计，从而使得成型后的动压轴承300可适应不同载荷的情况。
在选择该填充体10的材料时，除了需要考虑到成型工艺、成本及量产性外，还要考虑到后续制程工艺对该填充体10材料性能的要求，比如后续制程中注射成型该轴承胚体20时，该填充体10的材料熔点应比注射成型料射出时的温度高，即该填充体10的材料熔点比该注射成型料中黏结剂的熔点温度高，以避免该填充体10在与注射成型料接触时发生融熔变形；同时，后续制程的脱脂过程要求该填充体10的材料易于脱脂，且不会导致该动压轴承胚体20产生变形、弯曲或破裂等缺陷.根据以上要求，本发明的一实施例中的填充体10采用聚缩醛树脂，英文名为polyoxymethylene(简称POM)，作为其成型材料.聚缩醛树脂为乳白色不透明结晶性线性热塑性树脂，聚缩醛树脂具有良好的综合性能和着色性，具有较高的弹性模量，很高的刚性和硬度，比强度(材料强度与材料密度的比值)和比刚性(材料刚度与材料密度的比值)接近于金属，素有金属塑料之称.聚缩醛树脂的尺寸稳定性好，表面光泽好；除了强酸、酚类和有机卤化物外，对其他化学品稳定，耐油；机械性能受温度影响小，具有较高的热变形温度.聚缩醛树脂的吸水率大于0.2％，成型前应预干燥，聚缩醛树脂熔融温度与分解温度相近.采用聚缩醛树脂成型的制品可通过注射、挤出、吹塑、滚塑、焊接、粘接、涂膜、印刷、电镀、机加工，其中注射成型是主要方法，因聚缩醛树脂成型收缩率大，模具温度宜高些，或进行退火处理，或加入增强材料(如无碱玻璃纤维)，注射成型使用的主要设备是柱塞式或螺杆式往复注射机.该注射成型过程大致可分为：熔解-注射-冷却等三个阶段，其具体过程是：塑化好的熔体靠柱塞或螺杆的推力注入闭合的模腔内，经冷却固化定型，开模得到所需的制品.应根据填充体10的表面形状设计注射模具(图未示)，对该注射模具的设计应着重考虑到制品收缩率的补偿及浇口的流畅；该注射模具的主要功能有：接受熔体和分配熔体、成型制品、保压冷却、顶出注射成品、承受锁模和注射压力、传递机械运动和引导模具内各部件的运动.
在该动压轴承胚体20的成型过程中：用于成型动压轴承胚体20的中空轴承模具结构，需根据该动压轴承300结构尺寸并结合该填充体10的结构尺寸来设计；针对不同的填充体10的材料，可选用不同的成型方式来成型该动压轴承胚体20。本发明的一实施例中的填充体10采用聚缩醛树脂作为其成型材料，可选用粉末射出成型方式(Powder Injection Molding，简称PIM)来成型该动压轴承胚体20，在黏结剂的选择上，应选用熔点较填充体10的熔点低，且宜用脱脂或萃取方式去除的材料，比如以聚乙烯(PE)为主的黏结剂，在后续制程中，可采用热脱脂的方式去除。该动压轴承胚体20射出成型过程是：首先将金属或陶瓷粉末与黏结剂在高温下混合，使混合物具有类似塑料流变行为，然后将塑化后的混合物经射出成型机加热、加压射入中空轴承模具腔体以成型所需轴承胚体20。该粉末射出成型过程所用设备可采用与所述注射成型过程中相同的注射机，当轴承胚体20采用粉末射出方式成型时，应对螺杆式注射机的螺杆进行热处理，使其具有高耐磨性。通过粉末射出成形得到的制品具有很高的形状自由度，能够最大限度得到接近最终形状的零件，能有效减少后续加工量，且射出成型相对于其它成型方式更有利于制造高熔点、高强度、复杂形状的零件，易实现自动化、大批量生产。
