CN103299093B - 滑动轴承以及具有该滑动轴承的工程机械 - Google Patents

滑动轴承以及具有该滑动轴承的工程机械 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种新颖的滑动轴承以及具有该滑动轴承的工程机械，该滑动轴承能够长时期维持优异的润滑性能，并且能够展现优异的强度。本发明的滑动轴承(100)至少具有轴衬(10)和轴部(20)，在所述轴部(20)上设有从外部向所述轴部(20)供给油脂(G)的油脂供给通路(70)，由多孔材质的金属烧结体形成所述轴衬(10)，并且，使分解催化剂(S)附着到该轴衬(10)的滑动面上。

Description

滑动轴承以及具有该滑动轴承的工程机械
技术领域
本发明涉及通常用在各种机械中的滑动轴承，尤其涉及如以液压挖掘机等代表的工程机械的滑动轴承那样的适用于因高面压力、低滑动而造成的润滑条件恶劣的部位上的滑动轴承、以及具有该滑动轴承的工程机械。
背景技术
通常，在液压挖掘机等的工程机械中大多设有在高面压力且低滑动速度的条件下使用的滑动轴承。例如如图5所示，现有的液压挖掘机200成为在斗杆210的前端以转动自如的方式连结有铲斗220的构造，这些部件分别通过多个液压缸230来驱动。而且，该斗杆210和铲斗220的连结部以及液压缸230的端部等分别经由滑动轴承300而转动自如地轴支承。
使用在这种部位上的滑动轴承300在挖掘作业时，在构成该滑动轴承300的轴衬与轴部之间的滑动面上承受极大的面压力，同时两者以低速进行滑动，由于成为上述关系，所以轴衬与轴部之间的接触面(滑动面)，其润滑条件恶劣，容易产生因润滑油用尽而造成的烧结、咬死、偏磨损等。
由此，以往，例如如下的专利文献1和2等所示，作为与轴部滑动的轴衬而提出了如下的构造，即，使用以Fe和Cu为主成分的多孔材质的烧结合金轴衬，并预先使高粘度的润滑油含浸至该烧结合金轴衬中，根据滑动时的压力的摩擦热而使所含浸的润滑油渗出至滑动面上，由此避免该滑动面的润滑油用尽等。
现有技术文献
专利文献1：日本专利2832800号公报
专利文献2：日本专利4514416号公报
但是，在使用预先含浸有润滑油的烧结合金轴衬的构造的情况下，由于所含浸的润滑油是有限的，所以必须在油用尽之前频繁地更换为含浸有润滑油的新的烧结合金轴衬。由此，虽然也考虑到提高烧结合金轴衬的空隙(气孔)率来增大润滑油的含浸量的对策，但是这样会使轴衬的强度显著降低，轴衬破损的可能性会变高。而且，需要进行用于预先使润滑油含浸至轴衬中的作业，在此基础上，所含浸的润滑油会在安装时等的时候向周围飞散，从而难以处理。
发明内容
因此，本发明是用于解决这些课题而提出的，其目的在于，提高一种新颖的滑动轴承以及具有该滑动轴承的工程机械，该滑动轴承即使不进行轴衬的更换作业和油含浸作业等，也能够长时期维持优异的润滑性能，并且能够展现优异的强度。
为了解决上述课题，第一发明为，
一种滑动轴承，其特征在于，具有：由多孔材质的金属烧结体形成的轴衬；插入至该轴衬的轴孔中而相互滑动的轴部；将该轴部与所述轴衬之间的滑动面润滑的油脂；设在所述轴部内，且从外部向所述轴部与轴衬之间的滑动面供给所述油脂的油脂供给通路；和设在所述轴衬的滑动面上，且将所述油脂分解而将所述基础油分离的分解催化剂。
根据这种构成，能够从外部经由油脂供给通路向轴部与轴衬之间的滑动面供给成为润滑剂的油脂，并且，所供给的润滑脂没有改变地渗入至由多孔材质的金属烧结体构成的轴衬内，而被保持在其空隙中。另外，通过存在于轴衬的滑动面上的分解催化剂，使被供给至该滑动面上的油脂分解，而使基础油(base oil)从油脂中分离，该基础油从该滑动面渗入至轴衬内，而被保持在其空隙中。
