CN102822544B - 用于具有功能层的轴承和公差环的***、方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种轴承或公差环具有多个功能层，这些功能层包括一个环形金属带和一个弹性体层。该公差环还包括一个低摩擦层，该层粘接到其他层上。

Description

用于具有功能层的轴承和公差环的***、方法和装置
披露领域
本发明总体上涉及位于移动部件之间的轴承和公差环，具体地涉及用于具有功能层的轴承或公差环的改进的***、方法和装置。
背景
轴承和公差环限制了相对移动的部件(例如壳体孔中的转动轴)之间的运动。这种结构的一个例子是位于轴的外表面与孔的内表面之间的空隙中的环形带。这种公差环限制了轴在孔中的径向或轴向运动，同时仍允许相对移动。
在常规的设计中，寻求的是内部部件与外部部件之间的紧密配合。此外，寻求的是能提供最大摩擦接合或最小滑动力变化的力。部件之间的紧密配合是所希望的，因为这减小了部件之间的相对振动。
公差环能够补偿公差或未对准、产生扭矩并能改善其他特性，例如噪声、振动和声振粗糙度(NVH)特性。扭矩、还有甚至NVH主要受普通公差环的材料特性的影响，普通公差环通常只由不锈钢或碳素钢制成。内部部件与外部部件之间的这些需求要求强力的并且实质性的接触，这种接触增大了摩擦力。尽管这些解决方案对某些应用是可以使用的，但人们对改善轴承和公差环的兴趣继续存在。
发明概述
披露了一种用于具有功能层的轴承和公差环的***、方法和装置的实施方案。在某些形式中，一种组件包括一个外部部件、位于该外部部件内并且相对于该外部部件可移动的一个内部部件、以及安装在该内部部件与外部部件之间的一个公差环或轴承。该公差环或轴承可以包括一个金属环形带以及紧固到金属层上的一个弹性体层。
在其他实施方案中，该组件进一步包括在该环形带和该弹性层中的至少一个上的一个低摩擦层。该环形带可以由弹簧钢制成，并且该低摩擦层可以层压到该环形带的至少一侧上，以改善该公差环的滑动特性。该低摩擦层可以位于该环形带上与该弹性体层相反的位置。该低摩擦层可以包括PTFE并被粘接到该环形带或该弹性体层上。该组件可以进一步包括在该环形带与该弹性体层之间的一个粘合剂层或底漆层。
附图简要说明
通过参见附图可以更好地理解本披露，并且使其许多特征和优点对于本领域的技术人员变得清楚。
图1A、B和C是根据本发明构造的公差环的其他实施方案的截面侧视图；
图2是根据本发明构造的公差环的另一个实施方案的截面侧视图；并且
图3A、B和C是根据本发明构造的公差环的另一些其他实施方案的截面侧视图。
在不同的图中使用相同的参考符号表示相似的或相同的事项。
详细说明
在图1至图3中示出了一种用于具有功能层的轴承和公差环的***、方法和装置的多个实施方案。例如这些示意图描绘了一种公差环组件21，该公差环组件包括一个带有孔25的外部部件23，该孔中有一条轴线。一个内部部件27被安装在该外部部件23的孔25、并且具有一个外表面29。该内部部件27与该外部部件23相配合、并且相对于该外部部件是可移动的。
轴承或公差环31位于内部部件23与外部部件27之间的孔25中。轴承或公差环31被配置为具有多个波纹38(例如图1A所示的三个波纹)。如图所示，波纹38的波峰和波谷在外部部件23与内部部件27之间波动、并接触其对应的表面25和29。
公差环31包括一个由金属材料制成的环形带33、在该环形带33上的一个弹性体层35、以及在该环形带33和该弹性体层35中的至少一个上的一个低摩擦层37(图3A-3C)。环形带33可以由弹簧钢制成，并且低摩擦层37可以层压到该环形带的至少一侧上。
