TW202415870A - 自我潤滑之球型接頭 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種自我潤滑之球型接頭（1），其包含一球體（2）及一保持架（3），該球體可旋轉地安裝於該保持架（3）中，其特徵在於該保持架（3）為一件式的且包括由複合材料之若干層構成的一第一堆疊（31），該複合材料包含一自我潤滑之複合物，該複合物包括一織物及浸漬該織物之一樹脂。
Description
本發明係關於自我潤滑之接頭的技術領域，且尤其係關於用於引導機械系統旋轉之自我潤滑之球型接頭。
更具體而言，本發明適用於需要無滑脂操作之所有類型之球型接頭，亦即，在自我潤滑操作中以及在動態模式下在相當大負載下操作。
本發明可尤其用於輪軸系統、傳動系統之範圍內。
球型接頭連接件通常由球體及保持架（cage）構成，球體與保持架之間的接觸為球面接觸。其可具有特定特徵，諸如為自我潤滑的或允許球體與保持架之間具有或多或少的間隙。
球型接頭之生產中出現的一個限制為球體在保持架中之安裝。因此，已知使用呈具有機械弱點之一部件或呈多個部件之形式的可變形保持架，以便允許將球體安裝在保持架中。因此，可根據下文中所引用之不同的已知球型接頭原理進行球體在保持架中之安裝：
-呈圍繞球體旋擰之兩個部件的保持架；
-與球體強行組裝之分離保持架；
-具有允許球體在安裝期間進入之凹口的保持架；
-藉由冷加工形成於球體上之保持架。
文件EP1608881描述一種自我潤滑之球型接頭，其包含球體及保持架，該球體由金屬製成且可旋轉地安裝於保持架中。此自我潤滑之球型接頭的保持架由若干部件形成，其中金屬內部部件捲曲在球體上，彈性體部件置放於金屬內部部件上且外部部件捲曲在彈性體部件上，使得保持架環繞球體。
此類自我潤滑之球型接頭的缺陷在於由於必需提供可充分冷加工之保持架部件使得保持架適當地環繞球體，因此引起安裝限制。由於鋼保持架之高變形性，此限制不可避免地引起保持架之低機械強度，而且引起難以控制之殘餘間隙。此外，此球型接頭導致複雜的組裝，需要在其中進行捲曲及彈性體硫化操作，以便限制由此安裝之自我潤滑之球型接頭中的間隙。由於球型接頭之低剪切強度，此彈性體系統可限制其操作。
此外，此類球型接頭由易受腐蝕之材料構成，若球型接頭用於易受腐蝕之某些應用，則此可能成問題。裝設於系統內之此球型接頭的維護或替換亦產生相當大的成本以及系統停機時間。
申請案WO2014169942A1及EP 2986862B1描述一種球型接頭，其包含可移動地安裝於保持架中之球體，此等兩個元件為金屬的。該保持架在此處形成為一件式。該球體包括配置於其邊緣上之若干弱化區，該等弱化區使球體可變形，以便能夠容納於保持架中。
此類球型接頭之缺陷在於，球體之變形性引起弱化區處之機械脆性以及難以控制之殘餘間隙。此外，此類球型接頭由球體及保持架構成，球體及保持架係由易受腐蝕之材料製成，此會導致球型接頭快速磨損之風險。
專利申請案EP0969217描述一種球型接頭，其中球體及保持架由複合材料製成。然而，此類球型接頭具有若干缺陷。首先，摩擦表面由單層自我潤滑材料構成，因此不可避免地在織物之邊緣之間的接面處包括薄弱區。此外，球體及保持架由玻璃絲加強之樹脂製成，鑒於此類球型接頭在操作中所承受之應力，此種材料具有相對有限的機械強度。
