CN1105834C - 自润滑轴承 - Google Patents

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Abstract

一种自润滑轴承(110)，系由包括金属衬底(112)和一系列垂直隆起其上的整体性结构条(113)的层压体所形成。所述衬底之上覆盖一个氟聚合物的滑动或轴承衬(114)，所述隆起结构条嵌埋其中。所述隆起结构条用于固定轴承衬，以防止所述轴承衬在轴承运转过程中从衬底表面滑移。所述与衬底的固定可使一较厚的轴承衬用于降低蠕变的倾向。或者，所述结构条提供一个具有较薄负载轴承衬的轴承，该负载轴承衬具有一在其整个使用寿命中为相对恒定的摩擦系数。所述结构条也可用作位于衬底和一被支承构件一例如旋转轴之间的、具较高热、电传导性能的热电桥。所述结构条还可与所述支承构件直接接触，以防止发生嵌入。在这一方面，所述轴承具有低摩擦系数，较长的使用寿命、抗蠕变力及抗机械应力，且具有良好的热电传导性能。

Description

自润滑轴承
发明背景
发明领域
本发明涉及一种轴承，更具体地说，本发明涉及一种具有一个抗蠕变变形的光滑耐磨衬的、免维修保养的轴承。
背景资料
已知，免维修保养的滑动轴承由一金属支承体及一塑料衬(层)所构成。这样的轴承以免维修保养的方式提供了一种用于将多个结构件可转动、轴向滑动地紧固于另一构件上去的方便的紧固手段。这些轴承的应用包括那些利用如用于支持传动轴的止推轴颈的连续转动轴承。这些轴承同样也适用于那些适用于往复轴向移动的轴承，例如，自动门的门枢，制动装置，刹车及加速器的踏板等。免维修保养的滑动轴承的其它应用包括那些利用重复往返运动的轴承，例如，汽车的减振器及抗压构件。也可将上述免维修保养的滑动轴承用于更轻巧的负载应用，例如，这些轴承通常可用于汽车工业中的车身底板盖(trunk deck lid)及罩盖的铰链等上的多杆连接结构。所述免维修保养轴承可以包括多种结构型式。例如，所述免维修保养的轴承可以包括轴衬(瓦)或轴颈轴承，止推轴承或垫圈，定位垫，阀门隔板以及用于体现各种机械功能的耐磨组件。
一种在这里参照引用、简称为“DU”的轴承可购自英国MiddlesexHA61LN，Northwood Hills，Joel Street，Argule House的Clacier金属有限公司。该DU轴承包括一种其中多孔质青铜衬粘结至一金属背衬上去的金属复合物。所述多孔质青铜衬以如PTFE(聚四氟乙烯)等的聚合物浸渍，而其顶层或衬里涂覆聚合物层。
上述结构的一个方面是：聚合物和青铜的比例随着深度而变，其青铜密度越接近上述金属背衬越大。这就使得接近于上述背衬金属的低磨擦材料的密度减少。从而，将使摩擦系数在整个轴承使用寿命中发生不利的变化(摩擦系数增加)。所述密度梯度的另一个缺点是：任何从上述轴承衬削除材料的加工，例如，对轴承安装后进行精加工的镗孔、拉削、研磨等通常的加工操作，都不可能不导致轴承功能的受损。
一种德国诺顿潘葡斯有限公司以商品名“Norglide”销售业以开发出可克服上述限制的轴承。所述“Norglide”包括一使用高温热塑薄膜(例如，PFA及ETFE)经加热、加压粘合至不锈钢背衬上去的、例如PTFE化合物制的轴承材料薄片。由于所述轴承衬制成不连续的薄片，而不是如同前述的DU轴承场合下的散布型的，因此，该“Norglide”轴承衬是均质的。上述轴承衬有利地提供了一个其在整个轴承使寿命期间通常保持为恒定的摩擦系数。再有，由于上述轴承可利用其减少填充料含量的能力可利用对摩擦系数负面影响较小的填充料等的原因，“Norglide”轴承的摩擦系数可能低于其它现有技术的轴承。例如，“Norglide”轴承可以使用石墨填料，而不是如前所述的青铜填料。另外，这种均质性也使“Norglide”轴承的表面在安装后进行镗孔、拉削、研磨等通常的精加工时，在理论上说来，不会导致轴承功能的受损。
