專利名稱：用于具有功能層的軸承和公差環(huán)的系統(tǒng)、方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及位于移動(dòng)部件之間的軸承和公差環(huán)，具體地涉及用于具有功能層的軸承或公差環(huán)的改進(jìn)的系統(tǒng)、方法和裝置。
背景技術(shù)：
軸承和公差環(huán)限制了相對(duì)移動(dòng)的部件(例如殼體孔中的轉(zhuǎn)動(dòng)軸)之間的運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子是位于軸的外表面與孔的內(nèi)表面之間的空隙中的環(huán)形帶。這種公差環(huán)限制了軸在孔中的徑向或軸向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)仍允許相對(duì)移動(dòng)。在常規(guī)的設(shè)計(jì)中，尋求的是內(nèi)部部件與外部部件之間的緊密配合。此外，尋求的是能提供最大摩擦接合或最小滑動(dòng)カ變化的力。部件之間的緊密配合是所希望的，因?yàn)檫@減小了部件之間的相對(duì)振動(dòng)。
公差環(huán)能夠補(bǔ)償公差或未對(duì)準(zhǔn)、產(chǎn)生扭矩并能改善其他特性，例如噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度(NVH)特性。扭矩、還有甚至NVH主要受普通公差環(huán)的材料特性的影響，普通公差環(huán)通常只由不銹鋼或碳素鋼制成。內(nèi)部部件與外部部件之間的這些需求要求強(qiáng)力的并且實(shí)質(zhì)性的接觸，這種接觸増大了摩擦力。盡管這些解決方案對(duì)某些應(yīng)用是可以使用的，但人們對(duì)改善軸承和公差環(huán)的興趣繼續(xù)存在。

發(fā)明內(nèi)容
披露了一種用于具有功能層的軸承和公差環(huán)的系統(tǒng)、方法和裝置的實(shí)施方案。在某些形式中，一種組件包括ー個(gè)外部部件、位于該外部部件內(nèi)并且相對(duì)于該外部部件可移動(dòng)的ー個(gè)內(nèi)部部件、以及安裝在該內(nèi)部部件與外部部件之間的ー個(gè)公差環(huán)或軸承。該公差環(huán)或軸承可以包括ー個(gè)金屬環(huán)形帶以及緊固到金屬層上的ー個(gè)弾性體層。在其他實(shí)施方案中，該組件進(jìn)ー步包括在該環(huán)形帶和該彈性層中的至少ー個(gè)上的ー個(gè)低摩擦層。該環(huán)形帶可以由彈簧鋼制成，并且該低摩擦層可以層壓到該環(huán)形帶的至少ー側(cè)上，以改善該公差環(huán)的滑動(dòng)特性。該低摩擦層可以位于該環(huán)形帶上與該弾性體層相反的位置。該低摩擦層可以包括PTFE并被粘接到該環(huán)形帶或該弾性體層上。該組件可以進(jìn)一歩包括在該環(huán)形帶與該弾性體層之間的一個(gè)粘合劑層或底漆層。


通過參見附圖可以更好地理解本披露，并且使其許多特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員變得清楚。圖1A、B和C是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的公差環(huán)的其他實(shí)施方案的截面?zhèn)纫晥D；圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的公差環(huán)的另一個(gè)實(shí)施方案的截面?zhèn)纫晥D；并且圖3A、B和C是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的公差環(huán)的另一些其他實(shí)施方案的截面?zhèn)纫晥D。
在不同的圖中使用相同的參考符號(hào)表示相似的或相同的事項(xiàng)。
具體實(shí)施例方式在圖I至圖3中示出了一種用于具有功能層的軸承和公差環(huán)的系統(tǒng)、方法和裝置的多個(gè)實(shí)施方案。例如這些示意圖描繪了ー種公差環(huán)組件21，該公差環(huán)組件包括一個(gè)帶有孔25的外部部件23，該孔中有一條軸線。ー個(gè)內(nèi)部部件27被安裝在該外部部件23的孔25、并且具有ー個(gè)外表面29。該內(nèi)部部件27與該外部部件23相配合、并且相對(duì)于該外部部件是可移動(dòng)的。軸承或公差環(huán)31位于內(nèi)部部件23與外部部件27之間的孔25中。軸承或公差環(huán)31被配置為具有多個(gè)波紋38 (例如圖IA所示的三個(gè)波紋)。如圖所示，波紋38的波峰和波谷在外部部件23與內(nèi)部部件27之間波動(dòng)、并接觸其對(duì)應(yīng)的表面25和29。