在脱脂过程中：可供选择的脱脂方法比如有热脱脂或催化脱脂，本发明的一实施例在将填充体10从轴承胚体20中移除时采用催化脱脂方法，催化脱脂又名为触酶脱脂，其具体脱脂过程如下：首先，将经射出成型后的动压轴承胚体20置于一脱脂炉内，在110℃～140℃温度下对该脱脂炉内的动压轴承胚体20施以硝酸蒸汽，聚缩醛树脂是一种对酸性气氛非常敏感的高分子聚合物，它在酸性气氛下可以迅速发生“拉链式”的解聚反应，而在反应受热过程中很容易分解出甲醛气体小分子，因此在此种硝酸蒸汽形成的酸性催化剂环境下，聚缩醛树脂将连续被分裂成甲醛气体，即该动压轴承胚体20内的填充体10与硝酸蒸汽反应分解生成甲醛而被脱除；接着，在该脱脂炉内通过氮气回流压力将分解生成的甲醛输送自高温燃烧区燃烧成二氧化碳及二氧化氮等无害气体，从而有效地将该填充体10依序自该动压轴承胚体20内排除.当批量生产动压轴承300时，热脱脂虽然具有工艺和设备简单的特点，但其耗时、高成本、工序复杂，催化脱脂利用气固接口反应，克服了热脱脂速度慢、易产生缺陷的不足，从而可有效避免该动压轴承胚体20因材料热膨胀系数不同所产生的变形、弯曲或破裂等缺陷，提高动压轴承300的量产性和尺寸精度，且脱脂后所产生的废物不会污染环境，利于环保.另外，除硝酸外，还可使用草酸以形成酸性气氛.
在填充体10脱除后，接着可通过热脱脂的方法将该动压轴承胚体20中的黏结剂脱除。
在脱脂过程后，由于黏结剂被去除，所得到的动压轴承胚体20往往比较疏松，需要对该动压轴承胚体20进行烧结使其变得更致密化，以得到高密度、高强度的制品。根据不同的轴承胚体20材料，可选择在真空、氧气或氮气等氛围下进行高温烧结。
烧结后，该动压轴承胚体20将会发生收缩变形，可采用机械加工方式对该胚体20进行尺寸修整。常用的机加工方式有多种，比如拉刀修整，钻头修整，研磨，数控等等，也可使用化学蚀刻或电解放电方式，但其成本较高，一般不推荐使用。
以上所述方法同样可用来制作具有“人”字形动压沟槽的转轴，不同之处是，应将填充体制作成内周面具有“人”字形凸起的中空圆柱形的轴承形状，该填充体内周面应与欲成型的转轴外周面相对应，接着通过射出成型成型转轴胚体，然后再经脱脂、去除黏结剂、烧结、机加修整等工序制得所需转轴。
综上所述，本发明的动压轴承中动压沟槽的分叉流道342、342b或342c的不同深度设计，使得该动压轴承可适应不同载荷的情况。通过填充体10和射出成型制程一体成型该动压轴承300和动压沟槽34，有利于提高产品的量产性及稳定性。
Claims (7)
1.一种动压轴承，该动压轴承内周面开设有若干动压沟槽，其特征在于：每一动压沟槽包括二分叉流道，该二分叉流道的深度由末端向沟槽交叉处先减少再保持均匀或先增加再保持均匀。
2.如权利要求1所述的动压轴承，其特征在于，所述动压沟槽呈“人”字形。
3.一种转轴，该转轴外周面开设有若干动压沟槽，其特征在于：每一动压沟槽包括二分叉流道，该二分叉流道的深度由末端向沟槽交叉处先减少再保持均匀或先增加再保持均匀。
4.如权利要求3所述的转轴，其特征在于，所述动压沟槽呈“人”字形。
5.一种动压轴承的制造方法，包括如下步骤：
提供一填充体，该填充体表面突出设有若干凸起，每一凸起包括二分叉部，所述凸起的厚度由二分叉部交叉端向各分叉部末端先减少再保持均匀或先增加再保持均匀；
将该填充体置于一中空轴承模具的中心位置，并以射出成型方式将金属或陶瓷粉末与熔融黏结剂的混合物注射入轴承模具中空腔体以形成动压轴承胚体；
通过催化脱脂方式将填充体从动压轴承胚体中移除；
去除该动压轴承胚体中黏结剂；
烧结动压轴承胚体。
6.如权利要求5所述的动压轴承制造方法，其特征在于：所述凸起为包括二分叉的“人”字形。
7.如权利要求5所述的动压轴承制造方法，其特征在于：在烧结艺过程后，再使用机加工方式对该动压轴承胚体进行修整。
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