然而，上述的轴承结构并不是不受限制的。特别是在当PTFE化合物的厚度较高以及填料含量较低时，所述轴承衬容易在大应力下发生蠕变或嵌入。另外，在所述的轴承衬层压结构被弯曲成特别小的半径时，该轴承衬易于从金属背衬上脱层。PTFE化合物同样也易成为热的不良导体。这样，这些轴承即使使用填充青铜的PTFE薄膜进行润滑(参见下述有关“Norglide M”轴承的论述)，其导热仍显得较差。最后，尽管可以将PTFE材料制成导电性的，但用于将轴承衬粘合至金属背衬上去的热熔薄膜是电绝缘的。所述电绝缘的热熔薄膜易使“Norglide”轴承不适用于那些须有赖于导电性应用的场合，例如，在汽车工业及其它金属加工业中的静电喷涂。
蠕变及脱层的问题可由在对所述轴承表面进行应用之前、通过砂磨等方法，对金属背衬表面进行粗糙化处理而得以解决。然而，该方法相对较麻烦、费时，且增加了处理成本。
如前所述，可从诺顿潘葡斯公司购得的“Norglide”的系列产品有“NorglideM”。“Norglide M”的结构基本上相似于“Norglide”，但其中使用了一其中设置有多孔网状金属增强织物的轴承衬。所述增强织物的使用可改善上述蠕变及传导性能上的缺点，但该结构仍未涉及有关脱层及导电性能等问题的解决。
从而，人们需要一种改进型的免维修保养轴承，以解决以往技术中存在的问题。
德国DE2944052号专利公开了一种滑动轴承构件，所述构件具有一金属轴承衬及一塑料滑动衬。所述金属衬的上表面经机械或化学处理加工成形，在其上表面形成伸出、隆起的凸起部。如其图所示，所述层上表面在经化学处理时，可形成任意形状，由此，使其在经受机械处理时看似有如提供了许多平行的多孔槽。
发明简述
根据本发明的第一个方面，一个免维修保养的滑动轴承包括一个具有一个(平)表面及沿所述表面相对间隔而置、且自所述表面作基本上垂直伸出(隆起)的多个结构条的衬底。一个承载轴承衬以与所述多个结构条接合的方式，覆加于所述表面之上，以使所述结构条嵌埋于所述轴承衬中。
根据本发明的第二个方面，免维修保养滑动轴承的制造方法包括下述步骤：
提供一个具有(平)表面的衬底；
在上述表面之上设置整体性的多个结构条，以使所述结构条沿所述表面相对间隔而置、且自所述表面作基本上垂直伸出(隆起)；以及
设置一个承载轴承衬，所述承载轴承衬以与所述多个结构条结合的方式，覆加于所述表面之上，以使所述结构条嵌埋于所述轴承衬中。
参照附图，阅读下面的详细叙述，本发明上述及其它特征及优点将更加显见。
附图的简单说明
图1所示为以往技术的免维修保养轴承的端视示意图，所述轴承作为止推轴颈轴承，其中支承有一轴；
图2所示为本发明的一个轴承的部分放大立体图；
图3所示为沿图2的3-3线所截取的截面图，该图说明了图2的、其中置有一个滑动或轴承衬的轴承的部分截面示意图。
较佳实施例的详细说明
如附图所简单说明地，本发明包括一个自润滑轴承110，所述自润滑轴承为一由：金属背衬，支持体或衬底112，一系列自所述衬底垂直伸出、隆起的结构条113以及一覆盖其上的聚合物制滑动、磨损或负载轴承衬114所组成的轴承。
结构条113用作将负载轴承衬114保持间隔，以帮助防止该轴承衬在轴承的承载过程中沿衬底112表面发生滑动。一该与衬底的改进型固定可使一较厚的轴承衬用于降低蠕变的倾向。或者，结构条113提供一种轴承110，所述轴承形成有一较薄的负载轴承衬114，使该轴承具有一在其整个使用寿命中为相对恒定的摩擦系数。再有，结构条113用作在衬底112和一个被支承构件-例如旋转轴之间的具有较高的热、电传导性能的热电桥。由此，可使隆起的结构条用作围绕及保持自润滑材料不连续的孔穴(pocket)的边界，所述自润滑材料可就地形成用于润滑，但无法在轴承的承载过程中将其释放。结构条113同样也可与被支持的制品直接接触，以有助于防止发生嵌入(bedding-in)。因此，有利的是，轴承110具有相对较低的摩擦系数、较长的轴承使用寿命以及较高的抗蠕变及抗机械应力的特性，另外，所述轴承具有优良的热、电传导性能。
通过以上叙述，“自润滑的”或“自润滑”一词意指那些具有足够润滑性能的材料的使用，所述材料的润滑性能通常可以免除对一个轴承表面使用不连续润滑剂的需要。
