NO172146B - Hydrodynamisk lager og fremgangsmaate til fremstilling av dette - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører hydrodynamiske lagre. I slike lagre bæres en roterende gjenstand såsom en aksel av

et stasjonært lager via et trykkfluid såsom olje, luft eller vann. Hydrodynamiske lagre blir ofte, men ikke utelukkende, brukt i såkalte prosessmurte anvendelser hvor lageret smøres av det tilgjengelige fluid istedenfor av et typisk smøremid-del såsom olje. Spesielle anvendelser innbefatter pumpeak-sellagre som kan være smurt av det fluid som pumpes, eller marine aksellagre som smøres av vann.

Hydrodynamiske lagre drar fordel av det faktum at når den roterende gjenstand beveger seg, glir den ikke langs toppen av fluidet. Istedenfor hefter fluidet i kontakt med den roterende gjenstand tett til den roterende gjenstand, og bevegelsen ledsages av slipp eller skjærbevegelse mellom fluidpartiklene over hele høyden av fluidfilmen. Dersom således den roterende gjenstand og kontaktsjiktet av fluidet beveger seg med en kjent hastighet, minker hastigheten ved mellomliggende høyder av fluidtykkelsen på kjent måte i retning av fluidet i kontakt med den stasjonære lagerkloss, som hefter til lagerklossen og er uten bevegelse. Når lagerklossen bøyes en liten vinkel i forhold til det roterende organ på grunn av belastningen som skyldes at den bærer det roterende organ, vil fluidet bli trukket inn i den kileformede åpning, og tilstrekkelig trykk vil dannes i fluidfilmen til at lasten kan bæres. Dette faktum benyttes i aksiallagre for hydrauliske turbiner og propellaksler for skip, så vel som i konvensjonelle glidelagre med fluidsmør-ing. Selv om olje er det vanligste fluid for store belastninger, kan mindre belastninger bæres med andre fluider såsom luft eller vann.

Lagrene ifølge foreliggende oppfinnelse kan benyttes som erstatning for såkalte kuttfrie lagre eller slitasjelagre av gummi som vanligvis benyttes i marine eller andre anvendelser. Selv om disse kuttfrie eller slitasjelagre innbefatter en vannkile for å skape den hydrodynamiske effekt, lider de av flere strukturelle begrensninger og vil uvilkårlig utsettes for slitasje. Som nærmere omtalt nedenfor, har oppfinneren oppdaget at begrensningene til disse lagre primært kan henføres til deres oppbygning, som består av et relativt stort tverrsnitt av myk gummi montert i et sylindrisk me-tallrør. På grunn av gummiens mykhet og det relativt store aksiale tverrsnitt av den myke gummi, har dette lager util-strekkelig radial stivhet til å gi optimal ytelse.

Foreliggende oppfinnelse vedrører også et hydrodynamisk lager som har bjelkemonterte lagerklosser. Et godt eksempel på en bjelkemontert lagerkloss er vist i US patent nr. 3.107.955. I slike lagre er den hydrodynamiske lagerkloss montert på bjelkelignende bæreorganer slik at klossen kan avbøyes for å danne en hydrodynamisk kile.

Selv om hydrodynamiske lagre og bjelkemonterte lagerklosser har vært kjent i noen tid, er det kun i det siste at oppfinneren, ved hjelp av datamaskinassistert endelig elementana-lyse, har oppdaget den overordentlige betydning av de relativt små avbøyninger som skjer når hydrodynamiske lagre belastes. Bortsett fra et begrenset antall unntakelser såsom US patent nr. 3.107.955, ble disse avbøyninger, som er meget vanskelige å måle fysisk, tidligere ansett som ubety-delige og/eller ignorert av lagerkonstruktører. Imidlertid har foreliggende oppfinner oppdaget at ved å simulere opp-førselen av hydrodynamiske lagre på datamaskiner, kan av-bøyningene forutbestemmes og lagre med dramatisk forbedret ytelsesegenskaper kan konstrueres. Disse lagre kan generelt karakteriseres ved at de innbefatter i det minste én bjelkemontert lagerkloss. Eksempler på slike forbedrede lagre er beskrevet i oppfinnerens tidligere amerikanske patenter nr. 4.496.251, 4.526.482 og 4.676.668.

US patent nr. 4.496.251 viser bl.a. et lager som omfatter en lagerkloss som avbøyes med nettlignende bånd slik at den kileformede smøremiddelfilm dannes mellom relativt bevegelige deler.

US patent nr. 4.515.486 viser bl.a. hydrodynamiske glide- og aksiallagre som omfatter en flerhet lagerklosser, hvor hver kloss har et overflateorgan og et bæreorgan som er adskilt og limt sammen ved hjelp av et elastomert materiale.

US patent nr. 4.676.668 viser bl.a. et lager hvor lagerklossene kan være adskilt fra bæreorganet ved hjelp av i det

minste ett ben som gir fleksibilitet i tre retninger. For å gi fleksibilitet i bevegelsesplanet, er bena skråstilt innad slik at de danner en konisk form med et skjæringspunkt foran lagerklossens overflate. Hvert ben har en tverrsnittsmodul

som er relativt liten i den forønskede bevegelsesretning for å tillate kompensasjon for feilinnretning.

Fra US patent nr. 3.971.606 er det kjent et hydrodynamisk lager som omfatter et stort sett rundtgående lagerskobærende skjelettparti som har en forutbestemt hårdhet. Skjelettpartiet har indre og ytre omkretsflater, en flerhet indre aksiale spor som er utformet i innerflaten og adskilt i omkretsretningen slik at det dannes en flerhet bjelkemonterte lagerskounderstøttende flater. Videre omfatter lageret en flerhet lagersko som er utformet av et ikke-newtonsk fluidmateriale som har mindre hårdhet enn skjelettpartiet. Lagerskoene er i en utførelse limt til skjelettpartiet, en befestigelsesmåte som vanskelig kan gi den nødvendige styrke i forbindelsen når delene utsettes for høyere temperatur og deformerende krefter. Patentet viser også eksempler på andre forbindelsesmåter, f.eks. innsetting av lagerskoene i svalehalespor, hvor det benyttes kiler for å holde lagerskoene på plass. Videre er lageret avhengig av en omsluttende, stiv hylse for å oppnå nødvendig styrke. Dette gjør lageret komplisert og relativt dyrt.

