TWI425153B - High lubrication performance of the bearing components - Google Patents

Description

高潤滑效能之軸承組件

本發明提供一種高潤滑效能之軸承組件，尤指能在複數單元件與殼體之間合圍形成至少一儲放潤滑介質的儲存槽，並持續形成強力支撐軸芯旋轉的多流道動壓與循環回收潤滑介質的高潤滑效能軸承。

一般來說，軸承與機械結構的連接方式不外乎滑動、滾動以及撞擊三種方式，因此摩擦損耗一直是軸承無法避免的問題，而如何有效降低軸承的摩擦力，增加軸承的使用壽命，一直是軸承設計上所不斷追求的目標。隨著科技進步的發展，軸承必須通過在高溫、低溫、高負載、高轉速、高振動等嚴苛條件下運轉，以符合不同使用環境的需求。

一般習知的軸承經過長時間的使用後即可能因潤滑介質(lubricating media)的逐漸消耗殆盡，導致軸芯直接與軸孔壁面發生高頻率的敲擊與碰撞，因而造成過度的磨耗與發熱，終將導致該軸承出現噪音、刮軸、擴孔等異狀而加速損毀。要長期在軸承的軸孔內壁與旋轉的軸芯外壁間形成足以承載軸芯高負載的磨潤介面(tribology interface)以持續在上述嚴苛運轉環境下順暢運作，一般除了在軸承材料上改良外，也有在潤滑介質上的改進，利用不同潤滑特性的介質，有效降低軸承與軸芯之間的 摩擦及耗損。除此之外，也有針對軸承結構的改良，例如滾珠軸承及動壓軸承等。

滾珠軸承結構複雜，且很容易因為振動而影響整體結構。相較之下，動壓軸承結構簡單，配合潤滑介質的使用，可大幅降低摩擦的損耗，有效應用在嚴苛的環境中。然而動壓軸承除了必須使軸承富含足夠的潤滑介質並均勻且順暢地供應及回收該潤滑介質外，還必需具備簡化製程的量產性、整體結構的強固性、潤滑介質流道與儲存室的位置與容量的可調性，及同時或分別使用多元化潤滑介質的彈性。

而如美國專利公開第20060171618號所揭露之「Lubrication oil retaining bearing assembly」，其提出一種由套設於軸芯的中空組合件形成的自潤軸承，該組合件由外觀呈ㄒ字形的二階梯狀圓柱體的小徑端對接，以形成一外周面呈內凹的組合件，並以一中空圓筒外殼套設於該組合件以形成一儲放潤滑油的儲存室，並透過形成該儲存室的對接面之間的間隙(gap)將潤滑油滲流至軸孔；唯上述軸承無法供應黏稠性較高的潤滑劑。

另如美國專利公告第3917362號之「Lubricated track roller」，其揭露一種由套設於軸芯的中空組合件形成的自潤軸承，該組合件的外周面中央沿徑向環設一凹槽，並以一中空圓筒外殼套設於該組合件的外周面以使該凹槽形成一儲放潤滑脂的環狀儲存室，並透過該凹槽設置的多個通孔以將潤滑脂滲流至軸孔。

再者，如美國專利公開第20090034888號之「hydrodynamic bearing unit」，其提出一種動態軸承，揭露了一個可含油的軸 承以及於該軸承內部的特殊含油凹槽，含油凹槽可提供一含油空間於該軸承與軸芯之間，進而於運轉時，增加軸承與該軸芯之間的含油量，以避免軸承與軸芯之間直接摩擦的可能性。但，於軸承內表面製作凹槽實有其困難度，且無法於後製程時以雷射雕刻，因而造成加工時間過長，大幅提高整體的生產成本，實有改進的必要。

本發明主要目的，在於提供一種由至少二單元件沿徑向組配形成的新穎且具高潤滑效能之軸承結構，達到調變單元件長度與數目、單元件的溝槽數目、以及儲存凹溝數目，以提供一種強力支撐旋轉軸芯的新穎潤滑機制，達到持續產生動壓並能循環回收潤滑介質的功效。

