CN104813043B - 止推垫圈 - Google Patents

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Abstract

一种用于滑动轴承的止推垫圈(200')，包括具有轴向表面的止推垫圈衬底，在所述衬底的轴向表面上的异型厚度的聚合物层，其中，所述异型聚合物层设置有至少一个油分配槽。

Description

止推垫圈
技术领域
本发明涉及具有设置有油分配槽的轴向表面的止推垫圈，特别是涉及用于汽车发电机、传动装置、泵和压缩机***的止推垫圈。
背景技术
在内燃机中，轴承组件通常分别包括保持机轴的成对的半轴承，该机轴可围绕轴线旋转。至少一个半轴承是凸缘半轴承，该凸缘半轴承包括中空的大致半圆柱形轴承壳套，该轴承壳套设置有在每个轴向端部向外(径向)延伸的大致半环形止推垫圈。在一些半轴承中，使用一个工件的轴承壳套和止推垫圈，而在其它半轴承中，轴承壳套和止推垫圈与夹具状零件松动地机械配合，且在另一类型的半轴承中，止推垫圈通过配合零件的变形永久地组装至轴承壳套上。在其它轴承组件中，还已知使用环形或圆形止推垫圈。
一旦发动机启动，润滑油被提供在机轴的轴向轴颈部件和轴承壳套之间，以及止推垫圈和机轴的相联的连结板的反面之间，这些反面垂直于机轴的旋转轴线延伸。然而，当发动机启动时，如果轴接触轴承壳套或止推垫圈，则油压低，并不能提供充分润滑。此外，即使以正常操作压力供应油，轴上的轴向力(例如，当进行齿轮更换时，或者由于一些自动变速箱的设计)可导致轴接触止推垫圈。因此，止推垫圈和轴承壳套设置有能经受这种偶尔接触的运行表面。已知的双金属止推垫圈包括钢背衬(衬底)，在衬底的轴向表面上设置有铝-锡(或铜基合金)运行层，其中通过将外廓加工成运行层，或者通过模压导致铝-锡运行层变形提供外廓的操作来设置油分配槽。
燃油节约操作方案对汽车发电机已变得普遍，这提高了发电机启动时的频率。在“停止-启动”操作方案下，停止和再启动汽车移动还导致发电机停运以及再启动。在“混合”操作方案下，当汽车用备用电源供电时，通常是电动的，发电机关闭。通过提高使机轴的相联的连接板和轴颈分别接触止推垫圈和轴承壳套，并导致运行表面的磨损相应增大的频率，在这些操作方案下发电机启动时的更高的频率对止推垫圈和轴环壳套的性能提出更高的要求。
油分配槽向外横跨轴向运行表面，即从内边缘向外边缘径向地延伸。这些槽可包括具有深的沟道，在该沟道和台区域之间，在每一侧具有平缓的斜坡。该坡形区域在止推垫圈和机轴连接板之间提供锥形间隙，使用时，有助于将润滑油排出横跨止推垫圈轴向表面的槽，并提供润滑油的流体动力学楔入，以有助于保持止推垫圈和连接板的反面的分离。将已知的油分配槽加工(例如研磨)成运行层，或者通过通过模压工艺形成。然而，相对于槽的深度，特别是相对于任何坡形区域，成本有效的加工或模压工艺的制造公差是显著的，提高了制造复杂性。
已知的双金属垫圈通过压印来自双金属片的空白处来制造，使得该制造工艺产生双金属废弃物。相似地，这些垫圈进一步在寿命晚期产生双金属废弃物。然而，该双金属废弃物难以循环，因为分离金属(即，将钢背衬与运行层分离)困难。
发明内容
本发明的第一方面提供一种用于滑动轴承的止推垫圈，包括具有轴向表面的止推垫圈衬底，在所述衬底的轴向表面上的异型厚度的聚合物层，其中，所述异型聚合物层设置有至少一个油分配槽。
本发明的第二方面包括凸缘轴承，包括轴承壳套和根据第一方面的止推垫圈，其中该止推垫圈被设置在轴承壳套的轴向端。上述凸缘轴承(即一个或两个止推垫圈以及轴承壳套)可被可拆除地松动地夹在一起，组装成不可分地物理地配合，或者包括单部件构造。
本发明的第三方面提供一种制造根据本发明第一方面的止推垫圈的方法，所述方法包括在止推垫圈衬底的轴向面上形成异型厚度的聚合物层，并固化异型聚合物层。
有利地，异型聚合物层可比已知的双金属止推垫圈的金属运行层对磨损更有恢复能力。