以下，详细参照附图。图1表示蠕变效应，所述效应相应于以往技术的、用一金属壳体11制得的止推轴径轴承9，以及一包括通常的、如上所述的塑料负载轴承衬的免维修保养轴承10。轴承10被用于支承轴15，轴15以箭头16所指方向被施以重力负荷。在所述负荷的作用下，负载轴承衬易发生蠕变，并在箭头18及20所指方向上发生移位(“径向蠕变”)，且在轴向上发生移位(“轴向蠕变”，图中未示)。此时，所述轴有效地“座入”(bed in)于轴承10中。但，不利的是，上述发生的蠕变产生了如图中22所示的轴16中心对准的误差。
现在参照图2和图3。本发明包括一种轴承110，所述轴承具有由金属或其它材料制成的背衬或衬底112，所述金属或其它的材料给轴承110提供设计所需的应用的结构完整性。如图所示，隆起的结构条113较好的是制成一中间层的116的整体性构件，所示中间层以一覆盖的方式连续地伸出于支持体112的表面118之上。在一个较佳实施例中，结构条113包括一基本上如上所述的通常为蜂窝状的图案，但是，如下所述，所示蜂窝状可以是制成任何足以提供固定轴承磨擦衬的几何图形。例如，结构条113可以是一系列相连接的或不连续的多边形，诸如，它们可以是正方形、圆形、三角形等，或者，所述结构条可以包括一系列不连续的杆柱状结构(图中未示)，所述的杆柱状结构相对于支持体112的表面118作大致垂直向伸出。如图所示，在一个较佳实施例中，衬116具有约为60微米(μ)的厚度t，结构条113具有约为100μ的高度h、50μ的宽度w，并被间隔设置，以形成一约为300μ的内部尺寸。另外，本领域技术人员可以认识到，如果使结构条113具有一定程度的圆锥度，则在使用一压花机或模具的情况下，可方便于该结构条113的制造。
如图3所示，负载轴承衬114藉由一粘结剂层120层压、粘合于结构条13及中间层16之上。藉此，如图所示，结构条113嵌入负载轴承衬114中，所示负载轴承衬具有距离结构条113一定的垂直距离的、基本上为光滑的最外侧表面122。距离v可根据设计的轴承110的用途而定。
衬底112可由各种金属制得。所述金属包括钢或铝，以及诸如不锈钢、常规的优质片钢、黄铜或其它的合金等的金属，或者，所述衬底112也可由塑料、陶瓷或掺用玻璃纤维或碳纤维等的复合材料制得。所形成的表面118可以是未经处理的，或是使用各种技术、例如使用镀锌、镀铬或磷酸处理、阳极氧化(在使用铝衬底的场合)、机械砂磨和/或化学酸蚀等技术进行处理的。可以设想，将一个镀敷多孔质青铜的钢衬底、例如使用于如前所述的DU轴承的衬底用于本发明的轴承制造之中。此外，可使用不连续的激光束藉由有选择地撞击表面118，并将该撞击处熔融于一较小的区域，藉此，可在表面118上产生规则间隔的弧坑，在衬底112上形成结构条113。
负载轴承衬114可以包括任何数量的合适的润滑性物质，例如，优质聚合物或塑料材料。所述材料包括氟化合物，例如，于1996年11月12日第5,573,846号美国专利揭示的、名称为“聚氟碳涂层金属轴承“(POLYFLUOROCARBON COATEDMETAL BEARING)中的化合物。该文献在此参照引用。较好的塑料材料通常包括那些含有高熔点温度的有机聚合物的耐高温聚合物系，和/或包括其特征为摩擦系数较低的聚合物系。所述材料须适合用于那些应用场合，或适合用于制造衬底的材料的层压。在这一方面，氟聚合物是一种较好的粘合剂。例如，选择一个相应的粘合剂层120，通常可将任何一种有机聚合物用作负载轴承衬114层压至金属衬底上。
可用于所述负载轴承衬114中的聚合物材料的举例有：氟聚合物(例如，聚四氟乙烯，PTFE，氟化乙烯-丙烯共聚物，FEP，聚偏氟乙烯，PVDE，聚氯三氟乙烯，PCTFE，乙烯-氯三氟乙烯，ECTFE，及聚氟代烷氧基聚合物，PEA)，二乙醇，聚碳酸酯，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺，聚醚醚酮(PEEK)，聚乙烯，聚丙烯，聚砜(例如，聚醚砜)，聚酰胺(尼龙)，聚苯硫、聚胺酯，聚酯，聚苯氧及其混合物和合金。另外，PPS，PPSO2及芳族或脂族聚酮/醚，PEL和/或尼龙46可以用作连续相基质。活性聚合物，例如固体形式(未处理薄膜)或液体形式的聚酰亚胺也可使用。这些活性聚合物可构成连续相基质。其它聚合物，例如，甚高分子量的聚乙烯(所述聚合物可以如乙烯乙酸乙烯酯EVA的低温度粘结剂粘合)，或聚酰亚胺也可使用。另外，可以设想，所述轴承衬可以穿孔，以藉由设于其中的润滑脂通孔作附加润滑。
