CN113874633A - 用于引导以振荡或旋转方式运动的元件的构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于引导以振荡或旋转方式运动的元件(2)的构件(1)。所述构件(1)包括主体(10)，所述主体(10)由硬化的金属材料制成、设置有用于装配运动的元件(2)的孔(12)、包括在孔(12)中不连续地分布并能够用作润滑脂(30)储存部的腔(20)并包括可选的润滑脂供应结构。在孔(12)中限定位于腔(20)和供应结构(26)外侧的承载表面(14)以及位于腔(20)中和供应结构(26)中的非承载表面(16)。所述孔(12)包括具有腔(20)的至少一个区域(40，42，44，46)，所述腔(20)具有2mm至5mm之间的深度(P20)并且腔(20)中每承载表面(14)的润滑脂(30)的量在0.05g/cm2至0.3g/cm2之间。本发明还涉及一种包括这种构件(1)的机械系统以及一种用于制造这种构件(1)的方法。

Description

用于引导以振荡或旋转方式运动的元件的构件
技术领域
本发明涉及一种用于引导以振荡或旋转方式运动的元件的构件。本发明还涉及一种包括这种构件的机械系统以及制造这种构件的方法。
本发明的领域是在连续运动或往复运动中确保在振荡或旋转时的引导功能的引导构件领域。
背景技术
传统上，这种引导构件由环构成，该环针对装配而设计，具有铰接如轴的元件的能力。
在实践中，这种机械系统在使用中承受高应力：高压、腐蚀、磨损、冲击。为了提高其使用寿命，在环和轴之间提供润滑。
所述环可设有例如在申请人名下的WO2014091123和WO2014091124中所描述的用作润滑脂储存部的布置。当机械系统被使用时，润滑脂逐渐离开所述布置以润滑环和轴之间的摩擦界面。因此，所述布置使得能够仅在装配状态下进行润滑或者以非常大的润滑时间间隔进行润滑。
青铜环、复合材料环和聚合物环具有在承受高载荷时能够适应轴的几何形状的优点，从而降低了正常压力。因此，PV系数(压力×速度)的降低导致磨损降低。然而，这些环的表面硬度低导致耐磨性低。
因此，对于承受高载荷和高磨损的环，习惯于使用具有高机械性能(拉伸屈服强度Re大于800MPa)和高硬度的钢。这些钢经过热处理并具有贝氏体或马氏体结构。然而，由于其机械性能高，所以这些环不能适应轴的挠曲，这导致极高的局部PV系数，因此导致磨损并致使卡滞。
申请人在引导构件领域拥有大量专业知识，并不断寻求改进现有系统。
发明内容
本发明的目的在于提出一种具有优异的耐磨性和耐卡滞性并且使用寿命长的改进的引导构件。
为此，本发明的目的是提供一种用于引导以振荡或旋转的方式运动的元件的引导构件，该构件包括主体，该主体由硬化的金属材料(硬化处理的金属材料)制成。主体设置有用于装配能够运动的元件的孔。主体包括在孔中不连续地分布并且能够用作润滑脂储存部的腔。并且主体包括可选的油脂供应结构。在孔中，在位于腔和供应结构的外侧限定有承载表面，在腔中和供应结构中限定有非承载表面。其特征在于，孔包括具有腔的至少一个区域，腔具有在2mm至5mm之间的深度，并且腔中每承载表面的润滑脂的量在0.05/cm2至0.3g/cm2之间。
因此，本发明能够提供一种耐用、高效且易于实现的引导构件。该构件特别适用于在高负载下运行并在磨损环境中承受冲击的机械系统，例如安装在公共工程、采矿、农业或工业(例如钢铁工业)机械上的铰接部。
根据本发明的其他有利特性，单独或组合应用以下技术手段：
-每承载表面的润滑脂的量在0.05g/cm2至0.2g/cm2之间。
-腔的深度在3mm至5mm之间，最好等于4mm。
-主体的径向厚度大于5mm，优选大于6mm。
-主体的金属材料具有介于200MPa至600MPa之间的屈服强度Re。
-主体的金属材料是钢。
-润滑脂供应结构包括在主体的外表面和孔之间的至少一个通孔。
-润滑脂供应结构包括形成在孔中的至少一个环形槽。
-润滑脂供应结构包括形成在主体外表面上的至少一个环形槽。
-主体的外表面上没有槽，特别是当孔中形成有环形槽时。
-润滑脂的密度(IS02811)优选在0.85g/cm3至1.05g/cm3之间，例如等于0.9g/cm3。
-作为非限制性示例，润滑脂可以选自参考型号“SNR Lub EP2”、“BP安能脂LSEP2”和“Tutela润滑脂MRM2”。
-孔优选是圆柱形的。
-孔包括表面涂层。
-表面涂层是在腔形成后被涂覆到承载表面和腔中的。
-表面涂层是在形成腔之前被涂覆于承载表面的。