有利地，由于异型聚合物层可沉积到衬底上的精度(在衬底被模压之前或之后，或者由片材形成)，可制造止推垫圈而不产生双材料废弃物。此外，在寿命末期，金属和聚合物双材料止推垫圈的更换可比已知的双金属止推垫圈的更换容易。
有利地，油分配槽可在异型聚合物层中比在双金属止推垫圈上更精确地形成。
聚合物运行层的耐磨性可大于金属(例如铝-锡)运行层，特别是聚合物层包括分散在聚合物中的金属颗粒的情况。此外，与铝-锡运行层相比，聚合物层可提供较低的摩擦系数，和较高的相容性，特别是聚合物层包括分散在聚合物中的固体润滑颗粒的情况。
有利地，由于原材料成本较低，在异型聚合物层中形成油分配槽的制造成本低于通过机加工已知的双金属止推垫圈形成槽。
异型聚合物层的沉积避免了由机加工已知的双金属止推垫圈的运行层而产生双金属屑的风险，由此简化了废弃物处理。
止推垫圈可大致为半环形、环形或者圆形。
该止推垫圈可设置有1至10个油分配槽。具有直径小于70mm的内边缘的止推垫圈可具有1至7个油分配槽。大于或者等于70mm直径的止推垫圈可具有1至10个油分配槽。
异型聚合物层在其完全固化后可具有20至100μm的最大厚度。
异型聚合物层可包括堆叠的多个聚合物亚层。
聚合物亚层可具有不同的图案。
油分配槽可部分延伸通过异型聚合物层。
油分配槽可延伸通过异型聚合物层，且该异型聚合物层可包括被至少一个油分配槽分开的多个未连接的部件。
油分配槽可延伸进入止推垫圈衬底。
油分配槽可分别包括沟道和坡形区域。该沟道区域是槽的凹入最深的部件，且该坡形区域具有低的坡度。
坡形区域可设置有异型聚合物层，且该坡形区域中的异型聚合物层的厚度可远离沟道升高。有利地，油分配槽的沟道区域可通过快速制造方法(例如通过机加工或压印)在衬底中形成，而坡形区域通过较低廉的方法(例如多层沉积)来形成。
坡形区域可具有一坡度，其中聚合物厚度的增大在轴向表面(垂直于油分配槽)上小于25μm每1mm。
油分配槽可包括位于第一坡形区域和第二坡形区域之间的沟道。第一坡形区域和第二坡形区域可具有不同坡度。有利地，使用不同坡度可是用于特定机轴旋转方向的止推垫圈最优化。油分配槽可包括沟道和一个坡形区域，该沟道由坡形区域以外的另一侧上的陡的边缘界定。或者，油分配槽可包括位于异型聚合物层的陡的边缘之间的沟道区域。
异型聚合物可设置有位于相邻的油分配槽之间的厚度一致的台区域。
异型聚合物层可为选自以下组成的组中的塑料聚合物材料：聚酰亚胺/聚酰胺树脂、丙烯酸酯树脂、环氧树脂、含氟聚合物(例如PTFE)和甲醛。异型聚合物层可包括塑料聚合物基质和分散在整个基质中的颗粒的复合材料。该颗粒可为硬颗粒(例如陶瓷粉末、硅石，和金属粉，例如铝片)和/或软颗粒(例如MoS2和石墨)，以及含氟聚合物(例如PTFE)。该聚合物可包括聚酰亚胺/聚酰胺聚合物材料的基质并具有分布在整个基质中的：5体积％至小于25体积％的金属颗粒(例如金属粉末和/或金属片)；1体积％至20体积％的含氟聚合物，除伴随的杂质以外，余量为聚酰亚胺/聚酰胺树脂。
异型聚合物层可为由选自以下组成的组中的方法制备：喷涂法和印刷法。
异型聚合物层可通过沉积多个聚合物亚层来形成。
连续的聚合物层可具有不同图案，以构成厚度不一致的异型聚合物层。
多个聚合物亚层可包括不同厚度的亚层。有利地，使用不同厚度的亚层可提供更好的控制异型聚合物层的厚度。
附图说明
本发明的下文参照附图进一步说明本发明的实施方式，其中：
图1A和图1B示出了根据本发明的止推垫圈的透视图；且
图2A示出了通过第一制造方法形成的根据本发明第一实施方式的止推垫圈的剖面图；
图2B和2C示出了通过第二制造方法形成的根据本发明第一实施方式的止推垫圈的剖面图，并且在延长的固化阶段之前和之后在不同的制造阶段示出；
图3A和图3B示出了通过两种不同制造方法形成的根据本发明第二实施方式的止推垫圈的剖面图；
图4A示出了根据本发明第三实施方式的止推垫圈的剖面图；
图4B和图4C示出了根据本发明第三实施方式的可选止推垫圈的剖面图；
