專利名稱：自潤滑軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自潤滑軸承，更具體地涉及用于在低壓力或低應(yīng)力、高頻率、小振幅運(yùn)動的應(yīng)用中使用的自潤滑軸承。
背景技術(shù)：
自潤滑軸承通常包括具有與相對面(counterface)滑動接觸的襯套的殼體。對球面軸承而言，相對面包括球形，而且殼體設(shè)有自潤滑襯套，該襯套包括充滿樹脂的織物或有孔纖維以與一些PTFE(聚四氟乙烯)或其它自潤滑材料保持在一起。這些富含PTFE的襯套系統(tǒng)是公知的，且過去已得到了使用，特別是在球面軸承的低應(yīng)力、高頻率、小振幅運(yùn)動的應(yīng)用中。已經(jīng)討論過提供壽命足夠長的自潤滑軸承的困難，而且已經(jīng)提出并實施了多種解決方案(包括收錄在GB2170279中的方法)，由此形成的軸承包括極硬的相對面表面，該相對面表面包括厚度至少為50μm的厚而硬的被覆層，且具有不大于50nm的表面光潔度或粗糙度。在GB2170279中公開了采用表面拋光，使粗糙度最多為10至20nm大小。
GB2170279指出使用既具有極高硬度又具有極高光滑度的相對面。所述極高硬度指定為不小于1000VPN，且該硬度優(yōu)選地為至少1100VPN，應(yīng)指出的是，這一硬度水平對應(yīng)于碳化鎢被覆層材料。
許多年來一直認(rèn)為諸如地面運(yùn)輸懸掛系統(tǒng)以及直升機(jī)飛行控制和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的低應(yīng)力、高頻率、小振幅運(yùn)動的應(yīng)用需要在GB2170279中公開的技術(shù)，即，具有極高硬度和光滑度的相對面的軸承。在相對面中采用極高硬度的具體想法是，為了防止包括較硬材料的碎屑(如來自襯套的樹脂微粒以及來自相對面的金屬微粒)損壞相對面的表面光潔度。一旦損壞了相對面的表面光潔度，則那些不規(guī)則或粗糙區(qū)域就進(jìn)一步損壞襯套，以產(chǎn)生更多的襯套碎屑，致使軸承游隙增加，從而導(dǎo)致軸承壽命降低。
因而，一般的想法是必須將相對面表面制成比硬碎屑更硬，這就導(dǎo)致了GB2170279中要求的非常硬的相對面表面。這一要求早已使采用厚(大于50μm)的被覆層成為必要，而這些被覆層只能在施加后進(jìn)行加工。因而，如果想要生成在低壓力或低應(yīng)力、高頻率、小振幅運(yùn)動的應(yīng)用中使用時壽命與GB2170279中所述的相當(dāng)?shù)妮S承，那么與GB2170279中指定的特征(尤其對于相對面的硬度和表面光潔度來說)的任何偏離都被認(rèn)為是不適宜的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種自潤滑襯套，該自潤滑襯套不受使用極高硬度相對面的要求的限制，并在與GB2170279中所公開的相同的運(yùn)行條件下提供至少相當(dāng)?shù)男阅芎褪褂脡勖?br> 因此，本發(fā)明的一個方面提供了一種用于在低壓力、高頻率、小振幅應(yīng)用中使用的自潤滑軸承，該軸承具有自潤滑襯套和與該襯套緊密滑動接觸的相對面表面，該相對面表面具有小于20nm的表面光潔度和小于1000VPN左右的硬度。
優(yōu)選地，所述相對面表面的表面光潔度在5nm至20nm的范圍內(nèi)。
適宜地，所述相對面表面包括在曲面上的被覆層，該曲面具有電解磨削修整面(finish)。
有利地，在所述電解磨削修整面之上的所述被覆層的厚度在1μm至5μm之間。
優(yōu)選地，所述被覆層為化學(xué)沉積被覆層、物理氣相沉積被覆層或離子鍍被覆層。
適宜地，所述軸承為球面軸承。
有利地，所述球面軸承包括球，該球提供所述相對面表面。
優(yōu)選地，使用中的運(yùn)行條件為應(yīng)力小于35MPa、頻率為至少0.1Hz、且振幅包括小于±12°旋轉(zhuǎn)的小角度運(yùn)動。
本發(fā)明的另一方面提供了一種構(gòu)造自潤滑軸承的方法，該方法包括以下步驟提供具有曲面的自潤滑襯套；提供具有曲面的相對面；將所述相對面的所述曲面電解磨削至小于20nm的表面光潔度，從而生成硬度小于1000VPN的相對面表面；以及將所述襯套的所述曲面以及所述相對面表面布置成彼此滑動接觸。
適宜地，所述曲面為相應(yīng)彎曲的表面。
本發(fā)明的又一方面提供了一種操作自潤滑軸承的方法，該自潤滑軸承具有自潤滑襯套和與該自潤滑襯套緊密滑動接觸的相對面表面，所述相對面表面的表面光潔度小于20nm，且硬度小于1000VPN，其中運(yùn)行條件為應(yīng)力小于35MPa、頻率為至少0.1Hz、且振幅包括小于±12°旋轉(zhuǎn)的小角度運(yùn)動。