本發明之另一目的，在於提供一種符合目前高轉速及高負載之嚴苛運轉條件，並可模組化生產，降低量產成本的動壓軸承。

為達上述目的，本發明提供一種高潤滑效能之軸承組件，其包含有一殼體及設置於該殼體內的複數單元件，該複數單元沿徑向組配於該殼體內並形成一軸孔以容置一軸芯，各單元件具有一儲存壁、一潤滑壁以及二連接壁，該儲存壁設置於該單元件朝向該殼體的一面，該潤滑壁背向該儲存壁而設置於朝向該軸芯的一面，且該潤滑壁具有至少一動壓溝槽以及至少一連通槽，該單元件之連通槽係相互連通，且該動壓溝槽與該連通槽相連通。而該二連接壁分別位於該儲存壁與該潤滑壁的兩側，該二連接壁的至少其一具有至少一溝槽，該至少一溝槽連通該潤滑壁的至少一連通槽，該組合件中各相鄰單元件間的連接壁外形互補且相互貼合，該 至少一溝槽在該相鄰單元件間形成至少一流道，該組合件中的複數儲存壁與該殼體之間合圍形成該軸承組件用以儲放潤滑介質的至少一儲存室，該至少一儲存室透過該至少一流道連通該軸孔。

本發明的上述潤滑介質(lubricating media)泛指任何能使旋轉軸芯與軸承組件的軸孔18之間發揮優質潤滑效果的物質，包括但不侷限於：黏稠性較低的潤滑油(oil)及黏稠性較高的潤滑劑(lubricants)，例如潤滑脂(grease)，或潤滑油與潤滑脂(grease)的混合物，或潤滑脂與含有固態潤滑粒子的潤滑劑等。

本發明的該複數單元件組合於該殼體內，利用該流道作為該潤滑介質交替來回進出於該儲存室與該軸孔間的低流阻通道，達到在軸芯與軸孔間持續建立均勻穩定的潤滑介面，以發揮優質的磨潤功效，從而大幅延伸及優化軸承的運作極限與壽命。

本發明的該潤滑壁之動壓溝槽及其他結構特徵係外露於該單元件的外周面，因而可一併模組化設計與製造，而具有易於品控、精減模具、快速量產、簡化製程以及低成本的優點。

10‧‧‧殼體

11‧‧‧定位部

12‧‧‧凹槽

15‧‧‧組合件

18‧‧‧軸孔

20‧‧‧單元件

21‧‧‧儲存壁

211‧‧‧儲存凹溝

22‧‧‧潤滑壁

221‧‧‧動壓溝槽

222‧‧‧連通槽

23‧‧‧連接壁

231‧‧‧溝槽

232‧‧‧流道

24‧‧‧固定部

25‧‧‧定位凸塊

26‧‧‧定位凹槽

30‧‧‧間隔件

40‧‧‧儲存室

圖1、係本發明第一實施例之立體結構示意圖。

圖2、係本發明第一實施例之立體分解示意圖。

圖3、係本發明圖1中A-A方向之剖面示意圖。

圖4、係本發明第二實施例之剖面示意圖。

圖5、係本發明第二實施例中不同動壓溝槽配置之剖面示意圖。

圖6、係本發明第二實施例顯示一種對齊流道之剖面示意圖。

圖7、係本發明第二實施例顯示另一種交錯流道之剖面示意圖。

圖8、係本發明第三實施例之剖面示意圖。

圖9、係本發明第四實施例之剖面示意圖。

圖10、係本發明第五實施例之立體結構示意圖。

圖11、係本發明第六實施例之立體結構示意圖。

有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下：

請參閱圖1-圖3所示，圖1係本發明第一實施例之立體結構示意圖，圖2係本發明第一實施例之立體分解示意圖，圖3為圖1中A-A方向的剖面示意圖。如圖所示：本發明係為一種高潤滑效能之軸承組件，包括一殼體10及一組合件15，該組合件15由複數單元件20沿徑向組配形成，於本實施例中，該組合件15是由四個呈圓弧狀的單元件20構成，且組合於該殼體10內形成一軸孔18以容置一軸芯(未圖示)。該單元件20之數目可隨設計需求而變化，本發明並不侷限單元件20之組成個數，該複數單元件20各設有一儲存壁21、一潤滑壁22以及二連接壁23，該單元件20係為多孔或緻密材質所構成。

