TWI546462B - 軸向徑向滑動軸承及聚合物滑動元件 - Google Patents

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Description

軸向徑向滑動軸承及聚合物滑動元件
本發明一般係關於兼備軸向/徑向之滑動軸承，包括聚合物滑動元件，並關於特別為此等滑動軸承開發的滑動元件。
由專利US 5,509,738已知一種兼備軸向/徑向之滑動軸承，設計成複合結構。其中由聚合物，特別是聚醯亞胺，製成的滑動元件，即固定於金屬軸承半邊。為形成軸向滑動表面呈圓盤形狀，以粘結方式附著複數扇形聚醯亞胺片段。為提供圓筒形徑向滑動表面，把許多彎曲的聚醯亞胺條，粘在該軸承半邊之內周緣定位。其缺點是例如扇形片段和彎曲條，必須適合個別軸承罩之維度。再者，US 5,509,738所揭示複合滑動軸承之生產費用可觀。
德國專利申請案公告DE 21 59 801 A係關於鉸接軸承套筒，具有多層結構，包含金屬性承載層，和配置於其上之自潤滑塑性運轉層。
由IGUS股份有限公司的型錄《聚合物滑動軸承06.2005》，已知此種通類之軸向/徑向滑動軸承(見第50.1-50.2頁)。此滑動軸承亦稱為聚合物轉動環軸承(PRT)，包括第一個軸承外滾圈和第二個軸承內滾圈，由金屬或適當塑膠材料製成。二滾圈可彼此對立繞軸承軸轉動。第二個內滾圈是由二件構成，具有實質上U形斷面。因此，第二個軸承滾圈形成底座，由其容納第一軸承滾圈之內周緣部份。
此聚合物轉動環軸承又包括摩擦方面適當之聚合物(「摩擦聚合物」)。此等滑動元件各在第一和第二軸承滾圈間設置成環形配置，使二軸承可在軸向和徑向脫接。為此，滑動元件各在軸向平面具有實質上L形斷面，使在軸向區域具備軸向滑動表面，在徑向區域具備徑向滑動表面。
類似之軸向/徑向滑動軸承亦見於德國新型DE 20 2004 006 697 U1，可視為最相關的先前技術。
此種滑動軸承之優點特別在於摩擦低，操作免保養，生產成本低廉，構造堅固，磨耗抵抗性高。
軸承之此等特點，主要是由所採用的聚合物滑動元件達成。滑動元件是特別為每種所需軸承直徑訂製，尤其是利用注射塑製法。相對應地，不同軸承直徑之製造，涉及軸承元件生產所需工具之相對應成本，而且相對應大量組件之倉庫管理昂貴。
所以，本發明之目的，在於只使用滑動元件之一種幾何形或組件形狀，即可實施不同的軸承直徑。
按照本發明，此目的是以申請專利範圍第1項界定之軸向/徑向滑動軸承，另以申請專利範圍第10項界定之相對應聚合物滑動元件達成。於此須知軸向/徑向滑動元件，係指主要在軸向負載下使用之滑動軸承，和主要在徑向負載下使用之滑動軸承(偶爾亦稱徑向/軸向滑動元件)。
在申請專利範圍第1項通稱部份之通稱滑動軸承，或在申請專利範圍第10項通稱部份之通稱聚合物滑動元件中，本發明提供滑動元件之徑向區域含有至少一個鉸鏈接頭，藉此以撓性方式連接徑向區域之二片段，因而可彼此對立活動。如此一鉸鏈接頭或徑向區域只分成二個彼此可對立活動片段，已可使軸承滾圈間之滑動元件，能夠適應軸承滾圈之不同直徑。因此，徑向區域具備之鉸鏈接頭，得以視軸承直徑，調節滑動元件對軸承軸之彎曲，因而使滑動元件附設在不同直徑的軸承滾圈間之徑向餘隙內。
因此，具有特殊預定滑動元件幾何形之滑動元件，即可有效率使用在不同尺寸的軸承滾圈之間，至少在不同軸承直徑之特別範圍內。
如此一來，第一和第二軸承滾圈之已知構造，即不必加以任何修改。本發明滑動軸承通常適用於任何轉動環軸承，尤其是其軸承內滾圈具有U形斷面，並支持盤狀外滾圈者。滑動元件亦適用於U形斷面位在外側的反逆構造，自不待言。在二者情況下，滑動元件均有彎角，廣義而言，L形斷面具有二個彼此橫越區域，第一個形成軸向滑動表面，因而稱為軸向區域，第二個形成徑向滑動表面，因而稱為徑向區域。
