CN116438384A

CN116438384A - 用于流体动力轴承的轴瓦以及相关制造方法

Info

Publication number: CN116438384A
Application number: CN202180068566.6A
Authority: CN
Inventors: 贾科莫·里博尼
Original assignee: European Bearing Co ltd
Current assignee: European Bearing Co ltd
Priority date: 2020-10-05
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2023-07-14
Also published as: WO2022074517A1; EP4226060A1; JP2023543618A; US20240003382A1; CA3194158A1; IL301790A

Abstract

本发明涉及一种轴瓦(10)，特别是用于流体动力轴承的轴瓦，所述轴瓦(10)表征为提供聚合材料部分(1)和金属材料的支撑基部(2)，所述支撑基部(2)提供联接机构(3；6；7)；所述聚合物部分(1)被铸造在所述基部(2)上，以便也填充设置在所述基部(2)上的所述联接机构(3；6；7)，从而获得牢固的联接和与基部(2)的形状互补的形状。本发明还涉及一种用于制造轴瓦(10)的方法。

Description

用于流体动力轴承的轴瓦以及相关制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于流体动力轴承的轴瓦。

本发明还涉及一种用于制造用于轴承的所述轴瓦的方法。

更具体地说，本发明涉及一种用于发电机、涡轮机、泵、传动部件的聚合物涂覆的轴瓦。

背景技术

当前已知的这种类型的聚合物涂覆的轴承基本上基于金属基体和涂层聚合物本身之间的机械锚固。

根据本发明提出的解决方案属于流体动力发电机轴承的领域，比如举例来说在专利WO 2004/001241 A1中描述的那些轴承。

WO'241描述了一种用于旋转机器(特别是水电发电机)的转子的轴承，该轴承围绕竖直旋转轴线旋转。所述轴承被设计为滑动轴承并且包括轴向轴承和径向轴承。通常，这些轴承涂覆有白色金属(一种锡合金-白色金属或“巴氏合金”)。

然而，在许多情况下，使用聚合物涂覆的轴承。

在已知类型的轴瓦中，主要使用烧结的青铜或焊接的金属网或在轴承支撑部件中加工的一系列微小沟槽。

通常，在用于轴瓦的所有已知类型的解决方案中，一旦形成所述中间层，聚合物层就在高温和高压的条件下被压入其中。

这在金属和聚合物材料之间形成了机械连接。

这种技术表征为高度复杂，这也意味着最终产品的高成本。

事实上，用于获得已知轴瓦的方法包括各种步骤和使用专门的装备来制造最终产品，这也限制了潜在的供应商(除了上面提到的成本增加之外)。

已知的和当前采用的技术的另一个问题是不可避免地存在对可以处理的尺寸的限制。

此外，一旦部件被连接，在不破坏连接的情况下，所述部件以后不能被断开。

因此，如果滑动表面由于磨损或轴承咬死而损坏，则不能更换聚合物层。

试图回答上述问题的最新解决方案是在EP 3 276 191 A1中描述的解决方案。在该专利申请中，试图通过提出一种用于轴瓦的解决方案来克服上述缺点，在该解决方案中，聚合物和金属部分被分离，从而产生一种如果必要(例如，由于过度磨损)也可以在以后拆卸的轴瓦。

然而，根据EP'191的解决方案具有一些缺点，比如需要以非常精确的公差进行加工，以确保零件之间的联接，并且降低了控制部件的总公差的可能性(轴承中的轴瓦具有大约百分之一毫米的公差)。

在已知的专利文献中，特别提到了一些专利文献，这些专利文献涉及根据本发明提出的特定解决方案。

WO 2013/178266 A1描述了一种流体动力轴承，该流体动力轴承具有分层结构，该分层结构在其圆周上基本上是均匀的并且包括基部、无铅滑动层和聚合物涂层，所述无铅滑动层的厚度在边缘区域中比在中心区域中减小，所述聚合物涂层在边缘区域中比在中心区域中更厚，使得涂层的表面水平大致是平坦的，如在轴向横截面中可以看到的。这在边缘区域中形成了一种涂层材料的贮存器，这对于发生磨损的旋转机器的初始起动阶段特别有用，在该阶段轴承和轴彼此适应，从而增加了对边缘咬死的抵抗并且实现了轴与轴承的更好对准。

另一方面，专利US 6,332,716描述了一种复合轴承，在该复合轴承中，支撑金属被固定到树脂层上，其中聚四氟乙烯(PTFE)被添加到基本上由聚醚醚酮构成的基部树脂中，使得聚四氟乙烯的比例基于树脂层按重量在0.1和50％之间。然后，聚四氟乙烯以颗粒的形式分散在基部树脂中。

美国专利5,229,198又描述了一种用于低摩擦轴承的材料，该材料包括由与金属支撑片熔合在一起的网筛丝线形成的基体。聚四氟乙烯或其他聚合物树脂填充筛网内部的空隙，从而被刚性地阻挡在一起，以使轴承材料具有高强度。