為了更容易地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖以示例的方式描述本發(fā)明的實施例，在這些附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的自潤滑軸承的細(xì)節(jié)的剖面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的軸承和已知軸承的磨損測試結(jié)果的圖解比較；和圖3是根據(jù)本發(fā)明的軸承和已知軸承的磨損測試結(jié)果的圖示。
具體實施例方式
參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的自潤滑球面軸承具體設(shè)計成在低壓力或低應(yīng)力、高頻率和小振幅運(yùn)動的條件下使用。這些條件更具體地為應(yīng)力小于35MPa、頻率為至少0.1Hz(直升機(jī)應(yīng)用中通常為5至30Hz)、且振幅包括小于±12°旋轉(zhuǎn)和±5°傾斜的小角度運(yùn)動。這些條件通常出現(xiàn)在直升機(jī)飛行控制和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)以及地面運(yùn)輸懸掛系統(tǒng)中。根據(jù)本發(fā)明的自潤滑球面軸承包括具有球面支承表面2的殼體1，在該支承表面2上結(jié)合有襯套系統(tǒng)3。具有與襯套系統(tǒng)3緊密接觸的相對面表面5的球4座放在殼體中并通常被限制在殼體內(nèi)。本發(fā)明可適用于其它形式的自潤滑軸承，而并非專用于球面軸承。具有與相對面滑動接觸的滑動表面的其它形式的軸承的示例包括圓柱軸頸軸承以及平面接觸軸承(flat contactbearing)。
在相對面5與襯套系統(tǒng)3的滑動表面6之間存在滑動接觸。
襯套系統(tǒng)3包括富含PTFE的自潤滑襯套系統(tǒng)。該襯套系統(tǒng)為諸如由NMB Minebea生產(chǎn)的低摩擦系數(shù)襯套系統(tǒng)，并包括在PTFE/樹脂基體上的富集PTFE的表面，其通過平紋Nomex(商標(biāo))織物增強(qiáng)。
與GB2170279中指出的全然不同的是，相對面表面5不具有在GB2170279中要求的極高硬度。優(yōu)選地按照AMS5630熱處理過的鋼合金球的相對面表面5的硬度為56Rc至62Rc(650至750VPN)。而且，相對面表面5制備成表面粗糙度為5nm大小，且優(yōu)選地在5nm至20nm的范圍內(nèi)。
改善表面紋理、減少表面光潔度的瑕疵以及襯套的富集PTFE的表面對本發(fā)明來說是極其重要的，這是因為它取消了如在GB2170279中所指定的對相對面表面極高硬度的要求(這至今都認(rèn)為是基本的)。通過采用在5nm至20nm范圍內(nèi)的表面光潔度，驚奇地發(fā)現(xiàn)相對面表面5即使是在比GB2170279中指出的極高硬度軟的時候，與所述襯套系統(tǒng)組合在一起也可產(chǎn)生對該相對面表面較小的損壞，因而不會破壞相對面表面5良好的表面光潔度，從而使軸承壽命較長。
得到5nm至20nm范圍內(nèi)的所需表面光潔度的最優(yōu)選方法為通過如在EP-A-1078714中闡述的電解磨削。以前該方法還沒有被用來改善球面軸承的表面光潔度。在制造并采用傳統(tǒng)的軸承磨光技術(shù)之后，將得到40nm左右的表面光潔度，而電解磨削方法會產(chǎn)生大小為5nm至20nm的大大改善了的表面光潔度。
通過在電解磨削修整面之上采用被覆層(如1μm至5μm之間的物理氣相沉積被覆層)，可進(jìn)一步改善表面光潔度以及磨損特性。物理氣相沉積被覆層不能與GB2170279中指定的軸承一起使用，這是因為被覆層(包括相對面表面)的必要硬度在由這些沉積技術(shù)生成的較小被覆層厚度下是不能實現(xiàn)的。相反地，因為所要求保護(hù)的發(fā)明不需要硬度極高的被覆層，所以可容易地采用化學(xué)沉積或氣相沉積以及離子鍍技術(shù)。物理氣相沉積被覆層使相對面表面具有1000VPN左右的硬度，這仍然低于GB2170279中指出的極高硬度。
測試結(jié)果已經(jīng)顯示出，與在不具有改善了的20nm或更低的表面光潔度的軸承表面上進(jìn)行的類似測試相比，根據(jù)本發(fā)明軸承的軸承壽命得以改善。圖2中所示的結(jié)果示出了對于兩種不同軸承等級獲得的磨損結(jié)果的范圍，這兩種軸承等級即為傳統(tǒng)光潔度(70nm左右)以及根據(jù)本發(fā)明軸承的光潔度(5至20nm范圍內(nèi))。