Endelig viser US patent nr. 4.526.482 bl.a. et hydrodynamisk lager som primært er beregnet for prosessmurte anvendelser, dvs. at lageret er konstruert for å arbeide i et fluid. Det hydrodynamiske lager er utformet slik at en sentral seksjon av den lastbærende flate er mere ettergivende enn resten av lageret slik at det vil avbøyes under belastning og danne en trykklomme av fluid for bæring av høye belastninger.

Lagrene beskrevet i foran nevnte patent er typiske i det minste delvis av metall og har former som ikke lett kan ekstruderes, men som er funnet å være best egnet for visse anvendelser. Likevel kan disse lagre vanligvis produseres med kostnader som ligger langt under kostnadene for lagre med lignende ytelsesevne. Dette skyldes at lagrene både er mindre komplekse og mindre av størrelse enn konkurrerende lagre. Videre oppviser disse lagre betydelig bedre slita-sjeegenskaper. Disse forbedrede egenskaper skyldes hovedsakelig konstruktørens forståelse av de krefter lagrene vil utsettes for og den resulterende konstruksjon som tar hensyn til disse krefter.

Til tross for de mange fordeler og de små omkostninger disse lagre medfører, er det ønskelig å finne en måte for ytterligere å redusere produksjonsomkostningene. Dette gjelder spesielt i de forbindelser hvor den høye ytelse av lagrene beskrevet i søkerens tidligere patenter ikke er nødvendig.

Foreliggende oppfinnelse vedrører også bruk av ikke-newtonske fluider såsom plast, gummi og lignende materialer i hydrodynamiske lagre. Ikke-newtonske fluider er karakterisert som reelle fluider. Alle reelle fluider har intern friksjon slik at deres deformasjonshastighet er proporsjonal med den påførte skjærspenning. Dersom deformasjonshastig-heten er direkte proporsjonal, kalles det et newtonsk fluid, og i motsatt fall kalles det et ikke-newtonsk fluid. Således kan ikke-newtonske fluider generelt karakteriseres som fluider hvis viskositet endrer seg med strømningshas-tigheten. Bruk av ikke-newtonske flytende materialer gir helt spesielle fordeler og medfører betydelige hindringer på grunn av deres unike egenskaper.

Når et ikke-newtonsk fluid såsom plast eller gummi hemmes eller innesperres, blir det inkompressibelt. Når det samme materiale imidlertid ikke hemmes eller innesperres, flyter det på en forutsigbar måte når en belastning påføres. Videre er ikke-newtonske fluidmaterialer såsom gummi, plast og lignende vanligvis billigere enn de metalliske materialer som vanligvis benyttes ved lagerfremstilling. Fremstilling av deler av ikke-newtonsk fluidmateriale er vanligvis lettere enn fremstilling av tilsvarende metalliske deler.

Til tross for de mange fordeler som forventes å bli re-sultatet av bruk av ikke-newtonske fluidmaterialer i hydrodynamiske lagre, har slike materialer kun vært benyttet i begrenset grad.

Foreliggende oppfinnelse vedrører et hydrodynamisk lager som er egnet for bruk i prosessmurte så vel som i andre anvendelser, samt en fremgangsmåte for fremstilling av lageret. Oppfinnelsen er nærmere definert i kravene.

Lageret har konstant tverrsnitt slik at det lett kan ekstruderes, dvs. det har en ekstruderbar form. Lageret innbefatter en flerhet bjelkemonterte lagerklosser. Videre er lageret ekstrudert som en kompositt av to eller flere ikke-newtonske, fortrinnsvis elastomere eller polymere materialer såsom plast, gummi eller lignende som har varierende stivhet, med andre ord, en multi-hårdhet komposittplast for å oppnå fordelene med varierende stivhet.

Nærmere bestemt er lageret ifølge foreliggende oppfinnelse et ekstruderbart multi-hårdhet hydrodynamisk lager. Lageret er konstruert utelukkende av ikke-newtonske fluidmaterialer og har et ekstruderbart aksialt tverrsnitt. Lageret innbefatter et hovedsakelig sirkumferensielt lagerklossbær-ende skjelettparti med forutbestemt hårdhet. Skjelettpartiet har indre og ytre omkretsflater. En flerhet indre aksiale spor er utformet i den indre flate, og en flerhet ytre aksiale spor er utformet i den ytre flate. De indre aksiale spor og ytre aksiale spor er adskilt i forhold til hverandre for å danne en flerhet bjelkemonterte lagerklossbæreflater. Lageret innbefatter også en flerhet lagerklosser som har forutbestemt hårdhet som er mindre enn den forutbestemte hårdhet av skjelettpartiet. Hver av lagerklossene er forenet eller sammensmeltet med en tilsvarende lagerklossbæreflate. Lageret kan også innbefatte deflek-sjonskontrollerende organer som er forenet eller sammensmeltet med de indre spor og/eller de ytre spor. Defleksjonskontrollorganene er fortrinnsvis mykere enn det lager-klossbærende skjelettparti.

Oppfinneren har oppdaget at i mange spesielle anvendelser såsom slike hvor hastigheten er høy, er det nødvendig å undersøke og vurdere den dynamiske fleksibilitet av hele systemet som består av akselen eller rotoren, den hydrodynamiske smørefilm og lageret. I datamaskinanalyse av dette problem under bruk av en endelig elementmodell, er det funnet at det er nødvendig å behandle hele lageret som et fullstendig fleksibelt organ som endrer fasong under funk-sjonsbelastninger. Ved å tilføre mere eller mindre fleksibilitet ved maskinering av hovedstrukturen, kan det oppnås lageregenskaper som gir stabil, lavfriksjonsfunksjon over store funksjonsområder. Man har funnet at et antall variabler i betydelig grad påvirker lagrenes ytelsesegenskaper. Blant de viktigste variabler er form, størrelse, plassering og materialegenskaper (dvs. elastisitetsmodul etc.) av lagerklossen og bæreorganene i det hydrodynamiske lager. Formen av bæreorganene har vist seg å være spesielt viktig.

