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CN104937290B - 止推垫圈 - Google Patents

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Abstract

一种止推垫圈(200)，包括具有轴向衬底面的金属衬底层，在所述轴向衬底面上的具有与所述轴向衬底面反向的轴向聚合物面的聚合物层，其中，所述轴向聚合物面是异型的，并具有至少一个油分配槽，并且衬底层和聚合物层中之一是厚度根据至少一个油分配槽变化的经加工的层。

Description

止推垫圈
技术领域
本发明涉及设置有油分配槽的轴向面的止推垫圈，特别是涉及用于汽车发电机、传动装置、泵和压缩机系统的止推垫圈。
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。在一些凸缘半轴承中，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振动接触的运行表面。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，或者通过模压工艺形成。
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止推垫圈，包括：具有轴向衬底面的金属衬底层；在所述轴向衬底面上的聚合物层，所述聚合物层具有与所述轴向衬底面反向的轴向聚合物面；其中，所述轴向聚合物面是异型的，并具有至少一个油分配槽，并且所述衬底层和聚合物层中之一是厚度根据至少一个油分配槽变化的经加工的层。
本发明的第二方面提供一种凸缘轴承，包括轴承壳套和根据第一方面的止推垫圈。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形成止推垫圈的方法，所述止推垫圈包括：具有轴向衬底面的金属衬底层；在所述轴向衬底面上的聚合物层，所述聚合物层具有与所述轴向衬底面反向的轴向聚合物面；其中，所述轴向聚合物面是异型的，并具有至少一个油分配槽，并且所述衬底层和聚合物层中之一是厚度根据至少一个油分配槽变化的经加工的层；所述方法包括：将所述聚合物层沉积至所述金属衬底层上，然后加工所述轴向聚合物面；或者加工所述轴向衬底面，然后将所述聚合物层沉积至经加工的所述衬底层上。
有利地，所述聚合物层可比已知的双金属止推垫圈的铝-锡运行层对磨损、疲劳和咬合更有恢复能力。
有利地，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。此外，形成聚合物层的异型面的制造成本低于在已知的双金属止推垫圈的铝-锡运行层的面中形成异型面的制造成本。
聚合物层可为经加工的层。在聚合物层是经加工的层的情况下，该聚合物具有20μm至100μm的最大厚度(即在台区域中)。有利地，在对聚合物进行加工以形成油分配槽的情况下，聚合物材料可比已知的双金属止推垫圈的铝-锡运行层加工得更快。此外，加工聚合物层对用于加工工艺的刀头(例如切割刀)的磨损比加工已知的双金属止推垫圈的金属/金属合金(例如铝-锡或铜合金基)运行层的磨损小，从而降低了制造成本。然而进一步地，使用经加工的聚合物能制造出表面抛光比已知的经加工的金属/金属合金运行层光滑的运行层。
聚合物运行层的耐磨性可大于铝-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。
油分配槽可仅部分地延伸通过所述聚合物层。
衬底层可为经加工的层。通过使用聚合物运行层，能提供对衬底层的加工(相比而言，在已知的双金属止推垫圈中，经加工的衬底将不能适用于通过辊结合工艺涂覆铝-锡运行层)。在衬底层是经加工的层的情况下，聚合物层可具有6μm至20μm的实质一致的厚度，该聚合物层沿着其沉积于其上的衬底层的异型面的轮廓，并优选具有6μm至12μm的厚度。有利地，加工衬底层能使用薄的聚合物层，相应地节省了材料成本，其还可具有比较厚的聚合物层改善的耐疲劳性。此外，加工衬底层避免了因加工已知的双金属运行层的运行层而产生双材料切屑的风险，同时简化了废弃物处理。然而进一步地，加工衬底层能使用未经加工的聚合物层，由此避免了聚合物加工的边缘中潜在的裂纹的风险(称作“削边薄边”)。
止推垫圈可大致为半环形、环形或者圆形。
油分配槽可包括沟道和坡形区域。该沟道区域是槽的凹入最深的部分，且该坡形区域具有低的坡度。该坡形区域可具有以下坡度：其中在整个轴向面上每1mm，经加工的层的厚度增加小于25μm，垂直于油分配槽。
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。
油分配槽可被设置在台区域之间，在这些台区域中，止推垫圈具有一致的厚度。
止推垫圈可设置有1至10个油分配槽。内边缘直径小于70mm的止推垫圈可具有1至7个油分配槽。直径大于70mm的止推垫圈可具有1至10个油分配槽。
所述聚合物层可为上述经加工的层，并且所述方法可包括将所述聚合物层沉积至所述金属衬底层上，然后加工所述轴向聚合物面。
所述衬底层可为上述经加工的层，且所述方法可包括加工所述轴向衬底面，然后将所述聚合物层沉积至经加工的所述衬底层上。
所述方法可包括将聚合物沉积至衬底材料片上，并由衬底材料片形成聚合物涂覆的衬底坯。
所述方法可包括将所述聚合物选择性地沉积至衬底材料片上。
所述方法可包括通过选自以下组成的组中的方法沉积所述聚合物层：压印法、遮蔽的丝网印刷法或者遮蔽的喷涂法。
所述方法可包括使所述聚合物层固化。
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/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/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/酰胺树脂。
附图说明
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示出了通过第一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；以及