由此，即使不进行轴衬的更换作业和油含浸作业等，也不会发生润滑油用尽，能够长时期维持优异的润滑性能。另外，由于不需要为了增加含油量而提高成为轴衬的金属烧结体的空隙(气孔)率，所以能够展现优异的强度。而且，由于不需要使润滑油含浸至轴衬中，所以，不会发生在安装时等的时候所含浸的润滑油向周围飞散的情况，从而容易处理。在此，优选为，本发明所使用的油脂以能够通过分解催化剂将作为增稠剂的皂基分解而使基础油从该油脂中分离的方式，至少包含基础油和作为增稠剂的皂基。
另外，第二发明为，
在根据第一发明所述的滑动轴承，其特征在于，所述轴衬是空隙率为2～10Vol％的多孔材质的金属烧结体。
根据这种构成，由于使与轴部滑动的轴衬的空隙率与现有的烧结体相比变低，所以能够展现比以往更优异的强度。在此，将轴衬的空隙(气孔)率规定为2～10Vol％是因为，若空隙率超过10Vol％则强度大幅降低，相反地若不足2Vol％则润滑剂的含浸容量极端变少，而无法发挥充分的润滑性能。
第三发明为，
根据第一或第二发明所述的滑动轴承，其特征在于，在所述轴衬的滑动面上附着了具有吸油性的无机微粉体。
根据这种构成，由于通过具有吸油性的无机微粉体，而将供给至轴衬的滑动面上的油脂或者从该油脂中分离的基础油附着至轴衬侧，所以能够使其有效地渗入至轴衬内而易于保持在其空隙内。
第四发明为，
根据第三发明所述的滑动轴承，其特征在于，所述无机微粉体为陶瓷粒子。
这样，若作为附着至上述轴衬的滑动面上的无机微粉体而使用作为高硬度材料的陶瓷粒子，则能够更加提高其滑动面的耐磨损性。
第五发明为，
根据第三发明所述的滑动轴承，其特征在于，所述无机微粉体为硫磺化合物粒子。
这样，若作为附着至上述轴衬的滑动面上的无机微粉体而使用硫磺化合物粒子，则能够更加提高其滑动面的滑动性(润滑性)。
第六发明为，
根据第三发明所述的滑动轴承，其特征在于，所述无机微粉体为陶瓷粒子与硫磺化合物粒子的复合物。
这样，若作为附着至上述轴衬的滑动面上的无机微粉体而使用陶瓷粒子和硫磺化合物粒子的复合物，则能够更加提高其滑动面的耐磨损性和滑动性(润滑性)。
第七发明为，
根据第三发明所述的滑动轴承，其特征在于，由粘合剂将所述无机微粉体附着至所述轴衬的滑动面上。
根据这种构成，能够使上述无机微粉体确实地附着到轴衬的滑动面上，并且，还能够得到使粘合剂自身吸收基础油而将其保持的效果。
第八发明为，
一种工程机械，具有面压力为50MPa以上且滑动速度为3.0m／min以下的高面压力低滑动速度用滑动轴承，其特征在于，在所述轴承中使用了上述任一发明中所述的滑动轴承。
这样，作为所谓的高面压力且低滑动速度的润滑条件极其恶劣的部位上的滑动轴承而使用上述任一项所述的滑动轴承，而能够提供一种该部分的可靠性高且高寿命的工程机械。
发明的效果
根据本发明，由于在与轴衬滑动的轴部设有与轴衬的滑动面连通的油脂供给通路，所以能够从外部向该滑动面自由地供给油脂。另外，由于通过多孔材质的金属烧结体形成轴衬，并且在该轴衬的滑动面上具有分解催化剂，所以能够通过该分解催化剂使供给至轴衬的滑动面上的油脂分解，而使基础油(base oil)分离，该基础油从轴衬的滑动面容易地渗入至轴衬内并保持在其空隙中。由此，即使不进行轴衬的更换作业和油含浸作业等，也能够长时期维持优异的润滑性能。另外，由于能够降低用于保持润滑油的金属烧结体的空隙率，所以能够展现优异的强度。
附图说明
图1是表示本发明的滑动轴承100的一个实施方式的纵剖视图。
图2是表示图1中A部的局部放大概念图。
图3是表示图2中A部的局部放大概念图。
图4是表示本发明的滑动轴承100的其他实施方式的纵剖视图。
图5是适用了滑动轴承300(100)的工程机械(液压挖掘机)的一例的图。
具体实施方式
接下来，参照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的滑动轴承100的一个实施方式的纵剖视图。图中附图标记10是两端开口的圆筒状的轴衬，在该轴衬10的轴孔中以将其贯穿的方式转动自如地插入有圆柱状的轴部20。而且，使该轴衬10的内面与轴部20的外面接触，而成为分别在高面压力(例如，几MPa～几十MPa)下相互以低速(例如3.0m／min以下)相互滑动的滑动面。