Foreliggende oppfinnelse vedrører også et hydrodynamisk lager som har en flerhet lagerklosser utformet av et relativt mykt ikke-newtonsk fluidmateriale. Lagerklossene har bueformede eller konkave flater og fastholdes slik at under den belastning som normalt påføres av den aksel som bæres, vil de avbøyes på en måte som gir et kileformet gap mellom akselen og den bueformede flate av lagerklossen.

På grunn av den varierende stivhet oppviser lageret forbedrede funksjonsegenskaper. Spesielt vil bruken av både stive og myke fleksible ikke-newtonske fluidmaterialer gjøre det mulig for lageret å bibeholde tilstrekkelig stivhet til å sikre riktig dannelse av en hydrodynamisk kile. Foreliggende oppfinnelse eliminerer således de problemer man har opplevd med kjente kuttfrie eller slitasjelagre.

På grunn av at lageret er fremstilt av relativt billige ikke-newtonske fluidmaterialer, fortrinnsvis elastomere eller polymere materialer såsom plast, gummi eller lignende, og da det kan ekstruderes, kan lageret videre produseres med betydelig lavere omkostninger enn andre ikke-ekstruderbare lagre. Foreløpige indikasjoner tilsier i realiteten at lageret kan produseres i større kvanta for mindre enn 1 % av omkostningene for konkurrerende marine lagre.

Foreliggende oppfinnelse trekker også fordel av de fysiske egenskaper til ikke-newtonske fluider. Som nevnt ovenfor blir f.eks. visse ikke-newtonske fluider såsom polymerer og elastomerer inkompressible når de hemmes eller innesperres. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et hydrodynamisk lager som er fremstilt utelukkende av ikke-newtonske fluider og som har en flerhet seksjoner, hvilke seksjoner har betydelig forskjellig hårdhet eller stivhet. Seksjonene er utformet slik at en første, hardere seksjon hemmer en andre, mykere seksjon slik at den andre seksjon er stiv, dvs. hovedsakelig inkompressibel i radial retning, men fleksibel i skjærretningen. Ved å tilveiebringe de mykere seksjoner og hardere seksjoner slik at de danner en flerhet relativt myke, konkave bjelkemonterte lagerklosser montert på relativt stive bjelkemonterte lagerklossbæreflater, blir lageret slik formet at det avbøyes på kjent måte for å gi en hydrodynamisk kile for bæring av en roterende aksel.

Lageret ifølge foreliggende oppfinnelse er velegnet for bruk i mange anvendelser. Imidlertid er lageret spesielt velegnet for bruk i prosessmurte anvendelser såsom ved boring av oljebrønner, i neddykkede pumper eller turbinpumper, og for marine drivaksler.

Lageret ekstruderes ved bruk av kjente multi-hårdhet ekstruderingsteknikker som vanligvis benyttes ved ekstrudering av multi-hårdhet plastdeler såsom vindus- og dør-tetninger, støtabsorberende støtfangere og fleksible hengsler, men har såvidt søkeren kjenner til ikke tidligere vært benyttet ved fremstilling av lagre.

Teknikken som benyttes for å ekstrudere multi-hårdhet stykker såsom lagrene ifølge foreliggende oppfinnelse, med-fører typisk en fremgangsmåte hvor multi-hårdhet seksjonene suksessivt ekstruderes på hverandre i en delvis herdet eller uherdet tilstand slik at det ikke er nødvendig med lim for å danne et sammensatt ekstrudert resultat. Dette skyldes at i delvis herdet eller uherdet tilstand er de ekstruderte materialer klebrige. Etter at den ferdige rør-formede seksjon er ekstrudert, blir hele ekstrudatet herdet for å gi et sammensatt rørformet element som har flere seksjoner av varierende stivhet. Når det gjelder lagrene ifølge foreliggende oppfinnelse, blir det relativt lange ekstrudat med det forønskede aksiale tverrsnitt og med passende multi-hårdhet seksjoner ekstrudert og deretter kappet til individuelle lagre. De individuelle lagre dimensjoneres ved maskinering for bl.a. å gi nøyaktig den krevde innerdiameter og ytterdiameter.

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal den beskrives nærmere under henvisning til vedføyede tegninger, hvor: Fig. 1 er et tverrsnitt av et lager ifølge foreliggende oppfinnelse; Fig. 2 er et perspektivisk riss av et rørformet ekstrudat ifølge foreliggende oppfinnelse; Fig. 3 er et partielt tverrsnitt i større målestokk av et lager ifølge foreliggende oppfinnelse; Fig. 4 er et partielt tverrsnitt som viser et lager ifølge foreliggende oppfinnelse som avbøyes under belastningen fra en roterende aksel; og Fig. 5 er et skjema som viser hovedtrekkene som benyttes ved fremstilling av et lager i henhold til en fremgangsmåte ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 1 er et tverrsnitt av et typisk ekstruderbart lager ifølge foreliggende oppfinnelse. I det viste eksempel er lageret ansett som ekstruderbart fordi det har konstant tverrsnitt som vist på fig. 1.

Som vist på fig. 1, er lageret blitt maskinert til nøyaktig ytterdiameter O.D. og innerdiameter I.D. De brutte linjer på fig. 1 viser indre og ytre diameter etter ekstruderingen, men før maskinering. I normal bruk plasseres lageret i et hus som er i tett kontakt med ytterdiameteren av lageret, og lageret understøtter en aksel plassert innenfor innerdiameteren av lageret. Ytterdiameteren av lageret er således en funksjon av innerdiameteren av huset som lageret skal plasseres i, og innerdiameteren er en funksjon av størrelsen av akselen som skal understøttes. Som i ethvert hydrodynamisk lager er naturligvis innerdiameteren av lageret på forutbestemt måte litt større enn ytterdiameteren av akselen som skal understøttes av lageret for at det skal kunne dannes en fluidfilm som understøtter akselen.