图3示出了根据本发明第三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'和300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(例如它大致为半环形形状，并可具有突出的钩和垂片，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轴之间的轴承空隙中，并漏出到止推垫圈和机轴连接板的旋转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压力和油膜质量。
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的长度观察，穿过根据第一实施方式的止推垫圈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和衬底的轴向面210上的异型聚合物层208。
衬底206具有一致的厚度，并且通过在衬底的整个轴向面210(轴向衬底面)上聚合物层208的厚度Tp的变化，油分配槽204被设置在聚合物202的轴向面(轴向聚合物面，以及止推垫圈的轴向面)中。油分配槽204被设置在台区域212之间，在这些台区域中的止推垫圈200具有一致的厚度，并具有小于台区域的厚度。聚合物层208具有20μm至100μm的最大厚度(在上述台区域中)。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212之间的坡形区域204B。尽管为了清楚性，放大了图2A，沟道是槽的最深的部分，并且在示出的实施例中，坡形区域204B具有低坡度θ，例如约1:300至1:100的梯度低坡度θ，例如1:200，对应于约1/3°。该坡形区域提供位于止推垫圈200和机轴反面之间的锥形间隙，使用时，其提供润滑油的流体动力楔入，以有助于止推垫圈与反面保持分离。
在制造过程中，聚合物在衬底上被沉积为厚度大体一致的层，并在通过加工工艺形成厚度变化的异型之前被完全固化。在衬底坯已经压制或者由衬底材料片成形之后，聚合物可被沉积至预先成型的衬底坯上。可替代地，在形成涂覆的衬底坯之前，聚合物可沉积至衬底材料未被切割的片上。在后一种情况下，聚合物在沉积时看形成图案(即选择性沉积，而不是完全覆盖衬底)，例如通过利用压印法、遮蔽的丝网印刷法，或者通过遮蔽的喷涂法。因此，可避免产生双材料废弃物。此外，即使这些坯由金属衬底片切割得到，具有延伸超过该坯的聚合物至衬底废弃物，将金属-聚合物双材料废弃物再循环比由已知的双金属止推垫圈制造废弃物更容易。相似地，在寿命结束时，金属聚合物止推垫圈比已知的双金属止推垫圈较易再循环。
在图2A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，每个油分配槽的相对侧上的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，使得油分配槽只有一个坡形区域，在沟道的另一侧上具有对于聚合物较陡的边缘(例如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°的边缘)。
图2B示出了另一实施方式，其中止推垫圈200’与图2A的止推垫圈200的不同在于具有没有坡形区域的油分配槽，其中这些槽分别包括沟道204’，它们由聚合物208’的陡的边缘214’界定。在示出的实施例中，沟道204’的横截面形状可为梯形的(或者具有圆形形状)，陡的边缘214’与止推垫圈平面形成65°的角α。
图3示出了垂直于油分配槽304观察，通过根据第三实施方式的止推垫圈300的一部分的截面图。该止推垫圈300包括异型金属衬底(例如钢背衬)306和在衬底的轴向面310上的聚合物层308。聚合物层308具有6至20μm大体一致的厚度。
衬底306的厚度Ts变化，以提供衬底的对应异型的轴向面310。聚合物层308具有大体一致的厚度，并具有对应于衬底306的异型轴向面310形成异型的轴向面302，以在聚合物的轴向面302上提供油分配槽304。在止推垫圈300具有一致厚度的台区域312之间设置油分配槽304，这些槽具有比台区域小的厚度。油分配槽304分别包括沟道304A和位于沟道和邻近的台区域312之间的坡形区域304B。尽管为了清楚性的放大，对于图2A中的第一实施方式，坡形区域304B具有低坡度θ，对应于约1:300至1:100的梯度。
在制造器件，在将聚合物沉积至衬底为具有一致厚度的层之前，对衬底进行加工以提供异型轴向衬底。在由片形成衬底坯之前，可便利地加工衬底。或者，可加工预先成型的衬底坯。
如同第一实施方式一样，在预先成型的坯料已被压制或者由衬底材料的片形成之后，第三实施方式的聚合物可被沉积至预先成型的坯料。或者，在坯料成型之前，聚合物可被沉积至衬底材料的未切割的片。在后一种情况下，聚合物在例如通过使用压印法、遮蔽的丝网印刷法或遮蔽的喷涂法沉积时，聚合物可形成图案(例如选择性沉积，而不是完全覆盖衬底)。因此，可避免产生双材料废弃物。此外，即使坯料由金属衬底切割得到，具有延伸超过坯料的聚合物，再循环金属聚合物双材料废弃物将比由已知的双金属止推垫圈制造废弃物更容易。
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/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/酰胺类聚合物，诸如具有聚酰亚胺/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/酰胺树脂。此外，聚合物复合材料可为12.5％体积的Al，5.7％体积的PTFE颗粒，4.8％体积的硅烷，<0.1％体积的其它组分，以及余量(约77％体积)的聚酰亚胺/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，并且所有这些文件和文献的内容通过引用合并于此。