該儲存壁21設置於該單元件20朝向該殼體10的一面，該儲存壁21具有一儲存凹溝211，該組合件15緊配於該殼體10時，該儲存凹溝211與該殼體10之間形成一儲放潤滑介質的環狀儲存室40。該潤滑壁22設置於該儲存壁21的背面並朝向該軸芯，且該潤滑壁22具有複數動壓溝槽221及一連通槽222，該複數單元件20之連通槽 222係相互連通，且該複數動壓溝槽221與該連通槽222相連通，該動壓溝槽221的形狀可為三角形、長方形、斜翼形、弧形或其組合所形成，本實施例僅以斜翼形作為舉例，而該連通槽222係連通於該斜翼形動壓溝槽221的匯聚中心，本實施例中，每一個單元件20各設有兩個動壓溝槽221，該斜翼形動壓溝槽221對稱於該連通槽222的斜翼是以呈銳角匯聚的方向朝向軸芯的旋轉方向，相鄰單元件20的連通槽222相互連接而形成一圍設於軸孔18內壁的連通溝槽。該二連接壁23分別位於該儲存壁21與該潤滑壁22的兩側，該二連接壁23的至少其一設有一溝槽231，該溝槽231連通該潤滑壁22及該儲存壁21，該儲存凹溝211透過該溝槽231連通該連通槽222，進而連通該動壓溝槽221；殼體10與組合件15組配時，任二相鄰單元件20的連接壁23外形互補且相互貼合，組合件15中相鄰單元件20間的該溝槽231形成一流道232，使該軸承組件的該儲存室40透過該流道232連通該軸孔18。於組裝軸芯並啟動旋轉後，分別位於該軸孔18及該儲存室40的該潤滑介質會因為軸芯的高速旋轉所產生的離心力而使該流道232的兩端產生壓力差，進而產生對潤滑介質的推拉效應，使該潤滑介質通過該流道232交替往返流動於該儲存室40與該軸孔18之間，透過軸芯的高速旋轉會對軸孔18上的動壓溝槽221與連通槽222滾動擠壓並經由正要接近的一流道232匯聚由該儲存室40所供應的潤滑介質而形成支撐軸芯的動壓，再將該潤滑介質經由下一流道231流入該儲存室40內，藉由對供應潤滑介質在動壓溝槽221與連通槽222的滾動匯聚與擠壓，達到強化軸芯的動壓支撐和回收潤滑介質的循環系統，從而減少軸芯及軸承間的摩擦力達到延長軸承組件使用壽命的目的。需另外說明的是，該流道232會隨著該單元件20的厚 度以及溝槽211的大小而有不同的變化，若該流道232的長度過長或過細，則該潤滑介質不易流動於該儲存室40與該軸孔18之間，適當調整該流道232的長度，則可使得該儲存室40變大；或是增大該流道232的截面積，如此將可使潤滑介質的流通性大幅提高，因而可增加軸承組件的壽命。而較佳地，該流道232係符合-2≦logD≦0.5×log(2×Sd×H/N)之規範，其中N為該流道232的總數，D係以公厘為單位的該流道232等值水力直徑(equivalent hydraulic diameter)，Sd係以公厘為單位的該軸芯直徑，H係以公厘為單位的該軸孔18長度。