Som vist på fig. 1, er lageret ifølge oppfinnelsen fremstilt fullstendig av ikke-newtonske fluidmaterialer, fortrinnsvis polymere eller elastomere materialer såsom gummi, plast eller lignende. Lageret består av en kompositt av seksjoner av ikke-newtonske fluidmaterialer som har forskjellig hårdhet. Nærmere bestemt innbefatter lageret et enhetlig, bjelkelignende, lagerskobærende skjelettparti 10 som er konstruert av relativt stivt eller hardt materiale, f.eks. hard Shore D gummi. Skjelettpartiet 10 er hovedsakelig rundtgående av form og innbefatter en flerhet i omkretsretningen adskilte, radialt utad forløpende indre aksiale spor 12 utformet i den indre omkretsflate av lageret, og i omkretsretningen adskilte radiale innad ragende, ytre aksiale spor 14 utformet på lagerets ytre omkretsflate. På grunn av disse spor har det lagerskobærende skjelettparti 10 av det viste lager en tilnærmet tannforsynt, diskontinuerlig om-kretsutformning.

Den spesielle form av lageret vist på fig. 1 er ikke på noen måte essensiell for foreliggende oppfinnelse og er i realiteten kun ønskelig for spesielle anvendelser. Det spesielle tverrsnitt av lageret ifølge oppfinnelsen for enhver spesi-ell anvendelse avhenger av de avbøyninger som er nødvendige for å oppnå optimale resultater. I visse tilfeller kan det således være ønskelig å tilveiebringe et lager som ikke omfatter ytre aksiale spor som de som er vist ved 14 på fig. 1. Videre vil sporene kun ha forskjellig tverrsnitt, dvs. mer eller mindre avsmalnende, for å gi den best ønskelige funksjon under belastning.

Når lageret ifølge foreliggende oppfinnelse er forsynt med både indre og ytre aksiale spor og når de indre spor er plassert mellom tilstøtende ytre spor som vist på fig. 1, vil den lagerskobærende skjelettstruktur fungere som et nettverk av hovedsakelig rundtgående og radiale bjelker som er innrettet til å avbøyes under belastning. Fig. 3 viser et parti av bjeikenettverket for et parti av et lager i likhet med det som er vist på fig. 1. Lageret vist på fig.

1 omfatter åtte lagerskobærende understøttelsessektorer eller -segmenter. De lagerskobærende sektorer eller segmenter er definert av de adskilte indre aksiale spor 12. Hver lagerskobærende sektor eller segment innbefatter en krummet lagerskobærende flate 16 som dannes av den radialt innerste flate av det lagerskobærende segment, en huskontaktflate 18 som dannes av de radialt ytterste partier 18 av lagerskobæ-resegmentene, og et par forbindelsespartier 20 som forbinder huskontaktpartiene 18 med lagerbæreflaten 16. På grunn av denne konstruksjon fungerer skjelettpartiet 10 som et nettverk av bjelker som vist på fig. 3. Nettverket av bjelker innbefatter de indre rundtgående bjelker betegnet 26, de ytre rundtgående bjelker vist ved 28, og de radiale bjelker vist ved 30. Under belastning vil dette nettverk av bjelker avbøyes på en måte som kan bestemmes basert på graden av belastning, det benyttede materiale i skjelettstrukturen 10, og størrelsen av og avstanden mellom de indre og ytre aksiale spor.

På dette punkt skal det bemerkes at selv om det ikke-newtonske fluidmateriale som er benyttet i skjelettpartiet 10 her er beskrevet som relativt stivt eller hardt sammenlignet med de relativt fleksible eller myke materialer som er benyttet i andre partier av lageret beskrevet nedenfor, er materialet benyttet for utformning av skjelettpartiet 10 betydelig mere fleksibelt enn de materialer som vanligvis utgjør skjelettpartiene av vanlige glidelagre. Det er således å vente at skjelettpartiet av lagrene ifølge foreliggende oppfinnelse avbøyes under belastning i mye større grad enn lagre som har skjelettpartier av metall. Et typisk skjelettmateriale for foreliggende oppfinnelse vil ha en hårdhet på shore D-skala-en.

Som det vil ses av fig. 1, innbefatter lageret ifølge foreliggende oppfinnelse også en flerhet relativt myke eller fleksible lagersko 50, hvis antall svarer til antall lager-skobæreflater anordnet på skjelettpartiet 10. I henhold til et viktig aspekt ved foreliggende oppfinnelse er lagerskoene fortrinnsvis forenet eller sammensmeltet med skjelettpartiet. Lagerskoene 50 er konkave i tverrsnitt, slik fig. 1 viser, og er radialt noe tykkere på midten og avsmalner buet mot sine ender i omkretsretningen. Grunnen til dette tykkere midlere parti og de tynnere endepartier er å lette defleksjonen av lagerskoen under belastning. Lagerskoene 50 er utformet av relativt mykt eller fleksibelt ikke-newtonsk fluidmateriale, fortrinnsvis en polymer eller elastomer såsom gummi, plast eller lignende. Eksempelvis kan lagerskoene 50 være konstruert av Shore A gummi. Materialet som benyttes til å danne lagerskoen er fortrinnsvis betydelig mykere eller mere fleksibelt enn materialet benyttet i skjelettpartiet 10. Det mykere materiale gir bedre ytelse og reduserer akselslitasje under funksjonsbetingelser med lav viskositet eller abrasivt smøremiddel.