润滑剂或填充料是有用的。这些润滑剂或填充料包括各种添加剂，所述添加剂可有效地影响诸如润滑性、机械强度、耐磨性能及热、电传导性能等的聚合物特性。有用的添加剂包括、但并不限于：较小的容积百分比(例如，0.5-49.5％)的玻璃和/或碳纤维、硅氧烷、石墨、二硫化钼、芳族聚醚、碳颗粒、青铜、氟聚合物及其组合。
上述对于给定用途的具体材料的选用可根据所述材料的摩擦系数(μ)的大小而定。定义为用于在一个表面上移动另一表面所需的力与将该二表面压合一起的总的力之比的该二种表面之间的摩擦系数列于《化学和物理的CRE手册》(1981-1982，第62版)。如此，如设F为用于在一个表面之上移动另一表面时所需的力，而设W为将二表面压合一起所需的总力，则摩擦系数表示为μ＝F/W。
对于较为普通的或轻的负载应用来说，可以接受的材料包括那些其静摩擦系数μ至少小于钢与钢的摩擦系数(0.58)的材料，较好的是，所述摩擦系数类似于聚乙烯的静摩擦系数(0.2)。在负荷较大的负载应用场合，例如，在使用于汽车或通常的工业应用的场合，则最为理想的是，所述材料具有相对较低的摩擦系数。较好的是，所述材料的静摩擦系数(μ)类似于PTFE的摩擦系数(约0.04-0.10)。
尽管，上述静摩擦系数可用于一般比较，但在本发明中，基于通常与轴承有关的连续和/或重复的负载应用，动态或动力摩擦系数(μ)在本发明的叙述中更为重要。下述的比较测试被用于确定和比较各种材料的动摩擦系数的值。在该测试中，制备一系列具有预定尺寸的圆盘，各个圆盘具有待测定的塑料制或特定材料制的负载轴承衬。将二个理论上为相同的圆盘的负载轴承衬置于一光滑钢板二侧面，以一预定压力或负载W，从该二块圆盘负载轴承衬外侧对侧加压。然后，以一预定的速率，将钢板从二圆盘之间抽出。测得所须用于移动该钢板的力F，然后，用W除F，得到动摩擦系数(μ)。使用565N的W，以50mm/分的速率抽拉钢板，获得以下所测得的该测试结果。例如，该测试通常得出所填充的PTFE的动摩擦系数约为0.08-0.1。
如上所述，衬114也可以含有通常的填充料。在这一方面，由于本发明并未如以往技术所教导的那样，利用PTFE的分散相来加速其渗透其中于多孔质青铜衬，所以，填充料颗粒的粒径通常并不是很重要的。实际情况反倒是，本发明的一个较佳实施例中的切削的PTFE薄片可使用其颗粒粒径及密度实质上为任何数值的填充料，只要PTFE填充料为一将所述颗粒粘合一起的连续相。
粘合剂层120可选用各种变化方式。合适的粘合剂包括如PFA、MFA、ETFE、FEP、PCTFE、PVDE等的氟聚合物，如环氧树脂、聚酰亚胺粘合剂树脂等的固化粘合剂以及如EVA和聚醚/聚酰胺(PebaxTM)共聚物等的低温热熔聚合物。
作为另一个可选择实施例，衬114及120制成含有聚合物的混合物单层。例如，所述单层为藉由熔融体挤压方法(如果PFA是主要成份)或挤压薄片刮削法(如果其中PTFE是主要成份)制得的PFA/PTFE的混合物层，所述混合物层即可用作粘合剂层120，也可以用作负载轴承衬114。PFA的存在将增加纯PTFE的抗蠕变性能。所述效应可藉由上述填充料的添加而加强。
另外，由结构条113所限定的空隙可填充所选用的聚合物(PTFE，PPS及其与填充料的混合物等)的分散相，将所述分散相干燥、加压，形成负载轴承衬114。例如，将从Lending公司购得的聚酰亚胺P84，较好的是，将含有PTFE的所述聚酰亚胺作为填充料，直接涂覆于衬底113上，闪蒸出其溶剂，将所述聚合物完全亚胺化。