因此，需要改善現有情形以便至少部分地解決先前技術之缺陷。
本發明係關於一種自我潤滑之球型接頭，其包含球體及保持架，該球體可旋轉地安裝於該保持架中，該保持架為一件式的且包括由複合材料之複數個層構成的第一堆疊，該複合材料包含自我潤滑之複合物，該複合物包括織物及浸漬此織物之樹脂。
形成一件式體積且包括包含自我潤滑之複合物的複合材料之若干層之堆疊的保持架使得有可能獲得保持架與球體之間的自我潤滑接觸，而不具有弱化點或安裝方向，諸如與斷裂線相關聯之特定定向，如先前技術中分離保持架之狀況下，或由於凹口之位置，如先前技術中帶凹口保持架之狀況，此使得有可能相對於先前技術之球型接頭改善機械強度。
根據本發明之至少一個實施方式的態樣，保持架之體積可具有恆定橫截面。
出於此原因，該保持架在其整個體積範圍內具有連續性，且因此不具有諸如凹口或空隙之斷裂區。
具有恆定橫截面之此體積的益處在於，在保持架與球體之間提供無間斷之摩擦截面。
具有若干層亦使得有可能避免在單個層之兩個織物末端之間的接合處形成斷裂線。
可將形成此等層之織物的厚度選擇為相對較薄，以便增加自我潤滑之複合物的機械強度。
此外，容納球體或與球體配對之保持架使得有可能獲得球體與保持架之間的受控間隙。
特定而言，此使得有可能獲得一種自我潤滑之球型接頭，其相對於先前技術之球型接頭在球體與保持架之間具有可能大幅減小的間隙。
容納球體之保持架亦使得有可能防止球體對保持架之磨損。
此外且由於使用複合材料，保持架之抗腐蝕性相對於先前技術提高，此係因為此類材料幾乎不具有或不具有腐蝕敏感性。
術語球體在此處用以指示形狀對應於球形區段（換言之，球體區段）的部分，亦即，在穿過球體之兩個平面（此處為平行的）切割之後獲得的形狀。更具體而言，此處，在穿過相對於球體之中心對稱的兩個平行平面切割之後獲得球形區段之形狀。
該保持架具有內表面，該內表面亦具有球形區段之形狀。其外表面可具有對應於藉由穿過相對於球體之中心對稱之兩個平行平面切割球體而獲得的球形區段之形狀，或對應於圓柱形表面之形狀。
根據一些實施方式，可構想兩個平面不平行且相對於球體之中心對稱。
根據具有恆定橫截面之體積，應理解，該保持架在其整個體積範圍內具有連續性且因此不具有諸如凹口或空隙之斷裂區。
根據本發明之至少一個實施方式的態樣，該自我潤滑之複合物包括具有介於20 µm與200 µm之間的厚度的至少一個條帶。
自我潤滑之複合物的此條帶經沈積且形成第一堆疊之層。
在自我潤滑之複合物的此條帶中，織物在經沈積以形成第一堆疊之層之前被樹脂浸漬。
應注意，樹脂可包括填料。
舉例而言，樹脂可包括潤滑劑填料。
相對較薄的自我潤滑之複合物的條帶之使用使得有可能控制沈積於保持架之表面上之給定位置處的自我潤滑之複合物的量，且因此更好地控制在給定點處之第一堆疊的厚度。
舉例而言，此可使得有可能獲得一種保持架，其包括由於使用相對較薄條帶而具有材料均勻性的第一堆疊。
此外，由於自我潤滑之複合物的層之交叉編織，可獲得對切向摩擦力之優良抵抗力。
出於此原因，根據本發明之至少一個實施方式的態樣，該第一堆疊包括自我潤滑之複合物的條帶根據0°與90°之間的角度的交叉編織。
應注意，意欲與樹脂混合之織物可由塔夫綢、緞面、斜紋布或帆布組成，而不排除其他織物組態。
根據本發明之至少一個實施方式的態樣，該保持架包括環繞該第一堆疊之加強殼體。