Siden både skjelettpartiet 10 og lagerskoene 50 er fremstilt av ikke-newtonske fluider, har de tendens til å flyte på en forutsigbar måte under belastning. I en typisk brukssitua-sjon utsettes lageret både for radiale belastninger på grunn av akselens vekt og skjærbelastninger på grunn av akselens rotasjon. Da lageret hemmes i radial retning av et hus i normal bruk, vil materialene som lageret er fremstilt av være inkompressible i radial retning. Imidlertid er dette riktig kun i den utstrekning lageret fastholdes av huset i radial retning. Dersom f.eks. de ytre aksiale spor 14 ikke er fylt med defleksjonskontrollorganer som beskrevet nedenfor, vil partiene langs den ytre omkrets av lageret ikke være fastholdt eller hemmet av huset i radial retning. Derved vil det.kunne skje en. viss-radial defleksjon av lageret. Når lageret fastholdes fullstendig i radial retning av huset, er det omtrent inkompressibelt i radial retning, og den radiale belastning absorberes av fluidfilmen mellom lagerskoene 50 og den roterende aksel. På den annen side, på grunn av de indre aksiale spor 12, fastholdes hverken lagerskoene eller skjelettpartiet 10 mot defleksjon i omkretsretningen på grunn av skjærbelastningen som påføres av den roterende aksel. Siden det foreligger en spalte eller et gap mellom akselen og den radialt innerste flate av lagerskoene 50, vil videre hele lagerskoen 50 og det tilhør-ende segment av skjelettpartiet 10 kunne svinge oppad som resultat av skjærbelastningen som påføres av den roterende aksel slik at det dannes en hydrodynamisk kile. Et eksempel på slik defleksjon er vist (sterkt overdrevet) på fig.

4. Da materialet som benyttes i lagerskoen 50 er mye mykere og mere fleksibelt enn materialet benyttet i skjelettpartiet 10, vil naturligvis lagerskoene 50 deformeres eller flyte i mye større grad enn skjelettpartiet 10. Ideelt sett vil lagerskoene 50 og skjelettpartiet 10 deformeres slik at det dannes en kile henover hele omkretsflaten av lagerskoene 50. Når en kile dannes henover hele flaten av lagerskoen, oppnås det optimale resultater fordi den størst mulige hydrodynamiske fordel dannes.

For en gitt anvendelse må lageret ifølge foreliggende oppfinnelse være konstruert slik at det deformeres på en måte som tillater dannelse av en hydrodynamisk kile henover hele den innerste omkretsflate av lagerskoen. Forskjellige faktorer må tas hensyn til ved konstruksjon av et lager for at det skal deformeres på en slik måte. Eksempler på slike faktorer er graden av skjærbelastning og radial belastning, fleksibiliteten av materialene som benyttes i lagerskoene og skjelettpartiet, størrelsen og formen på de indre og ytre aksiale spor, og fleksibiliteten av lagerskoene og skjelettpartiet. Alle disse faktorer må tas med i betraktningen.

Fleksibiliteten av lagerskoen og skjelettpartiet er til syv-ende og sist en konsekvens av lagerets konstruksjon. Eksempelvis kan fleksibiliteten av disse elementer naturligvis varieres ved å variere typen materiale benyttet i lagerskoene og skjelettpartiene. Fleksibiliteten er også influert av størrelsen, formen og omkretsstillingen av de indre og ytre aksiale spor. I henhold til et viktig aspekt av foreliggende oppfinnelse kan fleksibiliteten av lagerskoene og skjelettpartiene også influeres ved å anbringe ikke-newtonsk fluidmateriale i alle eller noen av de ytre eller indre aksiale spor. Som f.eks. vist på fig. 1, er hvert av de ytre aksiale spor 14 hovedsakelig fullstendig fylt med defleksjonskontrollorganer 80. Selv om det i det viste ut-førelseseksempel er anordnet defleksjonskontrollorganer 80 kun i de ytre aksiale spor, er det mulig å anordne defleksjonskontrollorganer også i de indre aksiale spor. Under alle omstendigheter er kontrollorganene fortrinnsvis forenet eller sammensmeltet med skjelettpartiet og/eller lagerskoene .

I det viste eksempel er defleksjonskontrollorganene 80 laget av relativt mykt eller fleksibelt ikke-newtonsk fluidmateriale, fortrinnsvis en elastomer eller polymer såsom gummi, plast eller lignende. Eksempelvis kan Shore A myk gummi benyttes for defleksjonskontrollorganene i likhet med lagerskoene. Alternativt kan forskjellige materialer benyttes avhengig av graden av defleksjonskontroll som er krevet eller ønsket. Som vist på fig. 1, har defleksjonskontrollorganene 80 samme form som de ytre aksiale spor 14. Således fyller defleksjonskontrollorganene 80 de aksiale spor 14 fullstendig. Imidlertid behøver det ikke nødvendig-vis være slik. Spesielt er det mulig å la defleksjonskontrollorganene være utformet slik at de kun delvis fyller sporene 14. Dette vil naturligvis affisere graden av defleksjonskontroll som tilveiebringes av defleksjonskontrollorganene .

Defleksjonskontrollorganene 80 vil når de fyller sporene i en forutbestemt grad, virke til å begrense fleksibiliteten av skjelettpartiet 10 i skjærretningen. Det følger at graden av begrensning av skjelettpartiets fleksibilitet avhenger av i hvilken grad defleksjonskontrollorganene fyller de indre og ytre spor og fleksibiliteten av det materiale som benyttes i defleksjonskontrollorganene. Det er også mulig at defleksjonskontrollorganene kan være konstruert av samme materiale som lagerskoene og være utformet i ett med disse. Det vil ses at med et fylt spor er den radiale hemming høy, mens i skjær- eller omkretsretningen er fleksibiliteten høy. Med andre ord, lagerklossens generelle struktur er stiv i radialretningen og fleksibel i skjærretningen for å danne en kile for hydrodynamisk smøring.