该轴衬10进一步嵌装在轴套(boss)30的内部，并且处于该轴套30的内部，在轴衬10的两端面上分别压入有防尘密封件40、40来阻止垃圾等的异物侵入。另外，在该轴套30的两端面上设有托架50、51，在各自的间隙中夹有垫片52、52。而且，在该间隙的上端的外部分别安装有O型环53、53。此外，轴套30和轴衬10能够通过该领域技术人员所公知的任意的方法，例如烧嵌配合或者冷却配合等的收缩嵌合等而相互嵌装固定。
轴部20处于将其两端的托架50、51贯穿的位置上，其一端通过沿径向将一方的托架51贯穿的旋转卡定螺栓60而以不能旋转的方式卡定。另外，在该轴部20内形成有从该一端面侧贯穿至侧部的油脂供给通路70，在该油脂供给通路70内填充有油脂G。另外，在该油脂供给通路70的一端螺固有油脂喷嘴(grease nipple)80，通过该油脂喷嘴80使油脂供给通路70内被封闭，并且，通过将其卸下而能够从外部将油脂G容易地供给至油脂供给通路70内。填充至该油脂供给通路70内的油脂G从油脂供给通路70的出口到达轴部20和轴衬10之间的滑动面侧，并以将该滑动面润滑的方式发挥作用。
而且，该轴衬10由铁(Fe)成分为90wt％以上且空隙(气孔)率为2～10Vol％的多孔材质的金属烧结体而形成。在此，这种条件的轴衬10能够通过本领域技术人员所公知的任意方法而容易地制造。也就是说，使成为原料的90wt％以上的铁粉末和不足10wt％的铜等的合金粉末放入至圆筒形的模具中而使它们集合，将该集合体以比铁粉末的熔点低的温度加热规定时间，由此能够容易地得到。另外，其空隙率能够通过调整所使用的金属粉的颗粒直径等而容易地进行控制。内部的空隙(气孔)优选处于从表面相互连通的状态。
另外，如图2所示，在该轴衬10的滑动面上附着而存在有成为粒子状的分解催化剂(接触还原催化剂)S，该分解催化剂S用于将基础油(base oil)从油脂G中分离。在此，作为分解催化剂S，只要能够将油脂G中的作为增稠剂的皂基分解的物质即可，没有特别地限定，例如能够使用铂(Pt)、钯(Pd)、镍(Ni)、铬(Cr)、镁(Mg)、钒(V)、铋(Bi)等的公知的接触还原催化剂。因此，本发明所使用的油脂G使用了作为能够由这些分解催化剂(接触还原催化剂)S分解的增稠剂而具有皂基，且能够通过使该皂基被分解而使基础油分离的物质。作为增稠剂而具有皂基的主要的油脂G例如具有钙皂基油脂、钙复合皂基油脂、钠皂基油脂、铝皂基油脂、锂皂基油脂等。
在这样构成的本发明的滑动轴承100中，能够将油脂G从外部经由油脂供给通路70容易地供给至轴部20与轴衬10之间的滑动面上，并且如图2所示，供给至滑动面的油脂G没有改变地从由金属烧结体构成的轴衬10的表面(滑动面)渗入至其内部，而含浸至其空隙C内且被保持。而且，含浸至该空隙C内的油脂G根据摩擦热等渗出至滑动面整体，而在轴衬10的滑动面与轴部20的滑动面之间形成薄薄的油膜，由此以降低这些滑动面彼此的摩擦的方式发挥作用。
另外，由于如上述那样地，在该轴衬10的滑动面上附着有铂等的粒子状的分解催化剂(接触还原催化剂)S，所以供给至轴衬10的滑动面上的油脂G的一部分通过与该分解催化剂(接触还原催化剂)S接触而使作为增稠剂的皂基被分解。由此，使粘性低的基础油(base oil)从油脂G中分离而从该滑动面容易地渗入至多孔材质的轴衬10内，并保持在其内部。
也就是说，在作为润滑剂而使用的油脂G中所含有的基础油，通常因存在有作为增稠剂的皂基而难以被分离，但该油脂G若与铂等的分解催化剂S接触，则使皂基被分解而使基础油分离，这是由于，只要在轴衬10内的空隙C中还具有空间，就会向其内部持续地渗入。