加強殼體藉由形成外部加強件且因此藉由提供額外機械強度來充當對保持架之保護，此使得有可能在自我潤滑之球型接頭的操作期間限制保持架之變形以及熱膨脹。
根據本發明之至少一個實施方式的態樣，該加強殼體由包括至少一種複合材料之若干層的第二堆疊形成，該至少一種複合材料包含複合物，該複合物包括纖維及浸漬該纖維之樹脂。
根據本發明之至少一個實施方式的特定態樣，該複合物係選自：
-包括碳纖維之複合物；
-包括玻璃纖維之複合物；
-包括克維拉纖維之複合物；
-自我潤滑之複合物；
-以上材料之混合物。
纖維亦可為織物之組份，亦即，至少一種複合材料包含複合物，該複合物包括由複數根纖維構成之織物及浸漬此複數根纖維之樹脂。
此外，樹脂可選自熱固性樹脂或熱塑性樹脂。
熱固性樹脂可為環氧樹脂、乙烯酯、聚酯、苯酚或聚醯亞胺樹脂。
熱塑性樹脂可例如為聚醯胺（PA6）、聚醚酮酮（PEKK）或聚醚醚酮（PEEK）型樹脂。
根據本發明之態樣，第一堆疊與第二堆疊之間可能存在某一過渡厚度，在該過渡厚度處，第一堆疊及第二堆疊之織物為交替的。此使得有可能避免兩個堆疊之間過於明顯的界面。
根據本發明之至少一個實施方式的態樣，該球體至少部分地由防腐材料構成。
至少部分地由防腐材料構成之球體有助於改善自我潤滑之球型接頭的抗腐蝕性。
根據本發明之至少一個實施方式的態樣，該球體之該防腐材料包括來自以下各者之至少一種材料：
-防腐金屬；
-防腐合金；
-經防腐處理之金屬；
-經防腐處理之合金，
-藉由鹽浴氮化處理之材料；
-複合材料。
合金指示由金屬及一或多種其他物質組成之固體均勻混合物，此等其他物質視情況為金屬或非金屬的。
防腐合金及金屬具有天然的抗腐蝕能力。經防腐處理之金屬及合金不具有適當地抗腐蝕之天然能力，且因此經歷處理以改善其抗腐蝕性。
本發明亦係關於複合材料用於產生自我潤滑之球型接頭保持架的第一堆疊之若干層的用途，該複合材料包含自我潤滑之複合物，該複合物包括織物及浸漬織物之樹脂。
本發明之一般原理係基於自我潤滑之球型接頭的實施，該球型接頭包含保持架及球體，且由於保持架幾乎不具有或不具有腐蝕敏感性，相對於先前技術具有提高的抗腐蝕性。此外，本發明之原理亦係基於自我潤滑之球型接頭的實施，該球型接頭在保持架與球體之間具有預定受控間隙。
參看圖1至圖7c，現將描述根據本發明之自我潤滑之球型接頭的實施方式。
如此等圖所繪示，自我潤滑之球型接頭1包含球體2及保持架3。如可見，球體2可旋轉地安裝於保持架3中。根據本發明，此保持架3為一件式的。
此外，在此實施方式中，此保持架具有恆定橫截面之體積。保持架（30）之橫截面例如可見於圖4d中。
換言之，此保持架製成為一件式且不具有諸如凹口或空隙之斷裂區。
其包括由複合材料之若干層構成的第一堆疊31。
此複合材料包含自我潤滑之複合物，該複合物包括織物以及浸漬此織物之樹脂。
因此，本發明係基於複合材料用於產生第一堆疊之若干層的用途，該複合材料包含自我潤滑之複合物，該複合物包括織物及浸漬織物之樹脂。
將複合材料用於本申請案之益處在於，自我潤滑之球型接頭的抗腐蝕性被證明相對於先前技術提高，此係因為此類材料幾乎不具有或不具有腐蝕敏感性。
此外，不同於先前技術之自我潤滑之球型接頭，由於保持架容納球體，此類複合材料使得有可能獲得球體與保持架之間具有大幅減小之受控間隙的自我潤滑之球型接頭。