Som tidligere nevnt, er lageret ifølge foreliggende oppfinnelse fortrinnsvis konstruert utelukkende av ikke-newtonske fluidmaterialer, fortrinnsvis polymerer eller elastomerer såsom gummi, plast og lignende. På grunn av sin konstruksjon utelukkende av slike fluidmaterialer oppviser lageret ifølge foreliggende oppfinnelse flere unike ytelsesegenskaper. F.eks. resulterer den høye radiale stivhet kombinert med den innadrettede bevegelse av lagerklossen i nøyaktig akslingsposisjonering og optimal fluidfilmdannelse. Film-dannelsen reduserer akselslitasjen og gir høy lastbærende kapasitet. Dertil oppviser lageret konstruert av ikke-newtonske fluidmaterialer såsom elastomerer en eksepsjonell abrasjonsmotstand ved prosessmurte anvendelser. Endelig er noen ikke-newtonske fluidmaterialer såsom elastomerer og polymerer motstandsdyktige mot korrosjon av substanser som korroderer ikke-fluidmaterialer såsom metaller. Nødvendig-heten av radial stivhet og nødvendigheten av abrasjonsmotstand har tidligere vært ansett som uforenlige. Imidlertid har bruk av en multi-hårdhet kompositt som utelukkende består av ikke-newtonske fluidmaterialer gjort det mulig å oppnå begge disse fordelaktige resultater.

De ikke-newtonske fluidmaterialer som er benyttet i lagrene ifølge foreliggende oppfinnelse fastholdes eller hemmes langs sin ytre periferi av huset hvor lageret er plassert. Begrensningen av lagrene er således slik at de kan avbøyes eller bule langs de aksiale endepartier, som ikke er begrenset. Graden av buling av lagrene ut av de ubegrensede aksiale ender er derfor en indikasjon på den radiale stivhet av lageret. Graden av buling, og således lagrenes radiale stivhet, avhenger av størrelsen eller arealet av det ikke-begrensede ikke-newtonske fluidmateriale og stivheten av det benyttede ikke-newtonske fluidmateriale.

Som bemerket ovenfor, er konvensjonelle kuttløse eller slitasjeglidelagre typisk konstruert av en enkel hårdhet elastomer montert i en metallsylinder. Da metallet er inkompressibelt, må relativt store seksjoner av mykt materiale benyttes. Da det ikke er noe som fastholder eller begrenser de relativt store seksjoner av materiale, vil disse lagre således oppvise relativt mye utbuling ved lagrenes aksiale ender. Den store grad av utbuling betyr at lageret har meget liten radial stivhet. Dette er naturligvis å vente på grunn av det store tverrsnitt av uhemmet areale og det myke materiale som benyttes. Når disse lagre utsettes for belastningen av en aksel, vil de vanligvis deformeres for å tilpasse seg formen av akselen slik at en reell hydrodynamisk kile ikke dannes. Disse lagre av slitasjetypen fungerer således hovedsakelig som en elastomer slitasjehylse for akselen. Den resulterende kontakt mellom lagerklossene og akselen kan skape ganske mye varme som kan endre lagerkloss-materialets materialegenskaper og derved redusere lagerets levetid.

Siden det relativt stive skjelettparti 10 utgjør en stor del av tverrsnittet av lagrene ifølge foreliggende oppfinnelse, slik fig. 1 viser, er det ikke-innesluttede tverrsnittsareal av det relativt myke materiale i lagrene ifølge oppfinnelsen betydelig redusert. Da skjelettpartiet 10 er laget av et relativt stivt materiale, utsettes dette ikke for særlig utbuling. Det er således kun materialene som er benyttet i seksjonene 80 og lagerskoene 50 som utsettes for nevneverdig aksial utbuling. Med andre ord, tverrsnittet av buleområdet av lagrene ifølge foreliggende oppfinnelse er betydelig redusert i forhold til tidligere kjente lagre av slitasjetypen. Bruken av det relativt stive skjelettparti gir således lageret mye større radial stivhet. Som et resultat av denne radiale stivhet, danner lageret ifølge foreliggende oppfinnelse en hydrodynamisk kile som gjør det mulig for lageret ifølge foreliggende oppfinnelse å bære en mye større belastning, og hva som er av større viktighet, reduserer slitasjen på lagrene slik at deres levetid økes. En annen betydelig fordel ved foreliggende oppfinnelse er således reduksjonen av buling ved de aksiale ender av lageret, som øker den radiale stivhet av lageret og reduserer slitasjen.

Summa summarum innbefatter lageret ifølge foreliggende oppfinnelse et hovedsakelig rundtgående skjelettparti som er utformet av en relativt stiv ikke-newtonsk væske. En flerhet indre, aksialt forløpende radiale spor er utformet på den indre omkrets av skjelettpartiet. De indre aksiale spor er adskilt i omkretsretningen i forhold til hverandre. Skjelettpartiet kan også omfatte en flerhet ytre aksiale spor, fortrinnsvis i samme antall som de indre aksiale spor, og adskilt langs den ytre omkrets av skjelettpartiet, fortrinnsvis sentrert om et midtpunkt som befinner seg direkte mellom to motstående indre aksiale spor. Lageret innbefatter videre en flerhet lagerklosser, som har samme antall som de indre aksiale spor og er forenet eller sammensmeltet med partier av skjelettpartiet definert mellom de indre aksiale spor. Lageret kan også innbefatte defleksjonskontrollorganer plassert i de indre aksiale spor og/eller de ytre aksiale spor. Defleksjonskontrollorganene kan fylle de aksiale spor helt eller kun delvis fylle de aksiale spor.

Med den ovenfor beskrevne lagerkonstruksjon er det mulig å oppnå så godt som enhver ønskelig defleksjon ved en kjent eller bestembar belastning. Lagerskounderstøttelsen kan bevege seg med seks frihetsgrader. Til sammenligning kan lagerskounderstøttelsen for konvensjonelle lagre av slitasjetypen ikke bevege seg i radial retning. Lagerskoenes tendens til defleksjon og graden av defleksjon under en kjent belastning kan varieres ved å variere flere forskjellige parametre. Således kan graden av defleksjon varieres ved å variere tverrsnittet av lageret. Spesielt kan antall og dybde av de indre og ytre aksiale spor og omkrets-dimensjonene av lagerskoene og skjelettpartiet definere bjelkenettverket for understøttelse av lagerskoene og derved influere på defleksjonsgraden av lagerskoene under belastning.

