CN1446294A - 滑动轴承 - Google Patents

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Abstract

描述一种轴承，该轴承大致为圆柱形；轴承由具有高强度的衬底材料制成，在衬底上有由轴承材料制成的衬里，轴承的壁厚上有波纹结构。相对于轴承的轴线而言，波纹结构既可沿轴向也可沿横向延伸。

Description

滑动轴承
本发明涉及滑动轴承，特别是大致为圆柱形并由片状或条状材料包绕形成的滑动轴承。
经包绕形成的轴承，在轴承领域中经常称之为“衬套”，通常用在例如车门的铰链中。这种轴承不会工作于高转速或高频的环境中，但是当车门打开时，如果没有此轴承，车门将得不到任何支撑，因此悬挂在铰链上的车门的重量所产生的杠杆作用会向轴承施加较高的载荷。
常用于此类用途的一种轴承材料由高强度衬底材料构成，例如钢，且在其上有由塑料轴承材料制成的衬里。根据塑料材料的类型，在钢材料上通常还有一层多孔材料，通过将塑料材料渗入到多孔材料中可以提高塑料材料与衬底的连接性能。一种已知的连接材料是通过将塑料材料渗入到一层烧结在钢制衬底上的多孔青铜粉末中得到的。连接层表面自身可能有助于材料的承载性能，例如已知的“DU”(注册商标)型材料，该材料由PTFE塑料材料构成，在塑料材料中含有掺入铅的青铜，该材料的颗粒会出现在轴承的运转表面中。在另一种情况中，连接层仅起到将塑料材料连接到衬底的作用，而该层自身与轴承的表面性能无关。
在上述车门铰链的情况中，轴承工作时在轴承孔和相连的铰链销之间没有公差，即轴承表面与铰链销材料连续接触，以形成“零公差”轴承系统。这是为了防止车门在打开时下垂。
在制造上述类型轴承时，必须考虑其经济性。因此，轴承制造商所生产的衬套的尺寸公差往往很大，并且通常车辆制造商或其他不同的供应商所制造的衬套外壳和铰链销的公差往往也很大，达到60-100μm。
为了调节如此大的公差，特别是当衬套、外壳和销的公差组合在一起会使得配合过松或过紧时，惯例是当衬套装配到外壳时将校准器推入衬套，从而可以得到更能够被接受的减小了的公差范围。此校准过程是本领域公知的“抛光”。当带有铰链销的门装配到车辆上时，衬套和销之间的公差也必须为零，在某些情况下，为了确保零公差，必须备有一系列不同直径的销。抛光操作会造成衬里和连接层的塑性流动，这会对衬套造成永久损坏并导致使用寿命缩短。
更为麻烦的是，车辆制造商通常会规定车门铰链打开的最大转矩，铰链必须可以工作于该最大转矩之下，因此，不能允许过紧的铰链。
鉴于上述问题，制造商已经寻找办法使轴承衬套具有柔性和弹性，从而可以适应较大的制造公差，并可以保持经济的制造成本。
US-A-5 609 421通过制造从衬套轴向看时其横截面为非圆形的衬套，可使衬套具有柔性和弹性。所述的衬套略微成三角形，它的边是曲线，因此衬套衬底的外表面实质上和圆形外壳孔在三个位置处接触。与之相似，铰链销也仅在三个位置和所插入的衬套的孔相接触，这三个位置与衬套外径和外壳孔的接触位置在旋转方向偏出一定的角度。因此，当承受侧向载荷时，和与铰链销接触的线相对的轴承壁部分能够进行弹性变形。然而可以确信，尽管该轴承名义上称为零公差轴承，但是这一设计会使打开的门下垂过大。这种类型衬套的另一个缺点是因为铰链销和轴承表面之间只在三条线上接触，所以塑料衬里材料的磨损会比希望的要快的多。
因此，本发明的一个目的是提供一种没有上述现有技术缺点的零公差轴承。
根据本发明提供一种轴承，该轴承大致为圆柱形；轴承由具有高强度的衬底材料制成，在衬底上有由轴承材料制成的衬里，轴承的壁厚上有波纹结构。
波纹结构由一片或一条轴承衬底材料的塑性变形形成，且波纹结构在壁厚中延伸。由条片所制成的波纹结构材料的整体厚度大于条片的厚度。
如上所述，波纹结构可以在制成轴承之前形成于平条片上，然后轴承坯料从具有波纹结构的平条片上切割下来。或者，可以在加工成轴承期间使波纹结构形成于钢制的衬底材料上，即在形成轴承衬套的操作过程中将波纹结构形成在轴承坯料上。
在平条片材料的两个外表面，波纹结构看起来呈凹槽和脊，这些波纹可以沿大致平行于轴承轴线和/或横向于轴承轴线和/或倾斜于轴承轴线的方向延伸。因此，本发明中的轴承上的波纹结构可以沿多于一个方向延伸。
本发明中的轴承的一个重要优点是可以省略对轴承进行抛光的常规技术。如上所解释的，抛光是一项在轴承中形成精确孔尺寸配合的技术，通过将一具有圆形部分的工具推入轴承孔来实现，在将轴承衬套装配到它的外壳中时，该圆形部分的直径大于轴承孔的直径。抛光步骤会引起轴承材料结构的变形，在极端情况下会削弱轴承衬里和衬底材料之间的连接。抛光是轴承制造中费用昂贵的附加步骤，而本发明的轴承可以避免抛光步骤。
在本发明中，因为轴承壁厚可以适应更大程度的变形，所以可以省略抛光步骤，为获得正确的零公差配合，仅需将适当尺寸的铰链销插入即可。为了实现和轴承孔的精确装配，铰链销的直径仍需选择。但是，由于此时铰链销的正确尺寸包括较宽的公差范围，通过常规铰链销制造技术制造的铰链销的直径通常都落在该范围内。由于插入铰链销所引起的衬套塑性变形可以为20％的数量级。