織物在此處指示藉由組裝複數根紗線而製成的表面。此織物與其浸漬樹脂形成自我潤滑之複合物的條帶。此自我潤滑之複合物組合低摩擦係數與在自我潤滑之球型接頭處於操作中時保持令人滿意的摩擦及機械屬性之能力。
可選擇織物之構成紗線的相對組態，以便在各種紗線之間形成能夠用樹脂填充之流動通道。
在常規的織物組態當中，有可能使用具有由交織緯紗對與經紗對而形成之斜紋2/2的織物。
亦有可能使用具有塔夫綢組態之織物，其對經紗與緯紗之最大交錯具有相對較高抵抗力。
在此實施方式中，該織物為由聚酯製成之織物。
自我潤滑之複合物的條帶經沈積且形成第一堆疊31之層。
樹脂可例如為熱固性或熱塑性樹脂。
熱固性樹脂可為環氧樹脂、乙烯酯、聚酯、苯酚或聚醯亞胺樹脂。
在此實施方式中，以具有介於20 µm與200 µm之間的厚度的條帶之形式呈現自我潤滑之複合物。
在此實施方式中，所使用之樹脂為填有潤滑劑粒子之環氧樹脂。
此外，根據實施方式，自我潤滑之複合物經配置以使得第一堆疊31包括自我潤滑之複合物之條帶之根據0°與90°之間的角度的交叉編織。
換言之，自我潤滑之複合物的若干條帶可覆疊，一條帶與順次條帶形成0°與90°之間的角度。
在所繪示之實施方式中，第一堆疊31包括自我潤滑之複合物之條帶根據大於或等於5°且小於90°的角度的交叉編織。
如不同圖中可見，保持架3此外包括環繞第一堆疊31之加強殼體30。
換言之，加強殼體形成環繞第一堆疊31之外部加強件，亦稱為護套或鎧裝。此加強殼體30由包括至少一種複合材料之若干層的第二堆疊形成，該至少一種複合材料包含複合物，該複合物包括纖維及浸漬此纖維之樹脂。
在此實施方式中，此複合物係選自：
-包括碳纖維之複合物；
-包括玻璃纖維之複合物；
-包括克維拉纖維之複合物；
-自我潤滑之複合物；
-以上材料之混合物。
應注意，該等層可至少含有複合材料，該複合材料包含複合物，該複合物包括由複數根纖維構成之織物及浸漬構成織物之此等纖維的樹脂。
關於樹脂，以關於保持架之相同方式，其可例如選自熱固性或熱塑性樹脂。
熱固性樹脂可為環氧樹脂、乙烯酯、聚酯、苯酚或聚醯亞胺樹脂。
此加強殼體之目的為當此自我潤滑之球型接頭在操作中之系統內部受到應力時保護保持架。換言之，其形成外部加強件且提供額外機械強度，此使得有可能在自我潤滑之球型接頭的操作期間限制保持架由於以下情況之變形以及熱膨脹：在操作條件下，自我潤滑之球型接頭的應力引起保持架及球體之溫度升高。因此，加強殼體使得有可能限制變形及膨脹，以便控制保持架與球體之間的間隙。
在此實施方式中，球體至少部分地由防腐材料構成，以便獲得幾乎不具有或不具有腐蝕敏感性之自我潤滑之球型接頭。
具有至少部分地由防腐材料構成之球體有助於改善自我潤滑之球型接頭的抗腐蝕性，且因此改善自我潤滑之球型接頭的使用壽命。
此防腐包括來自以下各者之至少一種材料：
-防腐金屬；
-防腐合金；
-經防腐處理之金屬
-經防腐處理之合金
-藉由鹽浴氮化處理之材料，或
-複合材料。
舉例而言，防腐合金可為不鏽鋼。
可藉助於製造方法來生產具有由經防腐處理材料製成之球體的此類自我潤滑之球型接頭，該製造方法包含對構成該球體之材料進行防腐處理的步驟。
此處理步驟可例如包含鹽浴氮化步驟以便改善材料之抗腐蝕能力。
根據替代例，處理步驟可包含氮碳共滲步驟。
根據特定實施方式，此製造方法可包含測試所獲得材料之抗腐蝕性的步驟。
接著，此製造方法包含組裝球體及保持架以便形成自我潤滑之球型接頭的步驟。