低摩擦层37可以位于环形带33上与弹性体层35相反的位置，如图3A所示。低摩擦层37可以包括PTFE并用胶水或粘合剂39粘接到环形带33和弹性体层35之一上。该弹性体层可以包括例如丁腈橡胶、烯属弹性体、聚醚-/聚酯-弹性体、乙烯-丙烯-弹性体、乙烯-丙烯酸橡胶和含氟弹性体材料。粘合剂39还可以包括在环形带33与弹性层35之间、以及在低摩擦层37与环形带和/或弹性体层之间的一种底漆。
本文披露的实施方案具有超过常规方案的显著优点。例如，轴承或公差环与弹性体背衬的组合以更柔软的性能改进了公差环的设计。使用“柔软”一词是指提供较低水平的、具有较小变化的扭矩。关于NVH，这些材料使由公差环连接的两个配合部件显著地分离，而不减弱其他方面的性能。因此，这些设计显著减小了噪声和振动。
在另一个实例中，一种具有弹簧行为的金属材料被涂覆有粘合剂和/或底漆、并与一个弹性体层相结合以形成一种复合材料。该金属可以包括例如不锈钢、碳素钢或其他弹性金属。该弹性体材料可以包括例如丁腈橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、烯属弹性体、聚醚-/聚酯-弹性体、乙烯-丙烯-弹性体、乙烯-丙烯酸橡胶和/或含氟弹性体。在其他实施方案中，该公差环可以包括一个内金属层和一个外弹性体层。
在其他实施方案中，该结构增设了一个滑动层或低摩擦层。这些设计改进了公差补偿元件的滑动特性。例如，低摩擦材料可以包括在弹性体层上和/或甚至在与弹性体层相反的金属侧上的PTFE。与弹性体层一样，低摩擦层也可以用粘合剂或胶水粘接到公差环(例如金属层或弹性体层)上。
在另外的其他实施例中，用低摩擦材料层压一个弹性金属层。然后可以用粘合剂和/或底漆涂覆该金属表面、并与一个或多个弹性体层相结合以形成一种复合材料。其他组合也是可能的。
这种组成和制造方法均不同于常规的滑动轴承、而且也不同于常规的公差环。为所述实施方案提供了几种不同的功能。这些实施方案起到具有更多公差补偿的滑动轴承或公差环的作用，可以施加所定义的扭矩，并且它们用作具有改善的摩擦特性的公差环。与常规的设计相比，该公差环的实施方案具有先进的滑动特性，并且该轴承的实施方案具有先进的弹簧和调节特性。
这种复合结构的实施方案的一般应用可用于生产用于无间隙的或间隙减小的应用中的滑动轴承，或者生产具有低固位力的公差环。由弹簧钢制成的金属内芯起到弹簧的作用、并因此通过使用涂覆有低摩擦化合物的弹簧波纹而提供了轴承表面与(例如)轴之间的公差调节作用。
该低摩擦层可以只接合轴或对应物的功能侧。可替代地，它可以接合这两个部件、和/或提供这些配合部件之间所需要的固位力。由于低摩擦材料的固有的低摩擦系数，该低摩擦层允许该复合结构用作滑动轴承、或提供相对低的固位力。
该公差环当用在相配合的部件(例如转向柱锁机构)之间时可以提供滑动力控制(例如轴向的或转动的)。一旦已经达到阈值扭矩水平，该公差环就通过允许部件之间的转动而防止过载。例如，在转向柱能量吸收***中，一旦达到一个轴向力水平，公差环就允许发生轴向滑移。
一般而言，具有较低刚度的波纹产生低扭矩轴承，并且较高刚度的波纹产生较高的扭矩，例如用于门铰链应用。这些类型的性能可以通过将公差环波纹设计成具有弹簧特性而实现，这种弹簧特性产生适当水平的径向力，该径向力在与该组件的摩擦特性相结合时产生所希望的滑动力水平。
这些波纹弹簧特征的弹性/塑性用于限制在该组件的典型尺寸公差上所经历的力变化。这就保持了适度地一致的滑动力。通过对波纹几何形状、材料厚度和硬度的设计实现了对力的操纵。为了应对部件尺寸公差，将公差环波纹典型地设计为被压缩量是大于安装了这些波纹的这个间隙上的公差。
在要求相对低的滑动或转动力水平(例如在转向柱调节机构中)的情况下，或在公差环用作枢轴衬套的情况下，存在着一种限制。在这些应用中，力通常太大并且径向刚度太小。有可能减小公差环波纹的刚度以便限制最大力，但这会导致组件具有低的径向承载能力。即使采用相对低刚度的波纹，产生的滑动力水平也可能太高。