为了更全面地理解本发明，本发明的实例将参照附图加以说明，其中：
图1给出了本发明第一个实施例中轴承的透视端视图；
图2给出了车门铰链组件的示意性剖视图；
图3给出了在形成轴承之前的一片波纹状条带的剖视图，并给出了其典型结构特征尺寸；
图4给出了在形成轴承之前在本发明中用来形成片层的工具的剖视图；
图5给出了波纹状片层或者条带的示意性透视图，它是由平片层或条带通过图4所示的工具形成的；
图6给出了沿图2的6-6线的外壳、轴承和铰链销的部分剖视图；和
图7给出了本发明第二个实施例中轴承的轴向剖视图，其中波纹结构位于圆周方向。
现在参照附图，其中相同的技术特征用同样的附图标记表示。
图1给出了本发明中轴承衬套10的透视图。衬套由平条片材料(未示出)制成，该材料具有钢制衬底12和连接在其一侧上的塑料衬里材料14。为了形成波状材料40(见图5和图6)，需使平条片材料在辊子20，22(见图4)之间穿过。辊子20，22分别绕轴线24，26转动，并且具有协同工作的凹槽28，30和凸脊32，34，其中一个辊子的凸脊能够容纳在另一个辊子的凹槽中。当辊子彼此接近时，输入的平条片会变形，从而获得沿该平条片壁厚方向的波纹结构36。于是，波状条片40包括在其上具有衬里14的升高的脊42，每个脊42通过凹槽44与下一个脊分离。波状材料40的反面由升高的脊46构成，每个脊46通过凹槽44与下一个脊分离。因此，由波状条片40包绕形成的轴承10也具有相应的升高的脊42，46和凹槽44，48。
图1所示的轴承10由坯料形成，该坯料取自波状条片40，该条片上的波纹平行于由该坯料形成的轴承的轴线。然而，可以直角切割该坯料，从而使通过包绕形成的轴承衬套的波纹结构沿轴承10的圆周方向延伸，即如图7所示相对于轴承轴线沿周向延伸，图7给出了根据本发明绘出的带有凸缘的衬套，其中凸缘部分仅部分示出。在另一个实施例中，可以如此切割坯料，使得所包绕形成的轴承衬套上的波纹结构沿轴承衬套的轴向长度方向成螺旋形延伸。
图2给出的车门铰链组件包括固定至车门(未示出)的轴承外壳部分50，该外壳容纳和支撑轴承10，在这个示例中，该轴承在一端原来就有凸缘52，装配至外壳部分50后，在轴承上形成了第二凸缘54。在铰链销56上有支撑部分58，并且该支撑部分固定至车体(未示出)。为了使装配到多个车门上的所有轴承具有统一的孔尺寸，在将轴承10装配到外壳部分50后，再将铰链销56推入轴承10的孔中。铰链销56的直径足以使轴承衬套10产生塑性变形，并使轴承背侧的脊46接触外壳的孔，而且还可以确保铰链销的外径由内部脊42的衬里材料14支撑。
将铰链销56推入轴承孔62中会使轴承壁变形，并且可以使脊46的外表面与外壳部分50的孔70接触。由于轴承材料自然的回弹作用，于是形成了零公差的轴承。由于壁厚度的波纹结构，轴承10可以容纳铰链销的整个公差范围，从而可以形成零公差轴承组件，而不会在公差范围的一端引起过度变形或者在公差范围的另一端产生松配合。当铰链销56被插入到孔62中时，凹槽44和48的存在允许轴承的脊42弯曲，这对于轴承衬套的弹性是很重要的。因此，在凹槽48和外壳的孔70之间形成的空隙80可以允许轴承表面的某些运动，而不会使打开门时，铰链所需的转矩变得过大。
很重要的是，需要注意轴承背面的脊46的表面和轴承孔中脊42的表面均形成与铰链销56的运转表面接触的圆弧。因此，尽管本发明的轴承并不具有超过360°的轴承摩擦表面，但是它已经具有比现有技术的轴承大得多的轴承表面接触区域，从而显著地降低了轴承磨损率。
通过使用适当成型的工具20，22可以改变脊42，46和凹槽44，48的间距、深度和长度，从而使用于制造轴承的波纹状片层具有理想的弹性并且可以使之易于变形或难于变形。
参照图3，图3给出了在形成轴承之前的波纹状平条片40的剖面，参照图1，图2和图7，轴承的常规尺寸为：
总厚度               A                     约1mm
形成波纹状平条片前平条片的厚度    B        约0.75mm
凹槽深度            C，D                   约0.25mm
凹槽宽度            E(44，48)              在约0.4和2mm之间
脊宽度              F(42，46)              在约0.8和2.5mm之间
试验已经显示，在部件公差的较宽范围上，转矩有微小变化，而且防止车门垂下的衬套阻力已证明是可接受的。
图2给出的铰链组件可以包括两个轴承，每个轴承都带有凸缘，可将它们从铰链件50上的孔的两端插入。
尽管已经参照车门铰链的轴承描述了本发明，本发明的轴承并不限于此，还可以用于要求零公差的多种应用中。
本发明的另一个优点是，如果需要，轴承孔中的波纹结构的凹槽提供了可填充诸如油脂的润滑剂的腔室，从而进一步延长了轴承寿命。

