TWI393824B - 軸承 - Google Patents

Description

軸承

本發明涉及軸承。

此類軸承可提供以低維護方式將多個部分旋轉，沿樞軸轉動或滑動地固定在另一者上之便利構件。軸承之應用包含該等具有持續旋轉移動者，如支撐一驅動軸之軸頸。軸承亦可用於該等具有重複樞軸移動之應用中，如汽車門鉸鏈，門緩閉器，剎車與加速踏板。另外應用包含該等具有重複往復移動者，如汽車減震器與支桿。軸承亦可用於較輕之載荷應用，如多個用於汽車工業中之行李箱蓋及機罩鉸鏈的連桿組。低維護軸承可包含多種構型，如(例如)軸襯或頸軸承，止推軸承或墊圈，定位墊，閥口盤以及用於各種機制之磨損元件。低維護滑動軸承之實例包含一金屬支撐與一塑膠層。

本發明涉及軸承，如該等可被用於高速應用之軸承。

在一方面，本發明特徵化一軸承，其包含一基材，該基材具有第一部分以及厚於該第一部分之第二部分，該第二部分具有一彎曲外部輪廓，且第一層係在該基材之內部輪廓上。該第一層可包含一潤滑材料，如油脂。

在另一方面，本發明特徵化一軸承，其包含一基材，該基板具有第一部分以及厚於該第一部分之第二部分，該第二部分具有一彎曲外部輪廓，且第一層係在該基材之該外部輪廓上。

在另一方面，本發明特徵化一軸承，其包含一基材，該基材具有一內表面，第一部分以及厚於該第一部分之第二部分，該第二部分直線地延伸至少25%該基材長度；且第一層係在該基材之該內表面上。

其他方面，特徵與優點將可從其實施例之描述與該等請求項中明白。

參考圖1與2，一普通軸承20包含圓柱主體22，其定義一與該軸承之縱軸(L)同軸延伸之內腔24。使用中，可將軸承20置於一外殼內，且可將內腔24用於接收(例如)一發動機之旋轉軸。主體22包含(如，由...形成)多個(如圖所示，3個)增強該軸承20性能之統一形成層。從最外層開始，主體22包含一形成軸承20之圓柱外表面之熱傳導外層26，一基材28以及一形成該軸承之圓柱內表面之潤滑內層30。該潤滑材料降低摩擦且允許該軸承20用於高速應用(如電動發動機，傳動裝置以及往復泵)。熱傳導外層26可降低使用時熱之產生。

基材28包含複數個輪葉瓣32，其環繞縱軸L圓周並與其同軸地延伸。基材28為軸承20提供一機械強度支撐，且輪葉瓣32允許更多熱傳導材料從外層26包含入軸承20中。如圖所示，輪葉瓣32為由縱軸L向外放射狀延伸之彎曲突出物。參考圖3，鄰近輪葉瓣32係彼此間隔放置並以一槽部分33分離之。各槽部分33具有一小於鄰近槽部分33之輪葉瓣厚度()的厚度(T_t )。各輪葉瓣32具有一具有至少一彎曲部分或節段(如一彎曲之最外部分，如，一輪葉瓣之最大厚度之最外25%，10%，5%，2%)之外輪廓34以及一曲率沿著該內腔24之曲率之內輪廓36。例如，外輪廓34可包含一個或多個彎曲部分，其匹配或實質上匹配一圓，一橢圓，一卵形、一拋物線或非線性或非角度曲線之一部分。在一些實例中，外輪廓34包含一或多個持續彎曲部分，其中在該外輪廓上之兩個線段(若有)無法相交在該彎線部分上之一點。在一些實施例中，外輪廓34具有一曲率半徑，其範圍係從約0.5mm至約2.0mm。同樣地，各槽部分33具有一彎曲外輪廓35。如圖3所示，外輪廓35為凹陷，而輪葉瓣32之該外輪廓34為突起。外輪廓35可包含一或多個彎曲部分，其匹配或實質上匹配一圓，一橢圓，一卵形、一拋物線或一非線性或非角度曲線之一部分。在一些實施例中，外輪廓35包含一或多個持續彎曲部分，其中在該外輪廓上之兩個線段(若有)無法相交在該彎線部分上之一點。外輪廓35具有一曲率半徑，其係小於，實質上等於或大於外輪廓34之曲率半徑。