专利申请US 2005/0260431 A1描述了一种用于在平面轴承中使用的复合材料并且提供了一种金属支撑件和具有开放结构的至少一种增强材料。所述支撑件和增强材料通过金属连接件连接。

专利申请EP 3 276 191 A1描述了一种用于流体动力发电机的轴承的轴瓦，该轴瓦包括聚合物部分和金属基部，该聚合物部分和金属基部组合以构成用于轴承的所述轴瓦。由于聚合物部分与金属部分分离的事实，在轴承故障的事件中的维护工作得以简化和加快。

特别地，EP'191提出了一种用于流体动力发电机的轴承的静止轴瓦，与传统的用于轴承的聚合物涂覆的轴瓦相比，该静止轴瓦以简化的方法设计，该静止轴瓦允许降低生产成本，同时增加其主要优点，比如高的热机械阻力和混合润滑中的低磨损。这是一种流体动力发电机的轴承轴瓦，该轴承轴瓦具有聚合物部分和金属基部，该聚合物部分和金属基部组合以形成轴承轴瓦。该轴瓦表征为，聚合物部分是单独的聚合物板，金属基部是支撑板，并且聚合物板固定到支撑板上，但是聚合物板也是可移除的。

根据EP'191，聚合物板借助于静止板中的支座固定在静止板中，所述支座与聚合物板中的支座完美配合，所述聚合物板中的支座提供支座和从板的周边突出的偏移，从而形成厚度减小的密封条。聚合物板和支撑板具有或可以具有相同的边缘轮廓。再次根据EP'191，支撑板和聚合物板可以通过至少一个螺栓联接。此外，在EP'191中提出的解决方案中，锁定器件可以设置在聚合物板的边缘处，该锁定器件与静止板的凹穴的侧壁相互作用。特别地，所述锁定器件可以包括沿着聚合物板的边缘延伸的键和开槽接头，并且可以在支撑轴承的一侧上设置可移除的固定板，以允许聚合物板通过使其向内滑动而从一侧***，然后在闭合时能够将聚合物板固定在其滑动位置的凹穴中。固定板可以借助于固定螺钉固定到静止板上。

在EP'191报道的一个示例中，聚合物部分至少部分地由聚醚醚酮(PEEK)构成。

众所周知，PEEK是一种在强度方面具有优越性能的材料，这使得它优于其他聚合物。聚合物还可以至少部分地由聚四氟乙烯(PT-FE)构成。

最后，根据EP'1919，聚合物部分可以由不同聚合物的组合物以及由碳纤维和/或石墨构成的填料构成。

EP'919构成了与本文所述的发明相关的主要现有技术文献。

发明内容

根据本发明提出的解决方案适合这种情况，该解决方案提出了一种由以创新方式联结的聚合物部分和金属基部构成的轴承轴瓦，所述创新方式通过简化生产过程可以显著降低成本。

此外，根据本发明提出的解决方案使得可以在部件的操作中实现相当大的改进，比如在轴瓦的最大负载点处增加部件的屈服或者在聚合物层下方引入传感器以监测其行为。

这些结果和其他结果是通过包括独立权利要求1中所述的特征的用于流体动力轴承的轴瓦获得的。

在从属权利要求中描述了根据本发明的轴瓦的进一步特征。

附图说明

现在将根据本发明的优选实施例，通过非限制的说明性示例的方式，特别参考附图中的图来描述本发明，其中：

图1是根据本发明的用于轴承的轴瓦的透视图；

图2是图1中的轴瓦的特写剖视图；

图3示出了图1的轴瓦的细节；

图4示出了根据本发明的用于轴承的轴瓦的金属基部的第二实施例的透视图；

图5示出了根据本发明的用于轴承的轴瓦的聚合物部分的第二实施例的透视图；

图6示出了图4和图5所示的两个元件的透视图；

图7示出了图6中的轴瓦的细节；

图8示出了图5、图6和图7的实施例的轴承的压力载荷的趋势；

图9是根据本发明的轴瓦的第三实施例的分解透视图；

图10示出了根据本发明的轴瓦的第四实施例的金属基部的透视图；

图11是图10的基部的剖视图；

图12示出了根据本发明的轴瓦的第五实施例的金属基部的透视图；以及，

图13是图12的基部的剖视图。

具体实施方式

现在参考附图中的图，特别是首先参考图1-3，示出了用于轴承(特别是流体动力发电机轴承)的静止轴瓦，该静止轴瓦通常由附图标记10表示，该静止轴瓦包括聚合物部分1和金属基部2。

在根据本发明的轴瓦10的实施例中，提供了由铸造/模制在金属基部2上的聚合物板构成的聚合物部分1，所述金属基部构成支撑板。

根据本发明的解决方案提出在金属基部2上铸造(在所描述的优选实施例中，是指3D打印，但是该技术决不能被解释为限制本发明的范围)用碳纤维或石墨增强的一层或更多层聚醚醚酮(下文中也用首字母PEEK表示)。PEEK的使用不应被理解为限制本发明的保护范围；例如，聚合物材料可以由其他聚合物构成，比如聚对苯二甲酸乙二醇酯PTFE或其混合物。事实上，聚合物元件还可以由例如PTFE或PEEK和PTFE的混合物制成，其中添加碳纤维或石墨。