-处理或涂层具有与主体的基础金属材料的物理特性不同的物理特性。
-处理或涂层为多层或单层。
-涂层是通过物理气相沉积(PVD)制造的。
-涂层是通过化学气相沉积(CVD)制造的。
-涂层是通过热喷涂制造的。
-涂层是通过冷喷涂制造的。
-涂层以粉末形式喷涂。
-涂层以液滴的形式喷涂。
-涂层是通过超音速火焰(High Velocity Oxy-Fuel，HVOF)方法制造的。
-涂层是通过激光熔覆(laser cladding)方法制造的。
-涂层是抗卡滞的。
-涂层包括DLC(“类金刚石碳”)类型的无定形碳的外层，特别是具有1μm至5μm之间的厚度，例如具有3μm的厚度。
-涂层包括自润滑复合材料(特别是基于树脂和/或编织的或未编织的增强材料的)的外层，所述自润滑复合材料包括例如PTFE、MoS2或石墨类型的填料。
-涂层包括聚合物清漆。
-处理是渗氮。优选地，孔具有组合层(白色层)，该组合层特别是具有5μm至50μm之间的厚度，例如20μm的厚度。
-处理是渗碳。优选地，在厚度上进行渗碳，厚度在0.5mm至4mm之间，例如2mm。
-处理是固态淬火。
-处理是感应淬火，优选为高频感应淬火。
-孔具有在小于或等于0.6mm的扩散深度上具有经处理以抗卡滞的表层，表层在深度为5μm至50μm之间的深度上具有大于或等于500Hv1的硬度。
-区域围绕着主体的纵向轴线360度覆盖整个孔。
-区域围绕着主体的纵向轴线在至少120度的角度区段上在孔中延伸。
-两个区域分别围绕着的纵向轴线在至少120度的角度区段上在孔中延伸。优选地，两个区域位于纵向轴线的两侧。
-区域可以有几种不同类型的腔，或只有一种类型的腔。
-腔具有圆形截面。
-腔具有蜂窝形截面。
-各个腔具有较大的长度或2mm至15mm之间的直径，例如6mm的直径。
-腔的表面密度在5％至65％之间，该表面密度被定义为在包括腔的所述区域中非承载表面与承载表面的比率。
-腔不会在主体的侧面横向地通向外面。
本发明还致力于一种机械系统，包括如上所述的引导构件以及在该引导构件中振荡或旋转的运动的元件。
本发明还致力于一种用于制造用于引导以振荡或旋转方式运动的元件的构件的方法，其特征在于所述方法包括下面连续的步骤：
a)制造主体，主体由金属材料制成，主体设置有用于装配运动的元件的孔，主体包括在孔中不连续地分布并能够用作润滑脂储存部的腔，主体包括可选的润滑脂供应结构，在孔中，在位于腔和供应结构的外侧限定有承载表面，在腔中和供应结构中限定有非承载表面，孔包括具有腔的至少一个区域，腔具有2mm至5mm之间的深度；
b)在孔上至少在所述区域中进行硬化处理；
c)按照在所述区域中的腔中以每承载表面0.05g/cm2至0.3g/cm2之间的润滑脂的量在孔中至少所述区域中涂覆润滑脂。
根据本发明的制造方法的实施例，在孔中涂覆润滑脂的步骤中，在腔中每承载表面润滑脂的量在0.05g/cm2至0.2g/cm2之间。
附图说明
通过阅读仅以非限制性示例的方式给出并参照附图进行的下述描述，本发明将会被更好地理解，其中：
图1是根据本发明的机械系统的轴向截面图，该机械系统包括环以及容纳于环中的轴。
图2是图1中的细节II的放大视图。
图3是沿着图1中的线III-III的剖开的环的径向剖视图。
图4是与图1类似的截面图，示出了根据本发明的没有润滑脂供应结构的环的变型。
图5是与图2类似的视图，示出了腔的变型。
图6是与图2类似的视图，示出了腔的另一变型。
图7是与图3类似的视图，示出了孔的变型。
图8是与图3类似的视图，示出了孔的另一变型。
图9是与图3类似的视图，示出了孔的另一变型。
具体实施方式
图1至图3示出了根据本发明的机械系统，该机械系统包括也是根据本发明的引导环1，以及在环1中以振荡或旋转的方式运动的轴2。
环1包括以纵向轴线X10为中心的管状主体10。主体10具有圆柱形外表面11和形成用于收容轴2的孔12的圆柱形内表面。主体10由接受硬化处理(例如渗氮、渗碳或淬火)的金属材料制成。优选地，主体10由屈服强度Re在200MPa至600MPa之间的钢制成。
主体10包括分布在孔12中并且能够充当润滑脂30储存部的腔20。腔20不连续地分布在孔12中，即它们彼此不连通。优选地，腔20围绕和/或沿着轴线X10规则地分布在孔12中。
腔20可以是任何形状。例如，腔20可以具有直径为D20的圆形径向截面，以及深度为P20的矩形轴向截面。在实践中，深度P20是在腔20的底部(在距离孔12的表面最远的点处)测量的。