無
鑒於本發明之說明性及非限制性實施方式的以下描述以及隨附圖式，將更容易地理解本發明以及其提供之各種優點，在附圖中：
[圖1]為根據本發明之實施方式的自我潤滑之球型接頭的透視俯視圖；
[圖2]為根據圖1之實施方式的自我潤滑之球型接頭的透視側視圖；
[圖3]為根據圖1之實施方式的自我潤滑之球型接頭的另一透視側視圖；
[圖4a]為根據圖1之實施方式的自我潤滑之球型接頭的示意性側視圖；
[圖4b]為根據圖4a之實施方式的自我潤滑之球型接頭的示意性透視圖；
[圖4c]為根據圖4a之實施方式的自我潤滑之球型接頭的示意性正視圖；
[圖4d]為根據圖4a之實施方式的自我潤滑之球型接頭的示意性截面側視圖；
[圖5a]為根據圖1之實施方式的球體之示意性正視圖；
[圖5b]為根據圖5a之實施方式的球體之示意性截面側視圖；
[圖5c]為根據圖5a之實施方式的球體之示意性透視圖；
[圖6a]為根據圖1之實施方式的第一堆疊之示意性正視圖；
[圖6b]為根據圖6a之實施方式的第一堆疊之示意性截面側視圖；
[圖6c]為根據圖6a之實施方式的第一堆疊之示意性透視圖；
[圖7a]為圖1之實施方式的加強殼體之示意性正視圖；
[圖7b]為根據圖7a之實施方式的加強殼體之示意性截面側視圖；及
[圖7c]為根據圖7a之實施方式的保持架之加強殼體的示意性透視圖。
Claims (9)
- 一種自我潤滑之球型接頭（1），其包含一球體（2）及一保持架（3），該球體可旋轉地安裝於該保持架（3）中，其特徵在於該保持架（3）為一件式的且包括由複合材料之若干層構成的一第一堆疊（31），該複合材料包含一自我潤滑之複合物，該複合物包括一織物及浸漬該織物之一樹脂。
- 如請求項1之自我潤滑之球型接頭（1），其特徵在於該自我潤滑之複合物包括具有介於20 µm與200 µm之間的一厚度的至少一個條帶。
- 如請求項1或2之自我潤滑之球型接頭（1），其特徵在於該第一堆疊（31）包括自我潤滑之複合物之條帶之根據0°與90°之間的一角度的交叉編織。
- 如請求項1至3中任一項之自我潤滑之球型接頭（1），其特徵在於該保持架（3）包括環繞該第一堆疊（31）之一加強殼體（30）。
- 如請求項4之自我潤滑之球型接頭（1），其特徵在於該加強殼體（30）由包括至少一種複合材料之若干層之一第二堆疊形成，該至少一種複合材料包含一複合物，該複合物包括一纖維及浸漬該纖維之一樹脂。
- 如請求項5之自我潤滑之球型接頭（1），其特徵在於該複合物係選自： 包括一碳纖維之一複合物； 包括一玻璃纖維之一複合物； 包括一克維拉纖維之一複合物； 一自我潤滑之複合物； 以上材料之一混合物。
- 如請求項1至6中任一項之自我潤滑之球型接頭（1），其特徵在於該球體（2）至少部分地由一防腐材料構成。
- 如請求項7之自我潤滑之球型接頭（1），其特徵在於該球體（2）之該防腐材料包括來自以下各者之至少一種材料： 一防腐金屬； 一防腐合金； 經防腐處理之一金屬； 經防腐處理之一合金； 藉由鹽浴氮化處理之一材料，及 一複合材料。
- 一種一複合材料用於產生一自我潤滑之球型接頭保持架的一第一堆疊之若干層的用途，該複合材料包含一自我潤滑之複合物，該複合物包括一織物及浸漬該織物之一樹脂。
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