沿着界定金属基部2的周边的侧面中的至少一个加工金属基部2，从而形成底切3(底切3的几何形状在图3中详细示出)。

由于底切3的构造，不可能应用例如技术文献EP'191中所述的技术，因为聚合物板不可能在底切3中自由滑动。

此外，不可能使用已知技术的一些解决方案中固有的热压技术。

在根据本发明的轴瓦1的该实施例中设置的用于在聚合物部分1和基部2之间联接的底切3具有毫米量级的深度，因此不可能获得通过加热而按压在顶部上的聚合物板的正确锚固。

底切3及其分布仅是可以设置在根据本发明的轴瓦10中的联接机构的一个示例，这也将在下面看到。

根据本发明提出的解决方案允许锚固到金属基部2的聚合物部分1直接位于基部本身上。

该过程可以通过使用机器以将熔化的聚合物沉积在金属表面上来执行，这允许底切被填充，然后允许聚合物部分1被锚固在金属基部2上。

根据本发明提出的解决方案提供了优于当前已知解决方案的显著优势，特别是：

-降低了聚合物涂覆的导向件和推力轴承的生产成本，这是由于更少的材料浪费以及对聚合物和金属之间的联接的精确加工的要求明显降低，因为不需要严格的公差来执行底切3，该底切将被完全填充或部分填充(在任何情况下都足够)以确保聚合物和金属支撑件之间的锚固；

-通过沿着金属支撑件中专门形成的支座来制作切口，可以分离聚合物部件1和金属基部2。以这种方式，如果轴瓦10损坏或需要更换，可以重复使用金属基部2、金属支撑件来形成新的轴瓦；

–可以在金属基部2内部提供进一步加工，这将进一步促进聚合物部分1到基部2的锚固以及轴承10作为整体的操作。事实上，通过增加在操作期间承受较高压力的区域中的聚合物材料的厚度，可以利用材料本身的屈服，特别是PEEK的屈服，以有利于在每个单个轴瓦10上更好地分配压力。这个优点在附图的图4至图8中示出，其中在金属基部2上设置有空腔4，空腔4具有朝向空腔4的中心逐渐减小的台阶。图8示出了该实施例在压力释放方面获得的效果；

-可以在轴瓦10内部在PEEK部分1和金属基部2之间引入传感器5，以监测轴瓦的操作条件和健康状态。这种类型的实施例在图9中示出。

现在观察图10和图11，示出了根据本发明的轴瓦10的另一个实施例，其中在基部元件2上形成沟槽6，其中，当元件1的聚合物材料被铸造时，在元件1和2之间形成联接。

在图12和图13中，沟槽7形成在基部元件2上，其中，当元件1的聚合材料被铸造时，在元件1和2之间形成联接。

本发明已经根据其优选实施例在上文中进行了描述，但是应当理解的是，本领域的专家可以对其进行修改，而不会由此脱离如所附权利要求所定义的本发明的保护范围。

Claims

1.一种轴瓦(10)，特别是用于流体动力轴承的轴瓦，所述轴瓦(10)的特征在于提供聚合物材料部分(1)和金属材料的支撑基部(2)，

所述支撑基部(2)提供联接机构(3；6；7)；

所述聚合物部分(1)被铸造在所述基部(2)上，以便也填充设置在所述基部(2)上的所述联接机构(3；6；7)，从而获得牢固的联接和与所述基部(2)的形状互补的形状。

2.根据权利要求1所述的轴瓦(10)，其特征在于，所述联接机构(3；6；7)设置在所述基部(2)的周边上和/或所述基部(2)的内部。

3.根据权利要求1或2所述的轴瓦(10)，其特征在于，所述联接机构由一个或更多个底切(3)和/或由沟槽或中空部(6；7)构成。

4.根据前述权利要求之一所述的轴瓦(10)，其特征在于，所述聚合物部分(1)由聚醚醚酮(PEEK)、PTFE或其混合物制成，并且添加有碳纤维或石墨。

5.根据前述权利要求之一所述的轴瓦(10)，其特征在于，所述金属基部(2)由钢、铝、铜或其他金属或金属合金制成。

6.根据前述权利要求之一所述的轴瓦(10)，其特征在于，在所述金属基部(2)的将浇注聚合物材料的表面上设置有至少一个空腔(4)，该至少一个空腔对应于所述轴承承受较高压力的区域。

7.根据权利要求6所述的轴瓦(10)，其特征在于，所述空腔(4)呈阶梯状。

8.根据前述权利要求之一所述的轴瓦(10)，其特征在于，在所述金属基部(2)和所述聚合物部分(1)之间设置有一个或更多个传感器(5)，以用于测量所述轴瓦(10)的一个或更多个参数。

9.一种用于制造根据权利要求1至8中任一项所述的轴瓦(10)的方法，其特征在于，将所述聚合物材料部分(1)铸造在所述金属基部(2)上。