滑動元件徑向區域內鉸鏈接頭，最好製成類似活鉸鏈，即部份壁厚比滑動元件的其餘壁厚削減。壁厚削減的部份分別連接至至少徑向區域的新鄰較硬片段。如此即可由唯一材料製成單件式。
理論上，鉸鏈接頭亦可另外以撓性塑膠材料製成，以適當方式與摩擦適用塑膠材料組合，即在注射塑製法中塑製於該材料內。以變通或另外方式，亦可以不同方法達成，例如以衝孔等手段，削減二片段間之材料強度。
因此，須知本案「鉸鏈接頭」廣義而言，指該部份在徑向區域之撓性高於相鄰片段者。此撓性可藉彈性模數較低之附加材料而得。此附加撓性係由經測試保證之聚合物製成單件的滑動元件鉸鏈功能部位相對應設計所達成。
在現成使用配置中，鉸鏈軸線或顯示增加撓性之部份，與軸承軸實質上平行，並延伸跨越徑向滑動表面或徑向區域的全軸向維度。一般而言，鉸鏈接頭具有漸進橫越軸承轉動軸線，惟此漸進應至少包含軸向組件，充分大到容許繞軸承軸可調性彎曲。
為了得以使用直徑範圍盡量大，本發明宜提供滑動元件徑向區域包含數個本發明鉸鏈接頭。因此，把徑向區域分成相對應數量之撓性連接片段，最好有數個鉸鏈接頭。結果，以該滑動元件可得徑向區域繞軸承轉動軸線之彎頭，整體更強，即使在鉸鏈接頭仍然較高之剛性，諸如壁厚或任何其他材料強度削減盡量少。
為使徑向區域在彎曲或轉動方向之撓性盡量高，可令滑動元件之徑向區域連接於橫越軸向區域，僅涵蓋單一片段之長度，諸如只在二鉸鏈接頭之間。即使二較硬片段或區域間之此項接頭，最好也是以撓性方式透過附加鉸鏈接頭完成。如此附加鉸鏈接頭之軸線，最好是垂直延伸至徑向區域內本發明鉸鏈接頭軸線。
視使用滑動元件的軸向/徑向滑動軸承而定，在相鄰滑動元件的軸向區域間自然產生不同的間隙。為避免如此間隙造成滑動元件間之相對運動，並減少或避免涉及磨耗，滑動元件的軸向區域間最好含有連接件，使軸向區域彼此固軸承。特別有用的是配置在外角隅的型扣(form fit)連接件。相鄰滑動元件的對立邊緣，因而可以簡易方式彼此可脫卸自如連 接。例如在軸向區域邊緣或角隅之鉤孔套合(Hook-and-eye snap)連接件，可用注射型製法容易製成。
特別有益的是，在本發明滑動元件內設有一或以上之額外斜縮特點，或在橫向(尤其是垂直於徑向區域之鉸鏈接頭)之斷面縮小。結果，在硬質摩擦聚合物時，亦可提高軸向區域之彎曲性，因而避免因彎曲處之凸出情況而增加摩損或不良推擠。
為保持接續滑動元件在軸向區域間之間隙(因軸承直徑而異)盡量小，至少該軸向區域之布置宜構成對稱梯形，二同等側面含較小角度，尤指20°，更好是15°。
在特佳具體例中，複數個別繫結在一起的聚合物滑動元件組成之二軸向對立滑動環，配置在二軸承滾圈之間。個別滑動元件組成之二軸承滾圈，讓彼此對立的軸承滾圈，得最佳軸向和徑向支持。在其他情況下，例如徑向軸承具決定性時，設有聚合物滑動元件組成的唯一滑動環即夠，以相對應方式設計徑向區域。
在二種情況下，本發明聚合物滑動元件係沿周緣方向繫結在一起，大部份沒有可觀的中間間隙或餘隙，因而形成幾近連續式盤狀軸向軸承表面，和幾近連續式環或徑向軸承表面。
本發明聚合物滑動元件，特別得以實施大軸承直徑之軸向/徑向滑動軸承，直徑大於250mm左右，或最好大於500mm。在本說明書中，「軸承直徑」指軸承內滾圈之自由內徑。在此範圍內之直徑，在生產過程中容易製造本發明之鉸鏈接頭，例如以活鉸鏈方式削減材料強度，甚至可用業已測試證明的摩擦聚合物。