较好的是，制备一金属薄片作为衬底112，在其上镀覆青铜，以覆盖该衬底，形成一一体化的中间层116，藉此制得本发明的轴承110。使用通常的金属镀覆技术，将该金属镀层或中间层116粘合至衬底112上，所述金属镀覆技术包括应用加热、加压形成一体化复合材料的手段。然后所述复合材料经过一常规的、具有诸如图2所示的蜂窝状图案的、刻有所希望的结构条113的图案的负像图形的轧辊。随后，轴承衬114可藉由通常的、如PTFE等的润滑材料制的薄片、使用如上所述的合适粘合剂来制成。接着，较好的是，将整个层压体在热压下插入一通常的压机中，由此，制得具有如图3所示的最外侧表面122的负载轴承衬114。在形成所述负载轴承衬的同时，也基本上完成了轴承110。一旦形成了所述轴承之后，即可采用一常规技术，将所述轴承形成为各种用途所需的特殊的结构型式。此外，也可将负载轴承衬114同时层压于衬底112的二侧表面，以形成一种双面轴承。
按如上所述的方式制成平板片的轴承110，可形成为诸如轴瓦轴承或止推轴径轴承、止推垫圈及多层垫片的多种类型的轴承。例如，轴瓦轴承或止推轴径轴承可藉由将轴承材料110切制成条带状而形成。各个这样的条带状轴承材料又可再形成为中空的圆筒，其负载轴承衬114置于所述圆筒状材料的内表面，如同图1中的以往技术那样。或者，根据特写的应用场合，所述负载轴承衬形成于所述圆筒的外侧表面。所述圆筒型轴承可使用类似于那些本领域技术人员所熟知的，例如刊载于“Norglide，Norton性能塑料”编号为PPL-E-067-1目录表(发行于1993年11月)(以下，简称“Norglide样品目录”)上的技术来形成法兰。所述文献在此全文引用以作参照。
尽管以上描述了一个较佳的制造方法，但其中步骤可以改动、省略或改变顺序进行。例如，轴承材料110可由在应用负载轴承衬114之前、通过将衬底112形成为一所希望的构型、例如形成一圆筒型而制得。在这一方面，可在衬底上形成如前所述的结构条113。然后，可以使用任何通常的方法制成管状，其中，在管状圆筒型内表面、外表面或所述圆筒型管状的内、外二侧表面同时形成有结构条。从而，可将负载轴承衬114以任何方便的方法应用于该筒管中，例如，可以藉由喷雾涂敷法或浸渍法。所述负载轴承衬的应用也可在所述轴承的一或二个端部上形成法兰之前或之后进行。
作为上述制造方法的一个变化，衬底112可藉由任何通常的方法、例如热或冷加工方法来制成为管状。所述管状形成方法包括：辊轧成形、穿轧成形、拉制成形或挤压成形方法等。由此制得的管状即可以是密封的，也可以是非密封的。一旦在所述管状形成之后，可使用一种表面织构技术，例如，使用一种化学蚀刻技术或如上所述的激光处理方法，形成结构条113。然后，如前所述，施敷负载轴承衬114。
以下，参照实施例及测试结果，更详细地说明本发明。
在本发明的一个较佳实施例中，根据“DIN 1624”标准“德国工业规程”(GermanIndustrial Specification)，形成优质钢片材St4 1.0338LG来作为支持体112。该薄片的厚度为0.8mm，包括一约为80μm厚的青铜涂覆层(优质青铜CuSn6)。使支持体112通过一通常的轧辊来，形成结构条113，所述轧辊刻有如图2所示的蜂窝状图案的负版图形。形成该蜂窝状图形的结构条113的尺寸基本上如前所述，并示于图2和图3中。接着，使用一通常的25μm厚的PFA粘合剂层120(杜邦生产的TeflonPFA)通过层压一普通的削片PTFE复合板(25％碳/石墨、75％PTFE)来形成负载轴承层114。预测所示轴承衬114的参数，以在约为30μ厚的结构条113上形成厚度v(图3)。然后，在一4Mpa的负荷及约375℃的温度下，将所述复合材料插入一通常的压机中。将上述温度及压力保持恒定大约3分钟，然后，在同样的负荷下，将温度冷却至约100℃。接着，从上述压机中释放加压的复合材料。切取生成的层压板，修边后形成所希望的形状。
在另一实施例中，支持体112为一0.8mm厚的铝板材(优质铝AlMgO4Si1.2)，其二侧面根据本领域已知方法用铬酸处理，所述处理通常称为铬转化镀层，并在700-800mg/m2下进行。其余的制造步骤与前述实施例中的大致相同，由此，制得相似的轴承110。