在其他实施方案中，该低摩擦层可以包括多种材料，包括例如一种聚合物，如聚酮、聚芳酰胺、热塑性聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚砜、聚砜、聚苯砜、聚酰胺酰亚胺、超高分子量聚乙烯、热塑性氟聚合物、聚酰胺、聚苯并咪唑或它们的任何组合。
在一个实例中，该热塑性材料包括：聚酮、聚芳酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚苯硫醚、聚苯砜、氟聚合物、聚苯并咪唑、它们的衍生物、或它们的组合。在一个具体实例中，该热塑性材料包括一种聚合物，如聚酮、热塑性聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚砜、聚砜、聚酰胺酰亚胺、它们的衍生物、或它们的组合。
在另一个实例中，该材料包括聚酮，如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮醚酮、它们的衍生物或它们的组合。一种氟聚合物的例子包括：氟化乙烯丙烯(FEP)、PTFE、聚偏二氟乙烯(PVDF)、全氟烷氧基(PFA)，四氟乙烯、六氟丙烯、以及偏二氟乙烯的一种三聚物(THV)，聚氯三氟乙烯(PCTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)或者它们的任何组合。在一个另外的实例中，该热塑性聚合物可以是超高分子量聚乙烯。
滑动表面的润滑(例如用油或润滑脂)可以在高力的应用中使用。示例性的固体润滑剂可以包括二硫化钼、二硫化钨、石墨、单层石墨、膨胀石墨、氮化硼、滑石、氟化钙、氟化铈、或它们的任何组合。一种示例性的陶瓷或矿物包括：氧化铝、硅石、二氧化钛、氟化钙、氮化硼、云母、硅灰石、碳化硅、氮化硅、氧化锆、碳黑、颜料类、或它们的任何组合。
公差环式内体的弹簧特性与基于低摩擦化合物的外表面的低摩擦/润滑特性的组合提供了低摩擦的滑动界面。这种设计使公差环能够设计为与常规的公差环可能的情况相比在更高的扭矩水平(用于滑动轴承应用)上并且在具有更高径向载荷强度与更低滑动力的更宽间隙上操作。
这些实施方案的应用包括例如便携式电子设备(例如膝上计算机和蜂窝电话)的铰链组件。这些应用需要在产品的寿命内在明确定义的扭矩下提供低的固位力的铰链机构。
传统的轴承确实提供了低的固位力和明确定义的起始扭矩。然而，通过本发明，由于弹簧钢波纹的弹簧调节功能与低摩擦层的低磨损相结合，扭矩值可以在产品的寿命内保持相对恒定。相比之下，传统的公差环提供了强的固位力、但是具有高摩擦。
这个书面说明使用了实例，包括其最佳模式，并且还使得本领域的普通技术人员能够制造并且使用本发明。本发明的专利范围由权利要求书来限定、并且可以包括本领域技术人员能想到的其他实例。这样的其他实例如果具有与本权利要求书的文字语言没有差异的结构要素、或者包括了与本权利要求书的文字语言具有非实质性差异的等效的结构要素，则预期它们是位于本权利要求书的范围之内。

Claims (21)

1.一种组件，包括：
具有一个孔的一个外部部件；
一个内部部件，该内部部件被安装在该外部部件的孔中，使得该内部部件与该外部部件相配合并且相对于该外部部件是可移动的；
一个环，该环位于该内部部件与该外部部件之间的该孔中，该环包括：
一个由金属材料制成的环形带；
在该环形带上的一个弹性体层，其中所述弹性体层接触所述外部部件和所述内部部件中的一者；以及
在该环形带上的一个低摩擦层。
2.根据权利要求1所述的组件，其中该低摩擦层被层压到该环形带的至少一侧上。