上述較之構造特點係獨立項申請專利範圍所請求，為本發明基本特點，也是本發明聚合物滑動元件之特點，只要這些特點事關滑動元件本身。本案又一獨立項申請專利範圍第10項界定之聚合物滑動元件，特別適用於(雖非獨有)具有不同直徑之軸向/徑向滑動元件，尤其是轉動環軸承。由於鉸鏈接頭之故，本發明聚合物滑動元件亦可選擇性採用於線型聚合物滑動軸承。
除按照本發明構造之滑動元件外，本發明又涉及於視情形設計之軸向/徑向軸承中，使用此類滑動元件，尤指包括二視情形造型的軸 承滾圈，可彼此對立轉動之滑動元件。
本發明進一步細節、優點和特點，由如下參照附圖所示較佳具體例之說明，即可明白。
10‧‧‧軸向徑向滑動軸承
11‧‧‧第一軸承滾圈
12‧‧‧第二軸承滾圈
13‧‧‧腔孔
20‧‧‧滑動元件
21‧‧‧軸向區域
22‧‧‧徑向區域
23‧‧‧鉸鏈接頭
24‧‧‧片段
25‧‧‧鉸鏈接頭
26‧‧‧結合鉤
27‧‧‧眼孔
28‧‧‧斷面
A‧‧‧轉動軸線
S‧‧‧樞動軸線
T‧‧‧橫向軸線
D‧‧‧直徑
α‧‧‧半角
第1A圖為本發明含有聚合物滑動元件的軸向/徑向滑動軸承沿軸承軸之斷面圖；第1B圖為軸向/徑向滑動軸承之平面圖；第2A圖為本發明滑動元件較佳具體例沿想像軸承軸之平面圖；第2B圖為第2A圖滑動元件一側之透視圖；第2C圖為第2A圖滑動元件另一側之透視圖。
在第1A-1B圖中，軸向/徑向滑動軸承，以參照號碼10概括標示。包括第一軸承滾圈11和第二軸承滾圈12，通常由金屬，例如鋁，按已知方式製成。此二軸承滾圈11,12之一或二者，亦可由適當塑膠材料製成。在圖示具體例中，第二軸承滾圈12設計成內滾圈，呈實質上U形斷面。因此，第二軸承滾圈12形成支座，可容納第一軸承滾圈11的徑向內組件，至全周緣程度。詳見第1A圖，第二軸承滾圈12是由彼此凸出的組件，利用螺合構成。在圖示實施例中，第一軸承滾圈11是設計成單件式外滾圈。利用該二軸承滾圈11,12間之相對應餘隙或間隙，可彼此繞軸承軸A相對轉動。二軸承滾圈11,12包含軸向腔孔，使欲以可轉動方式彼此連接之組件(不進一步圖示)固定。關於已知適當軸承滾圈11,12之進一步特點，可參照本說明書開頭提到的先前技術。
第1A圖又顯示由聚合物製成的滑動元件20，置於第一和第二軸承滾圈11,12間，更準確言，是在第二軸承滾圈12之支座區域內。二對立滑動環在軸向和徑向解合軸承滾圈11,12，並形成該軸承滾圈之滑動表面，各由個別複數沿周接續滑動元件20所形成。為此，滑動元件20分別在包含轉動軸線A(見第1A圖)之斷面平面，具有大略L形斷面，包括軸向區域21和徑向區域22，在橫向彎角，尤指實質上垂直於軸向區域21。
本發明滑動元件20詳示於第2A-2C圖。該滑動元件20最 好由在摩擦方面適於軸向和徑向支持軸承滾圈11,12之聚合物，於注射塑製法中製成單件式構造。在第2A圖之平面圖中，軸向區域21以其二主要外面，形成二對立軸向滑動表面，在轉動軸線A方向支持軸承滾圈11,12。因此，為徑向支持軸承，該徑向區域22在其各主要外面，形成徑向滑動表面，大約垂直於軸向滑動表面延伸，並在操作位置稍微彎曲。
滑動元件20之徑向區域22包含數個鉸鏈接頭23(圖示具體例顯示二個鉸鏈接頭23)。該鉸鏈接頭23把徑向區域22區分成相對應數量之片段24(在本例情況為三個片段)，以撓性方式等連接此等片段24，使彼此可對立活動。如第2B圖所示，該鉸鏈接頭23構成方式是，使片段24彼此對立彎角或彎曲，使樞動軸線S可介置其間(見第2B圖)。鉸鏈接頭23之構造為，在操作位置時，樞動軸線S大致平行於轉動軸線A延伸。結果，滑動元件20，尤其是徑向區域22，能夠適應軸向徑向滑動軸承10之個別直徑D(見第1A-1B圖)。為此，具有預定幾何形狀的滑動元件20，可按照本發明用於不同直徑D，例如直徑D在500mm至600mm或更大範圍之軸承。