該輪葉瓣32與基材28之該構型可改變，取決於該軸承20之該預定應用。例如，基材可包括一或多個輪葉瓣，如2個或多於12個輪葉瓣。該輪葉瓣之數量(例如)可為該軸承20之預定應用，軸承中該等層之厚度，包含於軸承中之材料，該軸承之該幾何形狀與大小，及/或欲與該軸承聯用之構件(如，旋轉軸)之幾何形狀與大小之函數。增加該輪葉瓣之數量(例如)可增加該基材與外殼相互作用之該表面積且允許一較高欲為該軸承使用之負載。降低該輪葉瓣之數量，例如，當該軸承用於低負載應用時，可允許該軸承中包含更多熱傳導材料並降低摩擦力與熱產生。在一些實施例中，該輪葉瓣之數量係取決於該預定應用之負載要求與摩擦力與熱產生之降低(如，最小化)的平衡。該輪葉瓣可均勻或不均勻地分佈在縱軸L周圍。如圖1所示，該輪葉瓣直線且縱向地平行於該基材28整個長度之縱軸L延伸，如圖所示，其匹配該軸承20之縱長()。在其他實施例中，該輪葉瓣延伸達小於該軸承20之整個縱長度()，例如，從約25%至約100%之長度()，從約50%至約100%之長度()，或從約75%至約100%之長度()。一或多個輪葉瓣(例如，同線輪葉瓣)可持續或間斷地沿長度()延伸。參考圖4，在一些實施例中，軸承20'包含不同尺寸之輪葉瓣32'。如圖所示，基材28'包含四個輪葉瓣32'與四個較薄的輪葉瓣32"。

基材28可包含(如，由...形成)任何材料，其能夠為該軸承20提供機械及物理性質以使該軸承用於其預定應用中。例如，基材28可包含一或多種金屬(如鋁)，一或多種合金(如鋼，冷軋鋼，不銹鋼，傳統拉製性鋼板以及黃銅)，一或多種塑膠，一或多種陶瓷及/或一或多種複合物(如一包含玻璃及/或碳纖維)。基材28可包含僅一個均相組合物(如合金或複合物)或兩或更多不同組成之分離部分。例如，參考圖5，基材28"包含一具有第一組合物(如鋼)之內層40以及一具有不同於該第一組合物之第二組合物(如多孔青銅)之外層42。基材之其他實例包含複合物，其係源自已知如NORGLIDE之族的材料(如，NORGLIDEPRO XL，獲自Saint-Gobain性能塑膠)。該等複合物可包含(例如)一鋼背及/或強化網以及經填滿或混合PTFE之層。該具有不同組成之部分可以放射狀(圖5)或沿圓周地(如，鄰近輪葉瓣或其部分可具有不同組成)排列。基材28之該內表面與外表面獨立地可未經處理或經處理以增強該基材之物理和/化學特性。該表面可利用技術如鍍鋅，鉻酸鹽或磷酸鹽處理，陽極處理(如，對於鋁基材)，雷射熔化或剝蝕，機械噴砂及/或化學品浸蝕處理。例如，一表面可利用一間斷雷射光束改良，其中該光束選擇性地打擊該表面並熔化其一相對較小區域以產生間隔坑洞。該等坑洞可增強該基材28與該潤滑劑層30間之黏合力。

熱傳導層26可包含(如，由...形成)一或多種導熱性等於和/大於基材28中所包含之材料的導熱性之材料。該熱傳導材料可具有下列特性：其允許層26塗布(如，層壓)於該基材28中所包含之材料。類似於基材28，熱傳導層26可包含僅一均相組合物或兩或多個不同組成之分離部分。具有不同組成之該等部分可放射狀地(如，圖5)或沿圓周地排列。熱傳導材料之實例包含壓製金屬粉末(如，銅)，壓製合金粉末以及具有熱傳導纖維(比如，金屬纖維)之壓製複合物。在一些實施例中，軸承20不含放置於基材28之外表面(如，外輪廓34或外輪廓35)上之熱傳導層26或任何材料。

潤滑層30可包含(如，由...形成)一或多種潤滑材料，如一摩擦係數比基材28中所含材料低之材料。該潤滑材料可允許軸承20在安裝後按尺寸鑽孔，開口或磨光而無降低該軸承之性能。該潤滑材料可具有該等特性，其允許層30塗布(如，層壓)於基材28中所包含之材料上。類似於基材28，潤滑層30可包含僅一均相組合物，或兩個或更多不同組成之分離部分。該具有不同組成之部分可放射狀(如，圖5)或沿圓周排列。