3.根据权利要求1所述的组件，其中该低摩擦层是在该环形带上与该弹性体层相反的位置。
4.根据权利要求1所述的组件，其中该低摩擦层包括氟聚合物。
5.根据权利要求1所述的组件，进一步包括一个粘合剂层或底漆层，该层位于该环形带与该弹性体层之间、以及该低摩擦层与该环形带和该弹性体层中的所述至少一个之间。
6.根据权利要求1所述的组件，其中该环形带是由弹簧钢制成，并且该低摩擦层包括PTFE。
7.根据权利要求1所述的组件，其中该低摩擦层被粘接到该环形带上，并且该弹性体层包括以下各项中的一种：丁腈橡胶、烯属弹性体、聚醚-/聚酯-弹性体、乙烯-丙烯-弹性体、乙烯-丙烯酸橡胶和含氟弹性体材料。
8.根据权利要求1所述的组件，其中该环是轴承和公差环中的一种。
9.一种公差环组件，包括：
具有一个孔的一个外部部件；
一个内部部件，该内部部件被安装在该外部部件的孔中，并且具有一个外表面，使得该内部部件与该外部部件相配合并且相对于该外部部件是可移动的；
一个公差环，该公差环位于该内部部件与该外部部件之间的该孔中，该公差环具有多个带有波峰和波谷的波纹，这些波峰和波谷在该外部部件与该内部部件之间波动并且对应地接触其孔和内表面，该公差环进一步包括：
一个由金属材料制成的环形带；
在该环形带上的一个弹性体层，其中所述弹性体层接触所述外部部件和所述内部部件中的一者；以及
在该环形带上的一个低摩擦层。
10.根据权利要求9所述的公差环组件，其中该低摩擦层被层压到该环形带的至少一侧上。
11.根据权利要求9所述的公差环组件，其中该低摩擦层是在该环形带上与该弹性体层相反的位置。
12.根据权利要求9所述的公差环组件，其中该低摩擦层包括氟聚合物。
13.根据权利要求9所述的公差环组件，进一步包括一个粘合剂层或底漆层，该层位于该环形带与该弹性体层之间、以及该低摩擦层与该环形带和该弹性体层中的所述至少一个之间。
14.根据权利要求9所述的公差环组件，其中该环形带是由弹簧钢制成，并且该低摩擦层包括PTFE。
15.根据权利要求9所述的公差环组件，其中该低摩擦层被粘接到该环形带上，并且该弹性体层包括以下各项中的一种：丁腈橡胶、烯属弹性体、聚醚-/聚酯-弹性体、乙烯-丙烯-弹性体、乙烯-丙烯酸橡胶和含氟弹性体材料。
16.一种轴承组件，包括：
具有一个孔的一个外部部件；
一个内部部件，该内部部件被安装在该外部部件的孔中，并且具有一个外表面，使得该内部部件与该外部部件相配合并且相对于该外部部件是可移动的；
一个轴承，该轴承位于该内部部件与该外部部件之间的该孔中，该轴承具有多个带有波峰和波谷的波纹，这些波峰和波谷在该外部部件与该内部部件之间波动并且对应地接触其孔和内表面，该轴承进一步包括：
一个由金属材料制成的环形带；
在该环形带上的一个弹性体层，其中所述弹性体层接触所述外部部件和所述内部部件中的一者；
在该环形带上的一个低摩擦层；以及
在该环形带与该弹性体层之间以及在该低摩擦层与该环形带和该弹性体层中的所述至少一个之间的多个粘合层。
17.根据权利要求16所述的轴承组件，其中该低摩擦层被层压到该环形带的至少一侧上。
18.根据权利要求16所述的轴承组件，其中该低摩擦层是在该环形带上与该弹性体层相反的位置。
19.根据权利要求16所述的轴承组件，其中该低摩擦层包括含氟聚合物。
20.根据权利要求16所述的轴承组件，其中该环形带是由弹簧钢制成，并且该低摩擦层包括PTFE。
21.根据权利要求16所述的轴承组件，其中该弹性体层包括以下各项中的一种：丁腈橡胶、烯属弹性体、聚醚-/聚酯-弹性体、乙烯-丙烯-弹性体、乙烯-丙烯酸橡胶和含氟弹性体材料。
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