主体10还包括用于将润滑脂30供应到孔12的结构26。例如，供应结构26包括形成在外表面11上的环形槽27、形成在孔12中的环形槽28，以及穿过槽(27、28)之间的主体10的至少一个通孔29。环形槽27和环形槽28围绕轴线X10形成。优选地，供应结构26包括围绕轴线X10分布的多个通孔29，通孔29的数量是2个、3个、4个或更多个。结构26，更具体地指环形槽28，不连接到腔20。
或者，供应结构26可不具有外部槽27。事实上，测试已经表明内部槽28足以确保将润滑脂30供应到孔12内。
在孔12中，在腔20和供应结构26的外侧限定有承载表面14，在腔10和供应结构26中限定有非承载表面16。
根据本发明，孔12包括至少一个区域40：
该区域中腔20的深度P20在2mm至5mm之间，及
腔20中润滑脂的量除以承载表面14的比率在0.05g/cm2至0.2g/cm2之间。
在计算润滑脂/承载表面14的比率时不考虑供应结构26中含有的润滑脂30。
申请人进行的测试已经表明，在以振荡或旋转的方式操作的铰接部的情况下，内部槽28中的润滑脂30对孔12的润滑没有效果，因为槽28不连接到腔20。此外，槽28通过减少了承载表面14而有助于增加轴2和环1之间的接触压力。
这些测试是在下面的条件下进行的：
环1的内径为80mm，外径为95mm，长度为60mm；
压力＝50MPa；
仅初始润滑；
在具有内部润滑槽28的环1和不具有内部润滑槽28的环1之间进行比较。
没有内部润滑槽28的环1的使用寿命是具有内部润滑槽28的环1的使用寿命的两倍。
获得的效果与本领域现有技术的某些出版物的结论是相反的，其宣称环1中含有的所有润滑脂(包括内部槽28和外部槽27中含有的润滑脂)都是起作用的。
优选地，区域40中的腔20的深度P20在3mm至5mm之间。更优选地，深度P20等于4mm。
在图1至图3的示例中，区域40以360度围绕主体10的轴线X10覆盖整个孔12。换句话说，整个孔12设置有深度P20在2mm至5mm之间的腔20。
优选地，孔12在扩散深度P50(小于或等于0.6mm)上具有经处理以抗卡滞的的表层50，表层50在深度P52(在5μm至50μm之间)上具有大于或等于500Hv1的硬度。
通过改变一定的参数(如环1的尺寸、腔20的尺寸以及轴2的材料)，进行了两轮测试。
对于第一轮测试，表1表示用于这轮测试的测试条件，而表2和表3表示不同系列的测试以及获得的结果。
表1
Figure BDA0003364031360000061
表2
Figure BDA0003364031360000062
在下面的表3中给出了在大尺寸环上进行的测试的结果。
表3
Figure BDA0003364031360000071
对于第二轮测试，表4表示用于这轮测试的测试条件，而表5表示一系列的测试以及获得的结果。
表4
Figure BDA0003364031360000072
表5
Figure BDA0003364031360000073
Figure BDA0003364031360000081
根据两轮测试的结果，注意到，当每承载表面的润滑脂的量在0.05g/cm2至0.3g/cm2之间时，对应于在卡滞之前的循环的数量的性能值最好，在0.05g/cm2至0.2g/cm2之间尤其好。
在附图4-9中示出了根据本发明的引导构件1的其他实施例。为了简单的目的，构件1的一些构成元素与上述第一实施例中的那些构成元素是可比较的，具有相同的标号。
图4示出了引导构件1包括腔20但是不具有润滑脂供应结构30。在孔12中，承载表面14被限定在腔20的外侧，而非承载表面16被限定于腔20中。
图5示出了直径D20小于深度P20的腔20。
图6示出了直径D20大于深度P20的腔20。
图7示出了孔12包括围绕着纵向轴线X10在120度的角度区段上延伸的区域42。在该区域42中，孔12设置有深度仅在2mm至5mm之间的腔20。在该区域42以外，孔20没有用作润滑脂30储存部的腔。
图8示出了孔包括围绕着纵向轴线X10在180度的角度区段上延伸的区域42。在该区域42中，孔12设置有深度仅在2mm至5mm之间的腔20。在该区域42以外，孔20设置有用作润滑脂30储存部并且深度小于2mm的腔22(例如1mm的腔)。计算区域42中润滑脂30/承载表面14的比率时不考虑这些腔22。
图9示出了孔12包括两个区域44和46，每个区域围绕着纵向轴线X10在120度的角度区段上延伸。区域44和46在轴线X10的两侧彼此相对地布置。