在潤滑層30中之材料實例包含聚合體或塑膠材料，如包含高熔化溫度聚合體之耐溫聚合體系統。聚合體材料之實例包含含氟聚合物(如，聚四氟乙烯(PTFE)，氟化乙烯-丙烯(FEP)，聚偏二氟乙烯(PVDF)，聚三氟氯乙烯(PCTFE)，乙烯-三氟氯乙烯(ECTFE)，全氟烷氧基共聚物(PFA)以及其他美國專利第5,573,846號所揭示之材料)，乙縮醛，聚碳酸酯，聚醯亞胺，聚醚醯亞胺，聚醚醚銅(PEEK)，聚乙烯，聚丙烯，聚碸(如，聚醚碸)聚醯胺(尼龍)，聚苯硫醚，聚胺基甲酸酯，聚酯，聚伸苯基氧化物，PPS，PPSO₂ ，芳香族或脂肪族聚酮/醚，PEI以及其摻合物與合金。

在一些實施例中，一或多種添加劑(如，潤滑劑及/或裝填劑)係包含在層30中。該添加劑可影響該層30中之材料的特徵，如潤滑性，機械強度，抗磨損性、熱傳導性與導電性。添加劑之實例包含玻璃及/或碳纖維，矽樹脂，石墨，二硫化鉬，芳香族聚酯，碳微粒，青銅、含氟聚合物以及其組合物。該添加劑可以從約0.5至約49.5體積百分比存在。

潤滑層30中之材料的其他實例包含固態材料(如，無機材料如石墨及/或二硫化鉬)與黏稠流體(如，油脂)。

利用披覆與層壓技術潤滑軸承20。在基材28包含多個分離部分(如，層)之實施例中，利用披覆技術可形成該基材，其中施加熱與壓力以形成一統一結構(如，一薄片)。基材28一旦形成，可令其通過一具有該所選輪葉瓣32圖案反面之傳統砑光輥或穿過一系列齒輪。潤滑層30與熱傳導層26隨後可藉由層壓該所選材料薄片，如PTFE塗布於基材28上。該整個層壓板隨後可在熱與壓力下插入一傳統壓榨機中以形成一統一主體(如，一薄板)。隨後可利用傳統技術使該主體形成為各種應用特定構型以生產軸承20。例如，可使該主體形成為任何數目之軸承類型，如軸襯或頸軸承，止推墊圈與剎車板。軸襯或頸軸承可藉由將該統一主體切割成條帶形成。因此可將這些條帶各別形成(如，滾成)中空圓柱體。特定軸承，如圓柱形軸承可利用傳統技術裝上凸緣。

其他方法可用於形成軸承。例如，一軸承可藉由使基材在塗布該潤滑層之前先形成為一所選構型，如(例如)圓柱體製得。該基材可具有此處所描述之輪葉瓣，且隨後製成一圓柱體。此後，可如(例如)藉由噴射塗布，著色或浸漬將該潤滑層塗布於該圓柱體上。該潤滑層之塗布可在該圓柱體之一或兩端裝上凸緣之前或之後進行。作為另一實施例，該基材可藉由一傳統方法如熱或冷成形操作，包括滾動成形，刺穿，拉製或擠壓製程產生有接縫或無接縫圓柱體而製成一圓柱體。該輪葉瓣可利用(例如)一化學腐蝕製程或雷射處理提供。可如上描述般將該潤滑層塗布於該圓柱體上。

使用時，可將此處所描述之軸承放置在一外殼與一可移動構件之間。參考圖6，一系統50包含一外殼52，一該外殼中具有可旋轉轉子54之發動機54以及該外殼中之軸承20。如圖所示，軸承20係定位於轉子54與外殼52之間，特別地，與該軸承內腔24中之該轉子一起。軸承20能夠降低該發動機之振動，其將導致較安靜之發動機操作以及較長之發動機壽命。在一些實施例中，軸承20係用於替換電動發動機中之軸襯與滾球軸承，如，彼等處於一馬力下者。在其他實施例中，此處所描述之軸承可用於將可樞軸移動構件(如，軸)置於軸承之內腔中之應用中。

雖然已描述多個實施例，但本發明未因此受限制。

例如，在一些實施例中，一軸承在基材28與內層30之間包含一或多個中間層。該中間層可(例如)增強基材28與該層30間之黏合力或接合性。該中間層可包含(例如)黏合劑，例如含氟聚合物，如PFA，MFA，ETFE，FEP，PCTFE以及PVDF，固化黏合劑，如環氧樹脂，聚醯亞胺黏合劑以及低溫熱熔化物，如乙烯醋酸乙烯(EVA)以及聚醚/聚醯胺共聚物(Pebax)。

此處所描述之彎曲輪葉瓣可用於與非彎曲結構，如Woelki之美國專利第5,971,617號所描述之凸面結構組合使用。凸面結構可包含相交於該結構之該外輪廓上一點之線性節段。