进行一系列的比较实验，以示出本发明轴承(PI)相对于如前所述的、以往技术的DU轴承及Norglide(NG)轴承所作的改进。所测试的特殊的DU轴承为一通常所指的“Nr.PG25825F”类型。该NG轴承系使用通常的25μ厚的PFA，在如前所述的本发明的条件下，与230μ厚的削片PTFFE板材层压的标准钢板(25％碳/石墨、75％PTFE复合物)制得。本发明的轴承(PI)如上所述地制得。其所进行的测试结果简述于表1。
                                    表1
测试编号     测试类型 本发明(PI)比较对象     结论
    1   摩擦系数对时间     DU 对低磨损深度PI给出低摩擦系数
    2   抗蠕变力     NG PI更抗蠕变
    3   导热性     NG PI特别对于薄轴承衬显示较好的导热性
    4   导电性     NG PI更好
    5   抗机械应力     NG 在设有法兰时，PI没有脱层
在DU、NG和PI轴承的各个小圆盘(10mm直径)上测得摩擦系数。其轴承表面的预定量被有选择地从其最外侧表面122除去，然后，测得摩擦系数。所述摩擦系数的测试提供了各个轴承在其轴承使用过程中的不同磨损深度及程度时的摩擦系数的轮廓。所述测试系使用以上所揭示的测试方法来进行的。测得的结果示于下述表II。
                  表II
 从轴承衬削去的材料(μ)             摩擦系数
    DU     NG     PI
    0     0.09     0.10     0.08
    9     0.10     -     -
    20     0.14     0.10     0.08
    30     0.16     0.10     0.09
    50     0.18     0.10     0.09
    60     0.19     -     0.09
    80     -     0.09     0.10
    110     -     0.09     0.13
    140     -     -     0.17
    160     -     0.10     0.19
这些测试结果显示DU轴承的摩擦系数在其使用过程的早期阶段即开始增加。而且，所述摩擦系数并不是恒定的，因此，轴承的装配(例如，一个旋转轴和壳体)将不会遇到如其整个使用过程中的光滑度和发热相同的工作条件。
在深度为60μ时的摩擦系数值为0.19，这是存在于纯青铜及钢之间的摩擦系数，该数值表明，润滑材料可距离起始最外侧表面122的许可深度约为60μ。该数值显著小于DU轴承的250-350μ厚的PTFE/青铜混合物理论总深度。
然而，本发明又显示了一个大致为80μ的较长的低磨擦系数的平稳段。该结果是令人惊奇的，因为，人们本来期望该平稳段仅存在、保持于轴承的顶层、不含青铜的衬层(图3中的深度“v”)的深度，或在如所测试的30μ的深处。导致上述令人惊奇的、低磨擦稀疏的较长平稳段产生的机理尚不得而知。不过，可以设想到，上述低磨擦系数平稳段的延伸之大于两倍深度v的原因在于：聚合物中的青铜是以不连续相存在、而不是混合于聚合物中的。
此处，提供NG轴承的测试结果以作参考。由于NG轴承并不在轴承衬中使用青铜，且该轴承衬是均质的，所以，其摩擦系数并不在其使用中发生变化。然而，可以期待的是，PI轴承将提供更好的、超过NG轴承数倍的磨损率(wear rate)。换言之，可以期望的是，在实际使用中，PI轴承耐磨损的深度将大于给定深度的NG轴承。