图5A示出了根据本发明第四实施方式的止推垫圈的剖面图；
图5B示出了根据本发明第五实施方式的止推垫圈的剖面图；
图6示出了根据本发明第六实施方式的止推垫圈的剖面图。
具体实施方式
在所描述的实施方式中，相似的特征用相似的标记指示，即使在具有以下一种或多种的一些情况下：100的整数倍的增量；以及印刷标记(例如上撇号)。例如，在不同的图中，已将100、100'、200、200'、300、300'、400、400'以及400"、500、500'和600用于指示止推垫圈。
图1A示出了一种止推垫圈100，该止推垫圈100具有大致半环形的形状(例如它可具有突出的钩和垂片，以及来自通常为半环形形状的锥状物，以用于与轴承组件的其它部件配合)。止推垫圈100的轴向面102(即与轴的旋转轴线垂直的面，该轴容纳在包括该止推垫圈的轴承组件中)具有在止推垫圈的内边缘和外边缘之间走向的平行的油分配槽104。使用时，润滑油被泵入相应的轴承壳套和旋转机轴轴颈之间的轴承空隙中，并漏出到止推垫圈和旋转机轴连接板的反面之间的另一间隙中。在止推垫圈100的轴向面102中设置油分配槽104改善了止推垫圈和轴之间的油膜质量。
图1B示出了油分配槽104’在另一止推垫圈100’的轴向面102’上的可选布置，其中这些油分配槽在轴向面上径向对齐。
图2A示出了垂直于油分配槽204观察，穿过上述止推垫圈200的一部分的剖面图。该止推垫圈200包括金属衬底(例如钢背衬)206和衬底轴向面上的异型聚合物层208。
聚合物层208形成断面以在厚度一致的台区域210之间提供油分配槽204。油分配槽204分别包括沟道204A和位于该沟道和相邻的台区域210之间的坡形区域204B。在示出的实施例中，坡形区域204B具有约1:300至1:100的低坡度θ，例如1:200，对应于约1/3°。
图2A中的异型聚合物层208通过印刷沉积法或喷涂沉积法形成。一旦完全固化，聚合物层208的最大厚度(在台区域210中)为20μm至100μm。
图2B示出了相应的止推垫圈200，在延长的最终固化阶段之前，其中异型聚合物层208’则是由多层沉积法形成，其中沉积在衬底206’上的连续的聚合物亚层212’具有不同的图案(例如连续的层可较窄)，这些图案聚集以形成异型聚合物层208'。多层沉积能精确控制异型聚合物层208’的厚度。在连续的亚层212’的沉积之间，使每个亚层干燥以去除溶剂(称作“快速固化”)，且在沉积最后的亚层后，通过延长加热固化组装的异型聚合物层208’以使聚合物定型(例如包括交联)。
使聚合物固化使得异型聚合物层208’的外形平滑，并且该聚合物可包括均化剂，该均化剂进一步提升该外形的平滑性。图2C示出了已经固化之后的止推垫圈。
图2B示出了仅通过小量的聚合物亚层212’(例如1～25μm厚的亚层)聚集形成的异型聚合物层208’。然而，为了在沉积每个亚层之后促进溶剂的蒸发，可使用较大数量的更薄的聚合物层212’。此外，使用更薄的亚层使得能以更高的精度形成异型聚合物层。例如，每个聚合物亚层212’可不大于2μm厚，并且坡形区域204A和204B中的异型聚合物层208’的厚度可在数毫米长度(与衬底206平行)上增大20μm至55μm。
可沉积聚合物层212’的合适方法包括喷涂、丝网印刷和压印。具体地，丝网印刷或压印可用于沉积有图案的聚合物层，例如厚度一致的一个或多个层。
图2A中的油分配槽204延伸通过异型聚合物层208至衬底206的暴露区域214。相比而言，如图3A和图3B中示出的，异型聚合物层308可延伸跨过衬底而没有间断。有利地，在该止推垫圈300和300’内，聚合物材料的障壁被设置在衬底306和润滑油之间，使用时，通过润滑油中的添加剂防止衬底306和306’的腐蚀。