請參閱圖4所示，係本發明第二實施例之剖面結構示意圖，本實施例與第一實施例的區別在於：該溝槽231及該連通槽222係可設計為複數個，且該複數溝槽231的口徑可配合該潤滑介質的黏稠性作適當調整，以使該軸承組件發揮最佳的潤滑效能，通常只要相鄰單元件20的其中一個連接壁23設有該溝槽231，於組合後，便可發揮流道232在儲存室40與軸孔18之間發揮潤滑介質的供應與回收功能，本實施例中，為加強流道232之流通功能，該相鄰連接壁23上各平行設置三個溝槽231，而該潤滑壁22上亦各平行設置三個與該三個溝槽231相連通的對應連通槽222，本實施例採用與第一實施例相同的斜翼形複數動壓溝槽221，並使該複數動壓溝槽221的斜翼匯聚中心分別連通該中央的連通槽222，且使該動壓溝槽221的兩斜翼分別連通二外側的連通槽222。除此之外，該動壓溝槽221的形狀與數量也可配合該平行設置的三個連通槽222進行不同的配置，圖5所示，係本發明第二實施例中不同動壓溝槽配置之剖面示意圖，其中的斜翼形複數動壓溝槽221係分別 配合每一個連通槽222設置，使三組複數動壓溝槽221的斜翼匯聚中心分別各自連通該平行設置的三個連通槽222，且該三組複數動壓溝槽221是以交錯的方式設置。

本發明所述的潤滑介質(lubricating media)泛指任何能使旋轉軸芯與軸承組件的軸孔18之間發揮優質潤滑效果的物質，包括但不侷限於：黏稠性較低的潤滑油(oil)及黏稠性較高的潤滑劑(lubricants)，例如潤滑脂(grease)，或潤滑油與潤滑脂(grease)的混合物，或潤滑脂與含有固態潤滑粒子的潤滑劑等。除此之外，本發明之單元件20可由預先含浸潤滑油之多孔隙材質製成，同時透過孔隙的毛細力驅動及前述在流道232兩端的壓力差供應潤滑介質至軸孔18，從而形成更優質的潤滑介面，進一步強化磨潤功效。另外，為配合軸芯的負載長度，本發明的軸承組件由該複數單元件20經徑向組配為一組合件15後，亦可將多個該組合件15以上下疊置的方式而與該軸芯配合使用，且設置於同一個殼體10內，以將儲放於多個獨立的儲存室40中的潤滑介質經由不同軸向位置的流道232傳輸至軸孔18，藉此達到較均勻穩定的潤滑介面。

另外，該流道232可以有不同的實施方式，請參閱圖6及圖7所示，係本發明第二實施例中分別顯示一種對齊的流道232排列與另一種交錯的流道232排列之剖面示意圖，該二圖所示的剖面結構係分別由對應於圖1中的B-B方向視之；該軸承組件中的組合件15是由該複數單元件20之間的相鄰二連接壁23相互貼合形成，其中圖6的該相鄰二連接壁23上的三個溝槽231是以相互對齊的方式配置，從而形成與前述實施例相同功能的對齊式流道232排列；而 圖7的該相鄰二連接壁23上的三個溝槽231則是以相互交錯的方式配置，由於該相互交錯的溝槽231與前述相互對齊的溝槽231具有相同的等值水力直徑，從而形成與前述實施例相同功能的交錯式流道232排列，由於潤滑介質經由該交錯式流道232的不同軸向位置傳輸至軸孔18，因而可達到更均勻穩定的潤滑介面。

請參閱圖8所示，係本發明第三實施例之剖面示意圖，本實施例與前述實施例的區別在於：本實施例的軸承組件還具有二間隔件30，其係先分別套設於該組合件15的上方與下方，再以該二間隔件30的外周面緊配於該殼體10的內壁面，藉此，該間隔件30、該組合件15及該殼體10之間形成與前述實施例用於儲放潤滑介質相同功能的一環狀儲存室40。

請參閱圖9所示，係本發明第四實施例之剖面示意圖，本實施例與前述實施例的區別在於：本實施例的軸承組件其殼體10的內壁面還沿徑向設有一環狀的凹槽12，並與該平面的儲存壁21緊配密合以形成與前述實施例用於儲放潤滑介質相同功能的一環狀儲存室40。