Videre vil materialvalget for de forskjellige bestanddeler av lageret påvirke lagerets defleksjonsegenskaper. I denne forbindelse er hårdheten eller fleksibiliteten av de benyttede ikke-newtonske fluidmaterialer de mest avgjørende egenskaper som må tas med i betraktningen.

Endelig vil størrelsen og plasseringen av defleksjonskon-

trollorganene influere defleksjonsegenskapene til lageret.

I ekstreme tilfeller kan defleksjonskontrollorganene konstrueres av samme materiale som skjelettpartiet slik at skjelettpartiet i praksis ikke omfatter noen ytre aksiale spor. I det andre ekstreme tilfelle kan de ytre aksiale spor eller de indre aksiale spor være uten noen form for fyllmateriale for å tillate fri, uhemmet defleksjon. Ved å variere de foran nevnte parametre, kan lagrene således konstrueres i henhold til foreliggende oppfinnelse slik at man oppnår så godt som enhver ønskelig defleksjon.

Ved konstruksjon av lagre ifølge foreliggende oppfinnelse må man være oppmerksom på flere punkter. Det viktigste av disse er nødvendigheten av å opprettholde et ekstruderbart tverrsnitt såsom et konstant tverrsnitt i lageret. Når det aksiale tverrsnitt av lageret er konstant, kan lageret lett ekstruderes som omtalt nedenfor med ekstremt lave omkostninger. Defleksjonsegenskapene til lageret kan naturligvis varieres ved å variere tverrsnittet av det enkelte lager såsom ved å tilveiebringe rundtgående spor, partielle radiale spor eller radiale boringer. Slike variasjoner fra det foretrukne konstante tverrsnitt vil imidlertid kreve ytterligere maskinering etter ekstruderingen og dimensjo-neringen (maskineringen av inner- og ytterdiametrene) av lageret og bør derfor unngås med mindre de resulterende ytelsesfordeler rettferdiggjør de økede fremstillingsom-kostninger.

Lagrene ifølge foreliggende oppfinnelse kan også generelt karakteriseres som multi-hårdhet lagre fordi de innbefatter flere seksjoner som har forskjellig stivhet. Spesielt benyttes stivere ikke-newtonske fluidmaterialer for styrke og mer fleksible ikke-newtonske fluidmaterialer for fleksibilitet. De forskjellige hårdhet-seksjoner forenes eller sammensmeltes med hverandre. I det viste lager kan f.eks. forskjellige materialer benyttes for skjelettpartiet, lagerskoene og defleksjonskontrollorganene. Vanligvis ville stivere materialer bli benyttet for skjelettpartiet og mindre stive, mer fleksible materialer ville bli benyttet for lagerskoene og defleksjonskontrollorganene.

Det nye lager ifølge foreliggende oppfinnelse kan lages ved hjelp av en ny fremgangsmåte, som er beskrevet i det følg-ende under henvisning til fig. 5.

Som angitt på fig. 5, omfatter fremgangsmåten for fremstilling av et lager ifølge foreliggende oppfinnelse fire hoved-trinn, nemlig ekstrudering, herding, kapping og dimensjoner-ing.

Det første trinn, ekstrudering, innbefatter to eller flere undertrinn, idet antallet undertrinn avhenger av antallet forskjellige materialer som benyttes i lageret og plasseringen av de forskjellige lagerseksjoner. Det skal påpekes at lageret ekstruderes ved bruk av kjente multi-hårdhet ekstruderingsteknikker som vanligvis benyttes i ekstrudering av plastkomponenter såsom vindus- og dørtetninger, sjokkabsorberende støtdempere og fleksible hengsler. I eksempelet vist på fig. 5 benyttes det tre ekstruderingsundertrinn. Dette tilsvarer antallet ekstruderingsundertrinn som ville være å foretrekke ved tildanning av et lager av den type som er vist på fig. 1.

Ved det første undertrinn 101 ekstruderes et første parti av lageret. Ved produksjon av et lager som vist på fig. 1, ville det første parti som ble ekstrudert antakelig være det indre parti 50. Dette parti ville bli ekstrudert i uherdet eller delvis herdet tilstand.

Trinn 102 følger tett etter trinn 101 og innbefatter ekstrudering av et andre parti på det uherdede eller delvis herdede første parti. Ved ekstrudering av lageret vist på fig. 1 ville trinn 102 antakelig være ekstrudering av skjelettpartiet 10 på de tilhørende partier av lagerklossene 50.

Etter fullført trinn 102 og dersom ytterligere lagerseksjoner er nødvendig, ville disse bli ekstrudert i ytterligere ekstruderingsundertrinn. Ved ekstrudering av lageret vist på fig. 1, ville et tredje ekstruderingsundertrinn 103 bli utført. I dette ekstruderingsundertrinn ville de ytre defleksjonskontrollorganer 80 bli ekstrudert i de ytre aksiale spor.

Det er viktig å merke seg at hver påfølgende ekstrudering er uherdet eller kun delvis herdet slik at det ikke er nødven-dig å påføre et lim for å forbinde de påfølgende ekstruder-inger under ekstruderingsprosessen. I uherdet eller delvis herdet tilstand vil de ikke-newtonske fluidmaterialer som benyttes i lagrene ifølge oppfinnelsen være klebrige slik at det ikke er nødvendig med noe lim for at påfølgende ekstru-deringer skal hefte seg til de foregående. I henhold til foreliggende oppfinnelse blir således lagerseksjonene forenet eller sammensmeltet med hverandre uten bruk av ytterligere substanser såsom et lim.

Fullført ekstruderingsprosess gir en sammensatt rørformet ekstrudering som er uherdet eller delvis herdet. Etter fullført ekstruderingsprosess blir den sammensatte rør-formede ekstrudering herdet i trinn 104 for å gi en herdet rørformet ekstrudering hvor de forskjellige lagerseksjoner med forskjellig hårdhet er forenet med hverandre.

Fig. 2 viser et eksempel på en rørformet ekstrudering i henhold til foreliggende oppfinrielse. Som antydet på fig. 2, er ekstruderingen fortrinnsvis ganske lang, slik at et større antall lagre kan dannes av en enkelt ekstrudering.