图4A示出了第三实施方式，其中油分配槽404延伸通过异型聚合物层408至衬底406中。具体地，沟道404A可被设置为凹入衬底406中，而坡形区域404B被设置在异型聚合物层408中。此配置可更容易制造，通过机加工或使沟道404A凹入衬底406中，并通过形成聚合物层408而形成坡形区域404B。沟道404A的形成具有比坡形区域404B的形成更宽的公差，并且有利地，在衬底中形成沟道使得其能更快速地形成。此外，仅在异型聚合物层408中形成坡形区域404B要求更薄的聚合物，其可被更快速地制造，并具有更高的精确度。
图4B示出了第三实施方式的可选设计，通过多层沉积法形成。有利地，对于多层沉积法，在异型聚合物408’中仅形成坡形区域404B1’和404B2’使得能更快速地形成止推垫圈400’，因为它要求沉积和固化较少的聚合物层412’。
在图2A至4A中，每个油分配槽大致对称，具有形成在一对具有相等坡度的坡形区域之间的沟道。然而，止推垫圈可被优化用于轴按特定方向旋转，在该情况下，坡形区域可具有不同的坡度(即油分配槽可具有不对称的剖面)，或者可省略一个坡形区域。因此，图4B示出了具有坡形区域404B1’和404B2’的止推垫圈400’，这些坡形区域具有不同的坡度θ1和θ2。
相似地，图4C示出了其中油分配槽仅具有一个破形区域404B”的止推垫圈400”，在沟道404A”的另一侧上具有对于聚合物408”较陡的边缘416”(例如提供与止推垫圈的平面垂直的边缘，或者与止推垫圈的平面大于45°)。
在图2A和图4C中，每个油分配槽包括沟道和至少一个坡形区域。然而，如图5A的实施方式中所示出的，该止推垫圈500可包括没有坡形区域的油分配槽，其中这些槽分别包括沟道504A，它们由陡的边缘516A和516B界定(例如提供与止推垫圈平面垂直的边缘，或者这是位于与该止推垫圈平面成大于45°的角度处)，通过异型聚合物508至衬底506中形成的凹入的沟道518。或者，油分配槽可仅延伸至衬底表面，如图2A中的沟槽204A一样，或者深度浅于聚合物的最大厚度，如图3A中的槽304A一样。
图5A示出了该实施方式，其中在聚合物亚层512已经历延长的固化之前，陡的边缘516A和516B与止推垫圈的平面大致垂直。在沉积具有相同图案(例如，不需要台阶状坡形区域以在固化过程中平滑)的聚合物亚层512期间，异型聚合物层508可以更厚的亚层沉积，例如至多25μm厚，使得能更快速地沉积，制造成本更低。图5B示出了相似的实施方式500’，在这些亚层已经历延长的固化之后，并且该实施方式与图5A的实施方式区别在于，聚合物层508’的陡的边缘516A’和516B’具有与止推垫圈的平面呈大于45°角度(例如65°)的边缘。
如图6所示，异型聚合物层的亚层612A和612B可具有不同厚度和物理性能。例如，远离衬底606的亚层612B可比邻近衬底的亚层612A更厚。
在示出的实施例中：金属衬底为钢衬底。异型聚合物层是塑料聚合物基质和分散在整个基质中的颗粒的复合材料。塑料聚合物材料选自由以下材料组成的组：聚酰亚胺/聚酰胺树脂、丙烯酸酯树脂、环氧树脂、含氟聚合物和甲醛。具体地，聚合物可为复合的聚酰亚胺/聚酰胺类聚合物，诸如具有聚酰亚胺/聚酰胺塑料聚合物材料的基质和分布在整个基质中的以下物质的复合材料：5体积％至小于25体积％的金属颗粒(例如金属粉末和/或金属片)；1体积％至20体积％的含氟聚合物，除伴随的杂质以外，余量为聚酰亚胺/聚酰胺树脂。此外，聚合物复合材料可为12.5体积％Al，5.7体积％PTFE颗粒，4.8体积％硅烷，<0.1体积％其它组分，以及余量(约77体积％)聚酰亚胺/酰胺。
尽管关于大致半环形的止推垫圈在图1A和1B中示出，本发明还适用于环形或圆形止推垫圈。
文中提供的附图是示意性的并且未限定等级。
在本申请文件的说明书和权利要求书中，术语“包括”和“包含”以及它们的变体是指“包括但不限于”，且它们不是要(并且不)排除其它部分、添加剂、组分、整数或步骤。在本申请文件的说明书和权利要求书中，单数涵盖复数，除非上下文另作要求。具体地，当使用不定冠词时，该申请文件应被理解成预期复数以及单数，除非上下文另作要求。