如下所述进行前述的抗蠕变力测试。将具有预定的厚度的所述轴承的平板试样切制制成30mm×30mm的大小，然后，夹于二块板面平行的圆形平板之间加压。这些平板具有1cm2的轴承表面，并根据ISO标准No.4287/1，由其硬度为840HV(Vicker’s硬度)及粗糙度Rt＝1.3μ的钢板制得。通过上述钢板，分别在23℃及100℃的条件下，对试样分别施以10及30kN/cm2的加压负荷1小时。然后，释放压力，恢复试样15分钟。测得试样厚度，计算得到其厚度损耗。将本发明的试样与NG轴承比较，具有相似的PTFE轴承衬厚度。使用如上所述的标准碳/石墨填充料，制得NG轴承。还制得本发明的一个具有25％(重量)的芳族聚酯填充料的另一实施例，所述填充料购自Carborundum Co.，U.S.A.的商品名为“EkonolTM，型号T101”。其结果示于下表III。
                                 表III
    试样     轴承片厚度           负荷下的变形(μ)
  负荷10N/cm3  负荷30N/cm3
 23℃   100℃   23℃   100℃
    PI(通常)     30μ+100μ   2     7    5     9
    PI(另外补充的)     30μ+100μ   2     8    6     10
    NG     130μ   9     10    8     15
使用购自Semmler and Reinhart公司(Meitingen，德国)，型号为WLM20/112的设备，测得本发明轴承的导热性能。将20mm直径的轴承圆盘插入二个温度分别设定在30℃及50℃的测试头之间。根据制造商的说明，测得导热性能的数值。其结果示于表IV。该表显示本发明轴承(PI)的导热性大约为NG的三倍，且在其整个厚度上，也同样优越于DU轴承。所述优异的导热性能显然是起因于形成了对于金属支持体112的固连接的结构条113，以至可有效地形成一自支持体112延伸至所述负载轴承衬114的表面的细微结构。在所述的连接中，一旦轴承衬114被磨损至结构条113(如图3所示的深度v，或在所测试的实施例中为约30μ，则所述导热甚至会更高。使用一个砂磨的衬底112并不会导致其结果有显著改善。
               表IV
    试样  单位导热性(W/m·K)
 PI(整个厚度)     2.7
 PI(从轴承衬削去30μ后)     4.0
 NG(标准钢衬底)     0.8
 NG(砂磨衬底)     1.0
 DU     2.4
 DU(从轴承衬削去30μ后)     4.7
基本上按DIN 53482的常规标准来测得轴承试样的导电性能，但在下述方面有某些不同。即，不同之处在于，在厚度＝轴承的总厚度、负载＝3000N(等于10N/mm2)以及在室温下放置5小时后进行测试。其结果示于下述表V。
               表V
    试样   表面比阻(Ω×cm2)
    PI     0.3
    NG     180
    NG(带有砂磨衬底)     6.6
本发明的轴承比标准轴承的NG更能抗机械应力。在这一方面，使用一0.8mm厚的钢制衬底及青铜中间层116和PTFE轴承衬114来制得本发明的轴承。所述青铜中间层116及PTFE轴承衬的尺寸如同上述，参照图3所示的尺寸。然后，将这些轴承110成形为如图1所示的、通常的圆筒轴瓦型轴承并设以法兰。经检查，本发明的轴瓦并未发现任何脱层现象，但NG轴承却发生脱层。
这样，本发明的、与衬底112作整体性的成形并嵌入所示负载轴承衬114中的隆起的结构条113，可以使用一种低磨擦、自润滑材料的较厚的轴承衬114。该轴承衬使轴承110具有较高的使用寿命。而且，该轴承的摩擦系数保持较低，且通常在其整个使用寿命过程中为恒定，甚至令人吃惊的是负载轴承衬114磨损至结构条113表面及其内部时也如此。轴承110也同样可有利地抵抗蠕变及机械应力，且具有热、电传导性能。
以上的描述在于对本发明作出初步的说明。尽管本发明已以其说明性的实施例进行了说明和显示，但本领域技术人员应该可以理解到：在不违背本发明的精神及范围的情况下，可以对本发明的内容进行上述及其它各种形式和具体内容的改变、省略及添加。