在一些實施例中，潤滑層30係經穿孔以藉由置於其中之油脂袋進一步潤滑。

將以上所參考之所有參考文獻，如專利，專利申請案以及公開案之全文以引用方式併入本文中。

其他實施例係在以下請求項之範圍內。

2．．．方向

20．．．軸承

20'．．．軸承

22．．．圓柱主體

24．．．內腔

26．．．傳導外層

28．．．基材

28'．．．基材

28"．．．基材

30．．．潤滑劑層

32．．．輪葉瓣

32'．．．輪葉瓣

32"．．．輪葉瓣

33．．．槽部分

34．．．外輪廓

35．．．外輪廓

36．．．內輪廓

40．．．內層

42．．．外層

50．．．系統

52．．．外殼

54．．．發動機；轉子

．．．長度

L．．．縱軸

．．．厚度

T_t ．．．厚度

圖1係一軸承實施例之透視圖。

圖2係圖1之軸承沿線2-2截取之截面圖。

圖3係一基材實施例圖。

圖4係一軸承實施例之截面圖。

圖5係一軸承實施例之截面圖。

圖6係包括一軸承與一發動機之系統之圖。

2．．．方向

20．．．軸承

22．．．圓柱主體

24．．．內腔

26．．．傳導外層

28．．．基材

30．．．潤滑劑層

L．．．縱軸

．．．長度

Claims (27)

1. 一種軸承，其包含：一基材，其包含第一部分，其具有第一徑向厚度；第二部分，其具有厚於該第一部分之第二徑向厚度；以及第三部分，其具有厚於該第二部分之第三徑向厚度，其中該第二部分及第三部分各具有一彎曲外部輪廓且該第一部分係將該第二部分及第三部分分離，且其中該第二部分及第三部分沿該基板之一長度連續延伸；以及在該基材之外部輪廓上之外部層。
2. 如請求項1之軸承，其中該基材包括複數個彼此間隔放置之第一部分，及複數個彼此間隔放置之第二部分。
3. 如請求項1之軸承，其中該基材包括複數個具有不同化學組成之分離層。
4. 如請求項1之軸承，其中該基材包括金屬或合金。
5. 如請求項1之軸承，其中該第一層包括熱傳導性比該基材之材料的熱傳導性為高之材料。
6. 如請求項1之軸承，其中該第一及第二部分直線地延伸達該基材長度之至少25%。
7. 如請求項1之軸承，其中該第一及第二部分係安置在該軸承之縱軸周圍。
8. 如請求項1之軸承，其中該第一層與該基材接觸。
9. 如請求項1之軸承，其另外在該基材之內輪廓上包括第二層。
10. 如請求項9之軸承，其中該第二層包括摩擦係數比該基 材之材料的摩擦係數為低之材料。
11. 如請求項9之軸承，其中該第二層與該基材接觸。
12. 一種系統，其包括：如請求項1至11中任一項之軸承，該軸承具有一內腔；以及該內腔中之一可移動構件。
13. 如請求項12之該系統，其另外包括一包含該可移動構件之發動機。
14. 一種軸承，其包括：一基材，其包括一內表面、第一部分、一厚於該第一部分之第二部分，一厚於該第二部分之第三部分，該第一部分將該第二部分及第三部分分離，該第二部分及第三部分直線地及縱向地與縱軸平行延伸達該基材之一長度，其中該第二部分及第三部分沿該基板長度連續延伸；以及一在該基層之該內表面上之第一層。
15. 如請求項14之軸承，其中該第二部分延伸達該基材長度之至少50%。
16. 如請求項14之軸承，其中該第二部分延伸達該基材長度之至少75%。
17. 如請求項14之軸承，其中該基材包括複數個彼此間隔放置之第一部分與複數個彼此間隔放置之第二部分。
18. 如請求項17之軸承，其中該等部份具有彎曲外輪廓。
19. 如請求項14之軸承，其中該基材包括複數個具有不同化 學組成之分離層。
20. 如請求項14之軸承，其中該基材包括金屬或合金。
21. 如請求項14之軸承，其中該第一層包括摩擦係數比該基材之材料的摩擦係數為低之材料。
22. 如請求項14之軸承，其中該第一層與該基材接觸。
23. 如請求項14之軸承，其另外在該基材之外輪廓上包括第二層。
24. 如請求項23之軸承，其中該第二層包括熱傳導性比該基材之材料的熱傳導性為高之材料。
25. 如請求項23之軸承，其中該第二層與該基材接觸。
26. 一種系統，其包括：如請求項14之軸承，該軸承具有一內腔；以及在內腔中之一可移動構件。
27. 如請求項26之系統，其另外包括一包括該可移動構件之發動機。