請參閱圖10所示，係本發明第五實施例之立體結構示意圖，本實施例與前述實施例的區別在於：本實施例的軸承組件可有效避免組合件15中該複數單元件20之間的滑移，為此，該殼體10的內表面還設有至少一定位部11，而該複數單元件20的該複數儲存壁21對應於該至少一定位部11設有數量相同且形狀互補的至少一固定部24，本實施例中，該至少一定位部11係為設置於該殼體10內表面朝軸向延伸的至少一凸柱，而該至少一固定部24設置在該複數儲存壁21對應於該至少一凸柱的至少一卡槽，以便相互卡扣接合 ；同理，該至少一定位部11亦可設置在該儲存壁21上，而與對應設置在該殼體10內表面的至少一固定部24相互卡扣接合；如此，除可達到精準對位的目的，並可使該組合件15更加穩固地容置於該殼體10中，從而強化本發明軸承組件在高轉速與高負載的嚴苛運轉條件中的抗振能力。

再者，請參閱圖11所示，係本發明第六實施例之立體結構示意圖，本實施例與前述實施例的區別在於：本實施例的軸承組件為了更進一步防止組合件15中該複數單元件20之間的滑移，該複數單元件20之間的各相鄰二連接壁23之一連接壁23上設置至少一定位凸塊25，並在該相鄰二連接壁23的另一連接壁23上對應設置與該至少一定位凸塊25數量相同且形狀互補的至少一定位凹槽26，透過該複數單元件20之間該至少一定位凸塊25與該至少一定位凹槽26的相互卡扣接合，使該組合件15更加穩固地容置於殼體10中，從而進一步強化本發明軸承組件在高轉速與高負載的嚴苛運轉條件中的抗振能力。

綜上所述，本發明提供一種高潤滑效能之軸承組件，其係將該複數單元件20以徑向組配方式所形成的組合件15容置於該殼體10內，透過該複數單元件20之間連通儲存壁21與潤滑壁22的溝槽231所形成的流道232，作為使該潤滑介質交替來回進出(back-and-forth)流動於該儲存室40與該軸孔18之間的低流阻通道，達到在軸芯與潤滑壁22間建立均勻穩定的優質潤滑介面，除能在軸孔18中產生足以支撐高速旋轉軸芯的動壓，並能持續交替供應與回收潤滑介質，以實現本發明軸承組件的高潤滑效能，從而降低功耗與噪音，達到大幅延伸及優化該軸承組件的運作極限 與壽命。再由於本發明的各單元件20係設計成易於模組化且適合大量生產的圓弧狀結構，其重要特徵包括：位於該潤滑壁22上的動壓溝槽221與連通槽222，位於該儲存壁21上的儲存凹溝211或定位部11(或固定部24)，以及位於該連接壁23上的溝槽231或定位凸塊25(或定位凹槽26)皆外露於各單元件20的周面上，因而可於開模製造該複數單元件20的同時一併將其納入，尤其對於製造複雜多樣而精緻的動壓溝槽221，特別具有易於確保品質、精減模具數量、快速量產、製程簡化以及降低成本的優點。因此本發明高潤滑效能之軸承組件已針對欲解決的問題，不論就整體技術、結構及功能特徵皆大幅超越習知技術，並於實施中顯現實質的功效，因而符合申請發明專利之要件，爰依法提出申請，祈 鈞局早日賜准專利，實感德便。

以上已將本發明做了詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能據以限定為本發明實施之範圍。舉凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬於本發明之專利涵蓋範圍。

10‧‧‧殼體

20‧‧‧單元件

21‧‧‧儲存壁

211‧‧‧儲存凹槽

22‧‧‧潤滑壁

221‧‧‧動壓溝槽

222‧‧‧連通槽

23‧‧‧連接壁

231‧‧‧溝槽

Claims (14)