I trinn 105 blir den herdede rørformede ekstrudering kappet i segmenter som tilsvarer lagerets forønskede aksiale di-mensjon. Med andre ord, en rørformet ekstrudering deles opp i lagersegmenter. Eksempelvis kan én rørformet ekstrudering såsom vist på fig. 2, deles opp i 40 - 50 individuelle lagersegmenter.

I trinn 106 blir de individuelle lagersegmenter dimensjo-nert. I den enkleste og foretrukne utførelse involverer dimensjoneringstrinnet ganske enkelt maskinering av lagersegmentene for å gi dem den nøyaktig ønskede indre og ytre diameter. Naturligvis er dette trinn kun mulig dersom den rørformede ekstrudering har en ytterdiameter som er større enn den forønskede ytterdiameter og en innerdiameter som er mindre enn den ønskede innerdiameter. På fig. 1 viser de brutte linjer hovedsakelig graden av ekstra materiale som bør tilveiebringes for å sikre at lagersegmentene kan dimensjoneres på riktig måte.

Dimensjoneringstrinnet 106 kan også involvere ytterligere maskinering av lagersegmentene i den grad omkostningene ved slik maskinering er rettferdiggjort av den forbedrede ytelse som oppnås ved slik ytterligere maskinering. Eksempelvis kan det være ønskelig å danne uregelmessigheter i lagersegmentenes tverrsnitt, såsom rundtgående spor og radiale boringer. Slike trinn, som sterkt kan øke fremstillings-omkostningene for det enkelte lager, vil vanligvis ikke være berettiget, spesielt siden et bredt spektrum av defleksjonsegenskaper kan oppnås selv om man opprettholder et konstant ekstruderbart lagertverrsnitt, slik det er omtalt ovenfor.

Claims (14)

1 . Hydrodynamisk lager for understøttelse av en aksel på en fluidfilm, hvilket lager omfatter et stort sett rundtgående lagerskobærende skjelettparti (10) som har en forutbestemt hårdhet, hvilket skjelettparti har indre og ytre omkretsflater, en flerhet indre aksiale spor (12) som er utformet i innerflaten og adskilt i omkretsretningen slik at det dannes en flerhet bjelkemonterte lagerskounderstøt-tende flater (16), og en flerhet lagersko (50) som er utformet av et ikke-newtonsk fluidmateriale som har en forutbestemt hårdhet som er mindre enn den forutbestemte hårdhet av skjelettpartiet (10), karakterisert ved at lageret består utelukkende av ikke-newtonske fluidmaterialer, at en flerhet radialt innadragende ytre spor (14) er utformet i den ytre omkretsflate, hvilke ytre spor er adskilt i omkretsretningen rundt ytterflaten, og at hver enkelt av lagerskoene (50) er forenet med den tilsvarende lagerskobærende flate (16) ved sammensmeltning.

2. Lager ifølge krav 1, karakterisert ved at dets tverrsnitt er konstant slik at lageret lett kan ekstruderes.

3. Lager ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det omfatter tilstøtende seksjoner av forskjellige materialer som er forenet eller sammensmeltet med hverandre.

4. Lager ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at de ytre spor (14) og de indre spor (12) er adskilt i forhold til hverandre slik at de danner et lagerskobærende skjelettparti (10) som har bjelkemonterte lagerskobærende flater (16) som kan bevege seg med seks frihetsgrader.

5. Lager ifølge et av kravene 1 - 4, karakterisert ved at det videre omfatter en flerhet defleksjonskontrollorganer (80) i form av elastomert materiale utformet i nevnte radialt utadforløpende indre spor (12) og/eller radialt innadforløpende ytre spor (14).

6. Lager ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at hver lagersko (50) er hovedsakelig konkav i tverrsnittsfasong og har ender i omkretsretningen i sin ubelastede tilstand, hvilken lagersko har en symmetriakse i lik avstand fra nevnte ender i omkretsretningen og har en større radial tykkelse ved nevnte symmetriakse enn ved nevnte ender i omkretsretningen.

7. Lager ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at skjelettpartiet (10) er et enhetlig element.

8. Lager ifølge et av kravene 1-4 eller 6-7, karakterisert ved at en flerhet defleksjonskontrollorganer er plassert i i det minste ett av nevnte indre og ytre spor (12, 14), hvilke defleksjonskontrollorganer har en forutbestemt hårdhet som er mindre enn hårdheten av skjelettpartiet (10).

9. Lager ifølge krav 8, karakterisert ved at i det minste ett av defleksjonskontrollorganene er utformet av samme materiale som i det minste én av lagerskoene (50) og er dannet i ett med denne.

10. Lager ifølge krav 8, karakterisert ved at defleksjonskontrollorganene er utformet av et materiale som har en hårdhet som er forskjellig fra den forutbestemte hårdhet av lagerskoen (50).

11. Lager ifølge krav 5 eller 8-10, karakterisert ved at defleksjonskontrollorganene er forenet eller sammensmeltet med det lagerskobærende skjelettparti (10).

12. Fremgangsmåte for fremstilling av et hydrodynamisk lager for understøttelse av en aksel, hvilken fremgangsmåte er karakterisert ved de trinn å ekstrudere et første rørformet parti av et materiale som har en forutbestemt herdet hårdhet, ekstrudere på nevnte første parti et andre parti av et materiale som har en andre forutbestemt herdet hårdhet som er forskjellig fra den første forutbestemte herdede hårdhet for å danne et sammensatt rørformet ekstrudat, herde det sammensatte rørformede ekstrudat, dele det rørformede ekstrudat i passende lange lagersegmenter, og bearbeide lagersegmentene til forønskede dimensjoner.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved de videre trinn å ekstrudere et tredje parti på i det minste ett av nevnte første og andre partier før herding av det sammensatte rørformede ekstrudat.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at bearbeidningstrinnet omfatter å maskinere lagersegmentene slik at de oppviser uregelmessigheter i lagersegmentenes tverrsnitt, såsom rundtgående spor eller radiale boringer.