此外，在不脱离权利要求中限定的本发明的范围的情况下，引导构件1的形状可以不同于图1至9。此外，上述不同实施例和变型的技术特性能够整体地或仅部分地结合。因此，引导构件1可以在成本、功能和性能方面进行调整。

Claims (12)

1.一种引导构件(1)，用于引导以振荡或旋转方式运动的元件(2)，所述引导构件包括主体(10)，所述主体(10)由硬化的金属材料制成，所述主体(10)设置有用于装配所述运动的元件(2)的孔(12)，所述主体(10)包括在所述孔(12)中不连续地分布的腔(20)，所述腔(20)能够用作润滑脂(30)储存部，所述主体(10)包括可选的用于供应润滑脂(30)的结构(26)，在所述孔(12)中，在位于所述腔(20)和所述供应结构(26)的外侧限定有承载表面(14)，在所述腔(20)中和所述供应结构(26)中限定有非承载表面(16)，其特征在于，所述孔(12)包括具有所述腔(20)的至少一个区域(40，42，44，46)，所述腔(20)具有2mm至5mm之间的深度(P20)，并且所述腔(20)中每承载表面(14)的所述润滑脂(30)的量在0.05g/cm2至0.3g/cm2之间。
2.根据权利要求1所述的引导构件(1)，其特征在于，所述腔(20)中每承载表面(14)的润滑脂(30)的量在0.05g/cm2至0.2g/cm2之间。
3.根据权利要求1或2所述的引导构件(1)，其特征在于，所述区域(40)中的腔(20)的深度在3mm至5mm之间，优选地等于4mm。
4.根据前述权利要求中任一项所述的引导构件(1)，其特征在于，所述孔(12)包括表面涂层。
5.根据前述权利要求中任一项所述的引导构件(1)，其特征在于，所述孔(12)在小于或等于0.6mm的扩散深度(P50)上具有经处理以抗卡滞的表层(50)，所述表层(50)在5μm至50μm之间的深度上具有大于或等于500Hv1的硬度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的引导构件(1)，其特征在于，所述主体(10)的金属材料的屈服强度Re在200MPa至600MPa之间。
7.根据前述权利要求1-6中任一项所述的引导构件(1)，其特征在于，所述区域(40)围绕着主体(10)的纵向轴线(X10)360度覆盖整个所述孔(12)。
8.根据前述权利要求1-6中任一项所述的引导构件(1)，其特征在于，所述区域(42)围绕着主体(10)的纵向轴线(X10)在至少120度的角度区段上在所述孔(12)中延伸。
9.根据前述权利要求1-6中任一项所述的引导构件(1)，其特征在于，两个区域(44，46)在所述孔(12)中延伸，每个区域围绕着(10)的纵向轴线(X10)在至少120度的角度区段上延伸。
10.一种机械系统，包括根据前述权利要求中的一项的引导构件(1)，以及在该引导构件(1)的所述孔(12)中以振荡或旋转的方式运动的元件(2)。
11.一种用于制造用于引导以振荡或旋转方式运动的元件(2)的构件(1)的方法，其特征在于，所述方法包括下面连续的步骤：
a)制造主体(10)，所述主体(10)由金属材料制成，所述主体(10)设置有用于装配所述运动的元件(2)的孔(12)，所述主体(10)包括在所述孔(12)中不连续地分布的腔(20)，所述腔(20)能够用作润滑脂(30)储存部，所述主体(10)包括可选的用于供应润滑脂(30)的结构(26)；
在所述孔(12)中，在位于所述腔(20)和所述供应结构(26)的外侧限定有承载表面(14)，在所述腔(20)中和所述供应结构(26)中限定有非承载表面(16)；
所述孔(14)包括具有所述腔(20)的至少一个区域(40，42，44，46)，所述腔(20)具有2mm至5mm之间的深度(P20)；
b)在所述孔(12)上至少所述区域(40，42，44，46)中进行硬化处理；
c)在所述孔(12)中至少所述区域(40，42，44，46)中涂覆所述润滑脂(30)，在所述区域(40，42，44，46)中，所述腔(20)中每承载表面(14)的所述润滑脂(30)的量在0.05g/cm2至0.3g/cm2之间。
12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，在所述孔(12)中涂覆所述润滑脂(30)的步骤中，所述腔(20)中每承载表面(14)的所述润滑脂(30)的量在0.05g/cm2至0.2g/cm2之间。
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