而且，參考圖3，示出了以下軸承的磨損測試結(jié)果示例1包括具有按照AMS5630熱處理過的鋼合金球的軸承，該球的硬度為56Rc至62Rc(650至750VPN)且具有傳統(tǒng)表面光潔度(70nm左右)；示例2包括具有按照AMS5630熱處理過的另一鋼合金球的軸承，該球的硬度為56Rc至62Rc(650至750VPN)且具有傳統(tǒng)的表面光潔度(70nm左右)；示例3包括具有按照AMS5630熱處理過的鋼合金球的軸承，該球的硬度為56Rc至62Rc(650至750VPN)，具有電解磨削的表面光潔度(小于20nm)，且沒有被覆層；示例4包括具有按照AMS5630熱處理過的鋼合金球的軸承，該球的硬度為56Rc至62Rc(650至750VPN)，具有電解磨削的表面光潔度(小于20nm)，且具有物理氣相沉積被覆層；示例5包括具有按照AMS5630熱處理過的另一鋼合金球的軸承，該球的硬度為56Rc至62Rc(650至750VPN)，具有電解磨削的表面光潔度(小于20nm)，且具有物理氣相沉積被覆層；示例6包括具有按照GB2170279制造的球的軸承，且該球沒有被覆層；以及示例7包括具有按照GB2170279制造的球的軸承，該球帶有碳化鎢被覆層。
應(yīng)指出的是，只有示例3、4和5包括本發(fā)明的實施例。
在本說明書中，“包括”是指“包含或由…組成”。
在上述描述、或在所附權(quán)利要求、或在附圖中公開的特征(以這些特征的具體形式或根據(jù)用于執(zhí)行所公開功能的裝置、或者用于獲得所公開結(jié)果的方法或過程進(jìn)行說明)，可適當(dāng)?shù)貑为?dú)或以這些特征的任何組合應(yīng)用于以其各種方式實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于在低壓力、高頻率、小振幅應(yīng)用中使用的自潤滑軸承，該軸承具有自潤滑襯套和與該自潤滑襯套緊密滑動接觸的相對面表面，該相對面表面具有小于20nm的表面光潔度以及小于1000VPN左右的硬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自潤滑軸承，其特征在于，所述相對面表面的表面光潔度在5nm至20nm的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自潤滑軸承，其特征在于，所述相對面表面包括在曲面上的被覆層，該曲面具有電解磨削修整面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自潤滑軸承，其特征在于，在所述電解磨削修整面之上的所述被覆層的厚度在1μm至5μm之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的自潤滑軸承，其特征在于，所述被覆層為化學(xué)沉積被覆層、物理氣相沉積被覆層或離子鍍被覆層。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的自潤滑軸承，其特征在于，所述軸承為球面軸承。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自潤滑軸承，其特征在于，所述球面軸承包括球，該球提供所述相對面表面。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的自潤滑軸承，其特征在于，使用中的運(yùn)行條件為壓力小于35MPa、頻率為至少0.1Hz、且振幅包括小于±12°旋轉(zhuǎn)的小角度運(yùn)動。
9.一種構(gòu)造自潤滑軸承的方法，包括以下步驟提供具有曲面的自潤滑襯套；提供具有曲面的相對面；將所述相對面的所述曲面電解磨削至小于20nm的表面光潔度，從而生成硬度小于1000VPN的相對面表面；以及將所述襯套的所述曲面以及所述相對面表面布置成彼此滑動接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述曲面為相應(yīng)彎曲的表面。
11.一種操作自潤滑軸承的方法，該軸承具有自潤滑襯套和與該自潤滑襯套緊密滑動接觸的相對面表面，所述相對面表面的表面光潔度小于20nm，且硬度小于1000VPN，其中運(yùn)行條件為應(yīng)力小于35MPa、頻率為至少0.1Hz、且振幅包括小于±12°旋轉(zhuǎn)的小角度運(yùn)動。
12.一種大致如以上參考附圖所述且如附圖所示的自潤滑軸承。
13.一種大致如以上參考附圖所述且如附圖所示的自潤滑軸承的構(gòu)造方法或操作方法。
全文摘要
一種用于在低壓力、高頻率、小振幅應(yīng)用中使用的自潤滑軸承，以及操作和構(gòu)造該自潤滑軸承的方法，所述軸承具有自潤滑襯套(3)和與該自潤滑襯套(3)緊密滑動接觸的相對面表面(5)，該相對面表面(5)具有小于20nm的表面光潔度和小于1000VPN左右的硬度。
文檔編號F16C33/20GK1856660SQ200480027911
公開日2006年11月1日 申請日期2004年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月2日
發(fā)明者保羅·雷蒙·史密斯 申請人:美蓓亞株式會社