Claims (23)

1.一种免维修保养的轴承(110)，包括：
一个具有一个表面的衬底(112)；
沿所述表面相对间隔而置的多个结构条(113)；及
以与上述多个结构条接合的方式，覆加于所述表面之上的一个承载轴承衬(114)，其特征在于：
所述多个结构条(113)自所述表面作垂直伸出、隆起；
所述多个结构条(113)包括自所述表面同时伸出、隆起的多边形图形；及
所述多个结构条(113)嵌埋于所述负载轴承衬(114)中。
2.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述多个结构条一体性地设置于所述衬底中。
3.如权利要求2所述的轴承，其特征在于，所述多个结构条设置于一中间层(116)中，所述中间层作一体性地设置于所述衬底上。
4.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述衬底由金属材料制成。
5.如权利要求4所述的轴承，其特征在于，所述衬底由钢板制成。
6.如权利要求4所述的轴承，其特征在于，所述衬底由铝制成。
7.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述负载轴承衬包括一润滑性塑料材料。
8.如权利要求7所述的轴承，其特征在于，所述负载轴承衬材料选自氟聚合物、聚酰亚胺及芳族酮及其组合物。
9.如权利要求8所述的轴承，其特征在于，所述负载轴承衬材料还包括至少一种选自碳、石墨、氧化铝、碳化硅、氮化硼、玻璃、青铜、氟聚合物、硅氧烷、二硫化钼及其组合物的材料。
10.如权利要求3所述的轴承，其特征在于，所述中间层包括韧性金属材料。
11.如权利要求10所述的轴承，其特征在于，所述中间层包括青铜。
12.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述衬底基本上为平板状。
13.如权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述衬底基本上为圆筒状。
14.如权利要求13所述的轴承，其特征在于，所述衬底包括一中空管状，其至少一侧端部设以法兰。
15.如权利要求3所述的轴承，其特征在于，所述多个结构条系藉由将所述衬底包括中间层通过一对刻有须设置其上的、所希望的结构条图案的负版图案的轧辊而制成。
16.如权利要求15所述的轴承，其特征在于，所述负载轴承衬藉由加热、加压施敷于所述衬底上。
17.如权利要求15所述的轴承，其特征在于，所述负载轴承衬藉由粘合剂施敷于所述衬底上。
18.如权利要求16所述的轴承，其特征在于，所述负载轴承衬及粘合剂制成含有一聚合物混合物的单层。
19.如权利要求18所述的轴承，其特征在于，所述单层包括PFA及PTFE。
20.如权利要求19所述的轴承，其特征在于，所述单层藉由热熔挤压法从PFA制得。
21.如权利要求19所述的轴承，其特征在于，所述单层藉由薄片切削法从PTFE制得。
22.一种免维修保养的滑动轴承(110)的制造方法，所述方法包括下述步骤：
(a)提供一个具有表面的衬底(112)；
(b)在上述表面之上设置整体性的多个结构条(113)，以使所述结构条沿所述表面相对间隔而置、且自所述表面作基本上垂直伸出、隆起，所述结构条包括同时自该表面伸出、隆起的多边形图案；以及
(c)设置一个承载轴承衬(114)，所述承载轴承衬以与所述多个结构条结合的方式，覆加于所述表面之上，其特征在于，所述结构条嵌埋于所述轴承衬中。
23.如权利要求22所述的轴承制造方法，其特征在于，所述整体设置步骤(b)还包括：
将中间层(116)一体性地设置于所述衬底和负载轴承衬之间的衬底上的步骤(i)，和
形成所述中间层中的多个结构条的形成步骤(ii)；以及
所述设置负载轴承衬的步骤(c)还包括：以加热及加压手段，将所述负载轴承衬施敷于所述衬底上的步骤。
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