在第2A-2C圖較佳具體例中，鉸鏈接頭23各以活鉸鏈方式製成，即把徑向區域22之壁厚，在二較硬片段24間之過渡區削減。惟不排除鉸鏈接頭23之其他實施方式。
為妥協片段24彼此相對之撓性，徑向區域22連接於軸向區域21僅僅單一片段24之維度，在本例情況是中間片段。詳見第2C圖，為此設有又一鉸鏈接頭25，故軸向區域21和徑向區域22間之連接亦以撓性方式構成。該又一鉸鏈接頭25容許軸向區域21和徑向區域22間繞橫向軸線T鉸動，如第2C圖虛點線所示，實質上垂直於樞動軸線S，而對滑動軸承10的軸動方向切線延伸。
第2A-2C圖又表示垂直於徑向區域22的鉸鏈接頭23之樞動軸線S，又有斷面28削減，各偏離平行於第一橫向軸線T(第2C圖)，可進一步削減斷面，亦垂直於第一橫向軸線T(第2C圖)，利用延伸鉸鏈接頭23位準，即可特別容易實施。藉適當配置此斷面28之削薄，軸向區域21之彎曲性可視需要適應，與滑動軸承10材料無關。
如第2A-2C圖所示，整個滑動元件20布置可用平坦配置， 但至少可能最大的軸向區域21係設計相當於等邊梯形。於此，二等邊夾角在20°以下，以15°以下為佳，可按朝向假想轉動軸線A的方向呈錐形斜縮。為圖示起見，在第2A圖上，相對應半角α以點線表示。因此，相鄰軸向區域21間和相鄰徑向區域22間之間隙寬度，在沿周方向最適化。
第2B-2C圖表示在滑動元件20的外角隅之結合鉤26，以及相鄰滑動元件20接受該結合鉤26用之適當眼孔27。滑動元件20上的結合鉤26和眼孔27，使相鄰滑動元件20得以型扣連接，保固於沿周方向或切線於轉動軸線A。
最後，須知在第2A-2C圖中顯示徑向區域22之平坦平面配置，但片段24間繞樞動軸線S之角度，可在大範圍內自由選擇，或按照直徑D以該鉸鏈接頭23調節。另方面，滑動元件20對線型滑動軸承之適用性，亦為第2A-2C圖所示平面配置的結果。
10‧‧‧軸向徑向滑動軸承
11‧‧‧第一軸承滾圈
12‧‧‧第二軸承滾圈
20‧‧‧滑動元件
21‧‧‧軸向區域
22‧‧‧徑向區域
23‧‧‧鉸鏈接頭
24‧‧‧片段
26‧‧‧結合鉤
27‧‧‧眼孔
28‧‧‧斷面
A‧‧‧轉動軸線
S‧‧‧樞動軸線
T‧‧‧橫向軸線

Claims (21)

  1. 一種軸向徑向滑動軸承(10)，具有聚合物滑動元件(20)，包括：第一軸承滾圈(11)和第二軸承滾圈(12)，彼此可繞軸承軸(A)對立轉動，其中第二軸承滾圈(12)界定實質上U形斷面，以接納第一軸承滾圈(11)之至少某些區域；滑動元件(20)，由聚合物製成，尤其是摩擦聚合物，配置在第一和第二軸承滾圈之間，可在軸向和徑向解合軸承滾圈，其中滑動元件(20)各有實質上L形斷面，包括具有軸向滑動表面之軸向區域(21)，和具有徑向滑動表面之徑向區域(22)；其特徵為，滑動元件(20)之徑向區域(22)含有至少一鉸鏈接頭(23)，以撓性方式連接徑向區域之二片段(24)，使彼此可對立活動，致滑動元件(20)適合軸向徑向滑動軸承(10)之個別直徑(D)者。
  2. 如申請專利範圍第1項之軸向徑向滑動軸承，其中鉸鏈接頭(23)是以類似活鉸鏈製成，即將徑向區域(22)內片段(24)間之壁厚削減者。
  3. 如申請專利範圍第1項之軸向徑向滑動軸承，其中滑動元件之徑向區域(22)包含若干鉸鏈接頭(23)，把徑向區域分成若干撓性連接之片段(24)者。
  4. 如申請專利範圍第3項之軸向徑向滑動軸承，其中徑向區域只有一片段(24)，最好以撓性方式，經又一鉸鏈接頭(25)連接於軸向區域者。
  5. 如申請專利範圍第1項之軸向徑向滑動軸承，其中滑動元件之軸向區域(21)展示連接件，最好是型扣式連接件(26,27)，配置在外角隅，使軸向區域彼此固定者。