1. 一種高潤滑效能之軸承組件，包括：一殼體；一組合件，由複數單元件沿徑向組配形成，該組合件固設於該殼體內並形成該軸承組件的一軸孔以容置一軸芯，各單元件具有：一朝向該殼體設置的儲存壁；一朝向該軸芯設置的潤滑壁，其係位於該儲存壁的背面，該潤滑壁設有至少一動壓溝槽以及至少一連通槽，且該至少一動壓溝槽與該至少一連通槽相連通；二連接壁，其係分別位於該儲存壁與該潤滑壁的兩側，該二連接壁的至少其一設有至少一溝槽，該至少一溝槽連通該潤滑壁的至少一連通槽及該儲存壁；該組合件中各相鄰單元件間外形互補的連接壁相互貼合，該至少一溝槽在該相鄰單元件間形成至少一流道，該組合件中的複數儲存壁與該殼體之間合圍形成該軸承組件用以儲放潤滑介質的至少一儲存室，該至少一儲存室透過該至少一流道連通該軸孔。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高潤滑效能之軸承組件，其中各單元件的該至少一溝槽與該至少一連通槽具有相同數目。
3. 如申請專利範圍第1項所述之高潤滑效能之軸承組件，其中該組合件中各相鄰單元件間的該至少一流道與該至少一連通槽具有相同數目。
4. 如申請專利範圍第1項所述之高潤滑效能之軸承組件，其中該組 合件中至少一相鄰單元件間的該至少一流道係以交錯位置排列。
5. 如申請專利範圍第1項所述之高潤滑效能之軸承組件，其中該組合件中各單元件上的該至少一動壓溝槽與該至少一連通槽相互連通。
6. 如申請專利範圍第1項所述之高潤滑效能之軸承組件，其中該單元件的儲存壁設有至少一儲存凹溝，使該組合件中的該複數儲存壁與該殼體之間合圍形成該至少一儲存室。
7. 如申請專利範圍第1項所述之高潤滑效能之軸承組件，其中該組合件沿軸向的兩端分別套設一間隔件，使該組合件中的該複數儲存壁與該殼體之間合圍形成該至少一儲存室。
8. 如申請專利範圍第1項所述之高潤滑效能之軸承組件，其中該殼體的內表面沿徑向設有至少一凹槽，使該組合件中的該複數儲存壁與該殼體之間合圍形成該至少一儲存室。
9. 如申請專利範圍第1項所述之高潤滑效能之軸承組件，其中該殼體的內表面設有至少一定位部，該組合件中的該複數儲存壁對應設有與該至少一定位部數量相同且形狀互補的至少一固定部，以便相互卡扣接合。
10. 如申請專利範圍第1項所述之高潤滑效能之軸承組件，其中該潤滑介質為潤滑油、潤滑脂或潤滑油與潤滑脂混合之潤滑劑。
11. 如申請專利範圍第1項所述之高潤滑效能之軸承組件，其中該動壓溝槽的形狀係選自於三角形、長方形、斜翼形、弧形及其組合所形成的群組。
12. 如申請專利範圍第1項所述之高潤滑效能之軸承組件，其中該流道係符合-2≦logD≦0.5×log(2×Sd×H/N)之規範，其中N為該流道的總數，D係以公厘為單位的該流道等值水力直徑，Sd係以公 厘為單位的該軸芯直徑，H係以公厘為單位的該軸孔長度。
13. 如申請專利範圍第1項所述之高潤滑效能之軸承組件，其中該單元件為一圓弧狀結構，並於該殼體內組合成一圓環狀的組合件。
14. 如申請專利範圍第1項所述之高潤滑效能之軸承組件，其中該組合件的至少一組相鄰單元件間的相鄰連接壁中的一連接壁上設有至少一定位凸塊，並在該相鄰連接壁中的另一連接壁上對應設有與該至少一定位凸塊數量相同且形狀互補的至少一定位凹槽，以便相互卡扣接合。