Claims (15)

1.一种轴承，该轴承大致为圆柱形；轴承由具有高强度的衬底材料制成，在衬底上有由轴承材料制成的衬里，其中轴承的壁厚上有波纹结构。
2.如权利要求1所述的轴承，其中波纹结构通过一片或一条轴承衬底材料的塑性变形形成，且波纹结构在壁厚中延伸。
3.如权利要求1或2所述的轴承，其中波纹结构沿大致平行于轴承轴线的方向延伸。
4.如权利要求1或2所述的轴承，其中波纹结构沿横向于轴承轴线的方向延伸。
5.如权利要求1或2所述的轴承，其中波纹结构沿倾斜于轴承轴线的方向延伸。
6.如权利要求1或2所述的轴承，其中波纹结构沿不止一个方向延伸。
7.如权利要求2所述的轴承，其中最初的条片是平条片，并且由平条片所制成的波纹状材料的整体厚度大于平条片的厚度。
8.如前面任意一项权利要求所述的轴承，其中制成衬里的轴承材料是塑料材料。
9.一种轴承，其中在轴承外径上的波纹状材料中，由波纹结构形成的凹槽和脊的宽度不相等。
10.如前面任意一项权利要求所述的轴承，其中轴承材料制成的衬里通过多孔层和所述衬底相连。
11.如权利要求10所述的轴承，其中所述多孔层是烧结的青铜粉末。
12.如前面任意一项权利要求所述的轴承，其中所述高强度衬底材料是钢。
13.一种包括前面权利要求1-12中任意一项所述轴承的铰链组件。
14.如权利要求13所述的铰链组件，其中所述轴承带有凸缘。
15.如权利要求13或14所述的铰链组件，其中包括两个轴承。
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