  6. 如申請專利範圍第1或4項任一項之軸向徑向滑動軸承，其中為提高軸向區域(21)之彎曲性，斷面(28)有一處或多處削減，按橫向進行至徑向區域(22)至少一鉸鏈接頭(23)之樞動軸線(S)者。
  7. 如申請專利範圍第1或5項任一項之軸向徑向滑動軸承，其中滑動元件之至少軸向區域(21)具有梯形布置，以二等邊夾角(2α)20°，以15°為佳者。
  8. 如申請專利範圍第1或5項任一項之軸向徑向滑動軸承，其中在軸承滾圈(11,12)之間，配置複數滑動元件(20)組成之二對立滑動環，而軸承滾圈係在軸向和徑向彼此相挺者。
  9. 如申請專利範圍第1或5項任一項之軸向徑向滑動軸承，其中軸向徑向滑動軸承(10)之內徑(D)至少250mm，至少以500mm為佳者。
  10. 一種聚合物滑動元件(20)，供滑動軸承用，其中滑動元件(20)具有實質上L形斷面，包括具有軸向滑動表面之軸向區域(21)，和具有徑向滑動表面之徑向區域(22)；其特徵為，徑向區域(22)包含至少一鉸鏈接頭(23)，以撓曲方式連接徑向區域(22)之二片段(24)，使彼此可對立運動，致滑動元件(20)可適應個別滑動軸承，尤指軸向徑向滑動軸承(10)之直徑(D)者。
  11. 如申請專利範圍第10項之聚合物滑動元件(20)，其中鉸鏈接頭(23)是以活鉸鏈方式製成，即將徑向區域(22)由片段(24)間之壁厚削減者。
  12. 如申請專利範圍第10項之聚合物滑動元件(20)，其中滑動元件之徑向區域(22)包含若干鉸鏈接頭(23)，把徑向區域分成若干撓性連接之片段(24)者。
  13. 如申請專利範圍第12項之一項聚合物滑動元件(20)，其中徑向區域只有一片段(24)經又一鉸鏈接頭(25)撓性連接至軸向區域為佳者。
  14. 如申請專利範圍第10項之一項聚合物滑動元件(20)，其中滑動元件之軸向區域(21)展示連接件，最好是型扣式連接件(26,27)，配置在外角隅，使軸向區域彼此固定者。
  15. 如申請專利範圍第10或13項任一項之聚合物滑動元件(20)，其中為提高軸向區域(21)之彎曲性，斷面(28)有一處或多處削減，按橫向進行至徑向區域(22)至少一鉸鏈接頭(23)之樞動軸線(S)者。
  16. 如申請專利範圍第10或14項任一項之聚合物滑動元件(20)，其中滑動元件至少軸向區域(21)具有梯形布置，二等邊包含角度(2α)20°，以15°為佳者。
  17. 一種滑動軸承用之聚合物滑動元件(20)，其中滑動元件(20)具有實質上L形斷面，包括具有軸向滑動面之軸向區域(21)，和具有徑向滑動表面之徑向區域(22)；其特徵為，徑向區域(22)顯示可撓性比軸向區域(21)高，有片段(24)可彼此相互對立活動，使滑動元件(20)可適合軸向徑向滑動軸承(10)之直徑(D)者。
  18. 如申請專利範圍第17項之聚合物滑動元件(20)，其中徑向區域(22)係由摩擦聚合物一體製成，較軸向區域(21)之材料強度減少者。
  19. 如申請專利範圍第17項之聚合物滑動元件(20)，其中滑動元件之徑向區域(22)包含若干鉸鏈接頭(23)，把徑向區域分成若干撓性連接片段(24)者。
  20. 如申請專利範圍第19項之聚合物滑動元件(20)，其中徑向區域(22)之一片段(24)經由又一鉸鏈接頭(25)，撓性連接至軸向區域(21)者。
  21. 如申請專利範圍第17項之聚合物滑動元件(20)，其中徑向區域(22)只有一片段(24)係連接於軸向區域(21)者。
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