Claims (10)

1.一种止推垫圈，包括：
具有轴向衬底面(310)的金属衬底层(306)，和
在所述轴向衬底面(310)上的聚合物层(308)，所述聚合物层(308)具有与所述轴向衬底面(310)反向的轴向聚合物面(302)；
其中，所述轴向聚合物面(302)是异型的，并具有至少一个油分配槽(304)，并且所述衬底层(306)是厚度根据至少一个油分配槽(304)变化的经加工的层；
所述聚合物层布满整个所述止推垫圈的所述轴向衬底面，从所述止推垫圈的内边缘到外边缘延伸；
所述油分配槽(304)设置在台区域(312)之间，并且包括沟道(304A)和坡形区域(304B)，所述油分配槽(304)包括位于第一坡形区域(304B)和第二坡形区域(304B)之间的沟道(304A)，所述第一坡形区域和第二坡形区域各自具有不同的坡度，且所述坡度从沟道(304A)至台区域(312)的方向降低。
2.根据权利要求1所述的止推垫圈，其中，所述油分配槽(204’)包括位于所述异型聚合物层的陡变边缘(214’)之间的沟道区域(204’)。
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(304)被设置在台区域(312)之间，在所述台区域中所述止推垫圈(300)具有一致的厚度。
4.一种凸缘轴承，包括轴承壳套和根据前述权利要求中任一项所述的止推垫圈(300)。
5.一种形成止推垫圈的方法，所述止推垫圈(300)包括：
具有轴向衬底面(310)的金属衬底层(306)，
在所述轴向衬底面(310)上的聚合物层(308)，所述聚合物层具有与所述轴向衬底面(310)反向的轴向聚合物面(302)；
其中，所述轴向聚合物面(302)是异型的，并具有至少一个油分配槽(304)，并且所述衬底层(306)是厚度根据至少一个油分配槽(304)变化的经加工的层；
所述方法包括：
加工所述轴向衬底面(310)，然后将所述聚合物层(308)沉积至经加工的所述衬底层(306)上；
所述聚合物层布满整个所述止推垫圈的所述轴向衬底面，所述油分配槽为在所述止推垫圈的内边缘和外边缘之间延伸；
所述油分配槽(304)设置在台区域(312)之间，并且包括沟道(304A)和坡形区域(304B)，所述油分配槽(304)包括位于第一坡形区域(304B)和第二坡形区域(304B)之间的沟道(304A)，所述第一坡形区域和第二坡形区域各自具有不同的坡度，且所述坡度从沟道(304A)至台区域(312)的方向降低。
6.根据权利要求5所述的方法，包括由衬底处理片形成衬底坯，并将聚合物沉积至预成型的衬底坯上。
7.根据权利要求5所述的方法，包括将聚合物沉积至衬底材料片上，并由衬底材料片形成聚合物涂覆的衬底坯。
8.根据权利要求7所述的方法，包括将所述聚合物选择性地沉积至衬底材料片上。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其中，通过选自以下组成的组中的方法沉积所述聚合物层(308)：压印法、遮蔽的丝网印刷法或者遮蔽的喷涂法。
10.根据权利要求5至8任一项所述的方法，包括使所述聚合物层(308)固化。
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