而且，由于该基础油与含有增稠剂的高粘度的油脂G相比，粘度较低，所以易于从其滑动面渗入至多孔材质的轴衬10内，而且，根据毛细管现象，经由内部的空隙C易于到达且被保持至更宽阔且更深的层。该结果为，能够增加轴衬10内的润滑剂G的含浸量以及渗出量，由此，能够发挥更优异的润滑性能。因此，即使最初渗入至该轴衬10内的基础油根据滑动等而被消耗，也能够在从油脂供给通路70供给润滑油G的持续期间内，持续地向轴衬10供给基础油并使轴衬10将其保持。
由此，即使不像以往那样地进行轴衬10的更换作业等，也不会发生润滑油用尽，能够长时期维持优异的润滑性能。即，在填充至油脂供给通路70内的润滑剂G不足的情况下，只要打开油脂喷嘴80而从该部分向油脂供给通路70内注入新的油脂G，通常就能够保持充分的油脂G。另外，填充至该油脂供给通路70内的油脂G逐渐被消耗而减少，由此需要定期地补充，但由于该补充作业仅通过注入油脂G即可完成，所以能够简单地完成作业。
而且，由于是这种从油脂供给通路70向轴部20与轴衬10之间的滑动面供给油脂G的方式，所以不需要如以往那样地预先使润滑油含浸至轴衬10中。由此，不需要润滑油的含浸工序等，并且，不会在轴衬10的安装时等的时候使油脂向周围飞散，容易处理。
另外，该轴衬10是铁(Fe)成分为90wt％以上且空隙(气孔)率为2～10Vol％的多孔材质的金属烧结体，与以往的轴衬相比铁成分变高，且空隙率变低，由此，能够展现优异的强度，即使施加较高的压力也不会发生简单地破损那样的情况。在此，使金属烧结体的Fe成分成为90wt％以上是因为，只要为90wt％以上，一般作为高面压力用轴衬就能够得到充分的强度。另外，使空隙(气孔)率为2～10V0l％是因为，若超过10Vol％则空隙过多而会导致金属烧结体的强度大幅降低，相反地若不足2Vol％，则金属烧结体内的润滑剂的含浸量变得极其少，无法发挥充分的润滑性能。
另外，在制造该轴衬10时，只要进一步地进行公知的表面硬化处理，就能够提高其滑动面的耐磨损性。也就是说，在通过上述的公知的制造方法形成以铁为主成分的金属烧结体(轴衬10)后，对该金属烧结体进行浸碳、氮化以及高频淬火，然后，通过化成(例如，磷酸锌、磷酸锰)或者气体浸硫处理法在其表面(滑动面)上形成1～3mm，优选为2mm左右的浸碳硬化层，由此能够提高轴衬10的耐磨损性。另外，只要相对于轴部20进行同样的表面改质处理，就能够改善其滑动面与润滑剂G的润湿性，而提高润滑效果以及滑动特性。
另外，若使硬度比构成该轴部20的钢铁材料高的陶瓷粒子和硫磺化合物粒子，作为用于防止磨损和提高滑动特性的材料，以1～3wt％含有至构成该轴衬10的金属烧结体中，则能够进一步大幅提高其耐磨损性。
在此，作为能够在构成该轴衬10的金属烧结体中含有的陶瓷粒子，只要能够提高轴衬的耐磨损性就没有特别地限定，例如能够使用氧化锆(ZrO2)和氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)等。另外，硫磺化合物也没有被特别地限定，例如能够使用硫化铜(CuS)等。另外，这些陶瓷粒子和硫磺化合物粒子的含有量优选为1～3wt％，这是由于，若不足1wt％，则无法发挥充分的耐磨损性和滑动特性，相反地若超过3wt％，则向成为滑动相对部件的轴部20的损伤性变强，担心会使相对部件过度磨损，或使滑动特性降低而促进磨损。另外，粒子的尺寸没有特别的限定，优选为几μm～几百μm左右。另外，也可以为，将多个种类的粒子复合或者混合的材料，而且其复合比或混合比也没有被特别地限定。此外，若这样地在轴衬10中含有硬度比构成轴部20的钢铁材料更高的陶瓷粒子等，则考虑到会促进轴部20的磨损，但是由于如上述那样地含有量为微量(1～3wt％)，所以不会特别地成为问题。