结合本发明的特定方面、实施方式或实施例说明的特征、整数、特性、化合物、化学部分或基团应理解为适用于本文所述的任何其他方面、实施方式或实施例。本申请文件(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)中公开的所有特征，和/或由此公开的任何方法或工艺的所有步骤，可以任何组合结合，除人工排除这些特征和/或步骤中的至少一些的组合。本发明不限于任何前述实施方式的细节。本发明延伸至本申请文件(包括任何所附权利要求书、摘要和附图)中公开的特征中的任何新的一种特征或任何新的组合，或者延伸至如此公开的任何方法或工艺的步骤的任何一种新的方法或任何新的组合。
阅读者的注意力被导向所有的文件和文献，它们与本申请相关的该申请文件同时递交或在该申请文件递交之前，这些文献对具有本申请文件的查验开放，并且所有这些纸和文献的内容通过引用合并于此。

Claims (12)

1.一种用于滑动轴承的止推垫圈，包括：
具有轴向面的止推垫圈衬底，和
在所述衬底的轴向面上的异型厚度的聚合物层；
其中，异型聚合物层设置有至少一个油分配槽；
所述异型聚合物层包括堆叠的多个聚合物亚层；
其中，所述异型聚合物层设置有邻近油分配槽的厚度一致的台区域；
所述油分配槽设置在所述台区域之间并且包括沟道和坡形区域；
其中，所述油分配槽包括位于第一坡形区域和第二坡形区域之间的沟道；所述第一坡形区域和所述第二坡形区域分别具有不同坡度；
所述聚合物层覆盖整个衬底轴向面，在所述止推垫圈的内边缘和外边缘之间走向的所述油分配槽或者仅所述止推垫圈衬底暴露在所述沟道的区域中。
2.根据前述权利要求1所述的止推垫圈，其中，所述聚合物亚层具有不同图案。
3.根据前述权利要求1或2所述的止推垫圈，其中，所述油分配槽仅部分延伸通过所述异型聚合物层。
4.根据权利要求1或2所述的止推垫圈，其中，所述油分配槽延伸通过所述异型聚合物层，且所述异型聚合物层包括被至少一个油分配槽隔开的多个不相连的部分。
5.根据权利要求4所述的止推垫圈，其中，所述油分配槽延伸进入所述止推垫圈的衬底。
6.根据权利要求1所述的止推垫圈，其中，所述坡形区域被设置在所述异型聚合物层内，且所述坡形区域中的异型聚合物层的厚度远离所述沟道增大。
7.根据权利要求6所述的止推垫圈，其中，所述坡形区域具有一坡度，在所述坡度中聚合物厚度的增大在垂直于油分配槽的轴向面上小于25μm每1mm。
8.一种凸缘轴承，包括轴承壳套和根据前述任一权利要求所述的止推垫圈，其中所述止推垫圈被设置在轴承壳套的轴向端部处。
9.一种制造用于滑动轴承的止推垫圈的方法，包括：
具有轴向面的止推垫圈衬底，和
在所述衬底的轴向面上的异型聚合物层；
其中，异型聚合物层设置有至少一个油分配槽，
所述方法包括：
在所述衬底的轴向面上形成异型聚合物层；以及
固化所述异型聚合物层；
其中，所述异型聚合物层通过沉积多个聚合物亚层形成；
其中，所述异型聚合物层设置有邻近油分配槽的厚度一致的台区域；
所述油分配槽设置在所述台区域之间并且包括沟道和坡形区域；
其中，所述油分配槽包括位于第一坡形区域和第二坡形区域之间的沟道；所述第一坡形区域和所述第二坡形区域分别具有不同坡度；
所述聚合物层覆盖整个衬底轴向面，在所述止推垫圈的内边缘和外边缘之间走向的所述油分配槽或者仅所述止推垫圈衬底暴露在所述沟道的区域中。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述异型聚合物层通过选自以下组成的组中的方法形成：喷涂法和印刷法。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，连续的聚合物亚层具有不同图案，以构成厚度不一致的异型聚合物层。
12.根据权利要求9所述的方法，其中多个所述聚合物亚层包括不同厚度的亚层。
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