另外，如图3所示，若在构成该轴衬10的金属烧结体的滑动面上，通过未图示的粘合剂而附着(涂布)具有吸油性的无机微粉体P，则供给至轴衬10的滑动面上的油脂G根据具有吸油性的无机微粉体P，而向轴衬10侧渗入并吸附，由此，有效地渗入至轴衬10内并易于保持在其空隙C内。由此，如附图所示，优选为，该无机微粉体P不仅存在于轴衬10的表面(滑动面)，而且存在于轴衬10内的空隙C内，但最低限地仅存在于轴衬10的表面(滑动面)上即可。在此，作为粘合剂优选为其自身具有吸收、保持基础油的效果的物质，具体地能够使用羟基硬脂酸等。此外，也可以为，该粘合剂不仅用于使无机微粉体P附着，而且用于使上述分解催化剂(粒子)S与这些无机微粉体P一同附着。
另外，如图4所示，若使形成在轴部20上的油脂供给通路70向着滑动面侧分支为多条，并等间隔地形成这些多条分支通路的出口，则能够相对于滑动面侧平均且更有效地供给油脂G。
而且，例如如图5所示，将这样构成的本发明的滑动轴承100作为工程机械(液压挖掘机)200的滑动轴承100来使用，该工程机械(液压挖掘机)200的滑动轴承100处于因面压力为50Mpa以上且滑动速度为3.0m／min以下的高面压力且低滑动速度而造成润滑条件恶劣的部位，由此，能够提供该部分的可靠性高且高寿命的工程机械(液压挖掘机)。
此外，在将本发明的滑动轴承100组装到图5所示的工程机械200等中时，使用未含浸有油脂G的状态下的轴衬10，在组装后向轴部20的油脂供给通路70内填充油脂G，只要这样做，就能够避免轴衬10安装时的润滑油飞散和油含浸工序等，但也可以为，使用处于预先使油脂G仅含浸至其滑动面中、或者充分地含浸至整体中的状态下的轴衬10来进行组装。若使用后者的方法，则在最初需要进行油含浸工序，但组装后的油脂G向轴衬10的渗入时间变得不需要，由此，具有能够立即进行驾驶的优点。另外，即使使用后者的方法，在组装后也能够持续地供给新的油脂G，由此，能够避免基于含浸油的消耗而造成的油用尽等的效果是相同的。
另外，存在于轴衬10的滑动面上的分解催化剂S如上述那样地通过粘合剂附着在该滑动面上，除此之外，也可以在形成金属烧结体的同时，使分解催化剂S烧结至其表面上而一体地设置。
附图标记说明
10轴衬(金属烧结体)
20轴部
30轴套
40防尘密封件
50、51托架
52垫片
53O型环
60旋转卡定螺栓
70油脂供给通路
80油脂喷嘴
100滑动轴承
200工程机械(液压挖掘机)
210斗杆
220铲斗
230液压缸
C空隙(气孔)
G油脂
P无机微粉体
S分解催化剂(接触还原催化剂)

Claims (8)

1.一种滑动轴承，其特征在于，具有：
由多孔材质的金属烧结体形成的轴衬；
插入至该轴衬的轴孔中而相互滑动的轴部；
将该轴部与所述轴衬之间的滑动面润滑的油脂；
设在所述轴部内，且从外部向所述轴部与轴衬之间的滑动面供给所述油脂的油脂供给通路；和
设在所述轴衬的滑动面上，且将所述油脂分解而将基础油分离的分解催化剂。
2.根据权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述轴衬是空隙率为2～10Vol％的多孔材质的金属烧结体。
3.根据权利要求1或2所述的滑动轴承，其特征在于，在所述轴衬的滑动面上附着了具有吸油性的无机微粉体。
4.根据权利要求3所述的滑动轴承，其特征在于，所述无机微粉体为陶瓷粒子。
5.根据权利要求3所述的滑动轴承，其特征在于，所述无机微粉体为硫磺化合物粒子。
6.根据权利要求3所述的滑动轴承，其特征在于，所述无机微粉体为陶瓷粒子与硫磺化合物粒子的复合物。
7.根据权利要求3所述的滑动轴承，其特征在于，由粘合剂将所述无机微粉体附着至所述轴衬的滑动面上。
8.一种工程机械，具有面压力为50MPa以上且滑动速度为3.0m/min以下的高面压力低滑动速度用滑动轴承，其特征在于，
在所述轴承中使用了所述权利要求1至7中任一项所述的滑动轴承。
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