公差環(huán)31包括ー個(gè)由金屬材料制成的環(huán)形帶33、在該環(huán)形帶33上的ー個(gè)弾性體層35、以及在該環(huán)形帶33和該弾性體層35中的至少ー個(gè)上的ー個(gè)低摩擦層37 (圖13)。環(huán)形帶33可以由彈簧鋼制成，并且低摩擦層37可以層壓到該環(huán)形帶的至少ー側(cè)上。 低摩擦層37可以位于環(huán)形帶33上與弾性體層35相反的位置，如圖13所示。低摩擦層37可以包括PTFE并用膠水或粘合劑39粘接到環(huán)形帶33和彈性體層35之一上。該弾性體層可以包括例如丁腈橡膠、烯屬弾性體、聚醚_/聚酯-弾性體、こ烯-丙烯-弾性體、こ烯-丙烯酸橡膠和含氟弾性體材料。粘合劑39還可以包括在環(huán)形帶33與彈性層35之間、以及在低摩擦層37與環(huán)形帶和/或弾性體層之間的ー種底漆。本文披露的實(shí)施方案具有超過常規(guī)方案的顯著優(yōu)點(diǎn)。例如，軸承或公差環(huán)與彈性體背襯的組合以更柔軟的性能改進(jìn)了公差環(huán)的設(shè)計(jì)。使用“柔軟” 一詞是指提供較低水平的、具有較小變化的扭矩。關(guān)于NVH，這些材料使由公差環(huán)連接的兩個(gè)配合部件顯著地分離，而不減弱其他方面的性能。因此，這些設(shè)計(jì)顯著減小了噪聲和振動(dòng)。在另ー個(gè)實(shí)例中，ー種具有彈簧行為的金屬材料被涂覆有粘合劑和/或底漆、并與ー個(gè)弾性體層相結(jié)合以形成一種復(fù)合材料。該金屬可以包括例如不銹鋼、碳素鋼或其他弾性金屬。該弾性體材料可以包括例如丁腈橡膠、氯丁橡膠、硅橡膠、烯屬弾性體、聚醚_/聚酯-弾性體、こ烯-丙烯-弾性體、こ烯-丙烯酸橡膠和/或含氟弾性體。在其他實(shí)施方案中，該公差環(huán)可以包括ー個(gè)內(nèi)金屬層和ー個(gè)外弾性體層。在其他實(shí)施方案中，該結(jié)構(gòu)增設(shè)了一個(gè)滑動(dòng)層或低摩擦層。這些設(shè)計(jì)改進(jìn)了公差補(bǔ)償元件的滑動(dòng)特性。例如，低摩擦材料可以包括在弾性體層上和/或甚至在與彈性體層相反的金屬側(cè)上的PTFE。與弾性體層ー樣，低摩擦層也可以用粘合劑或膠水粘接到公差環(huán)(例如金屬層或弾性體層)上。在另外的其他實(shí)施例中，用低摩擦材料層壓ー個(gè)彈性金屬層。然后可以用粘合劑和/或底漆涂覆該金屬表面、并與ー個(gè)或多個(gè)弾性體層相結(jié)合以形成一種復(fù)合材料。其他組合也是可能的。這種組成和制造方法均不同于常規(guī)的滑動(dòng)軸承、而且也不同于常規(guī)的公差環(huán)。為所述實(shí)施方案提供了幾種不同的功能。這些實(shí)施方案起到具有更多公差補(bǔ)償?shù)幕瑒?dòng)軸承或公差環(huán)的作用，可以施加所定義的扭矩，并且它們用作具有改善的摩擦特性的公差環(huán)。與常規(guī)的設(shè)計(jì)相比，該公差環(huán)的實(shí)施方案具有先進(jìn)的滑動(dòng)特性，并且該軸承的實(shí)施方案具有先進(jìn)的彈簧和調(diào)節(jié)特性。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案的一般應(yīng)用可用于生產(chǎn)用于無間隙的或間隙減小的應(yīng)用中的滑動(dòng)軸承，或者生產(chǎn)具有低固位力的公差環(huán)。由彈簧鋼制成的金屬內(nèi)芯起到彈簧的作用、并因此通過使用涂覆有低摩擦化合物的彈簧波紋而提供了軸承表面與(例如)軸之間的公差調(diào)節(jié)作用。該低摩擦層可以只接合軸或?qū)?yīng)物的功能側(cè)。可替代地，它可以接合這兩個(gè)部件、和/或提供這些配合部件之間所需要的固位力。由于低摩擦材料的固有的低摩擦系數(shù)，該低摩擦層允許該復(fù)合結(jié)構(gòu)用作滑動(dòng)軸承、或提供相對(duì)低的固位力。該公差環(huán)當(dāng)用在相配合的部件(例如轉(zhuǎn)向柱鎖機(jī)構(gòu))之間時(shí)可以提供滑動(dòng)カ控制(例如軸向的或轉(zhuǎn)動(dòng)的)。一旦已經(jīng)達(dá)到閾值扭矩水平，該公差環(huán)就通過允許部件之間的轉(zhuǎn)動(dòng)而防止過載。例如，在轉(zhuǎn)向柱能量吸收系統(tǒng)中，一旦達(dá)到ー個(gè)軸向力水平，公差環(huán)就允許發(fā)生軸向滑移。一般而言，具有較低剛度的波紋產(chǎn)生低扭矩軸承，并且較高剛度 的波紋產(chǎn)生較高的扭矩，例如用于門鉸鏈應(yīng)用。這些類型的性能可以通過將公差環(huán)波紋設(shè)計(jì)成具有彈簧特性而實(shí)現(xiàn)，這種彈簧特性產(chǎn)生適當(dāng)水平的徑向力，該徑向力在與該組件的摩擦特性相結(jié)合時(shí)產(chǎn)生所希望的滑動(dòng)力水平。這些波紋彈簧特征的弾性/塑性用于限制在該組件的典型尺寸公差上所經(jīng)歷的カ變化。這就保持了適度地一致的滑動(dòng)力。通過對(duì)波紋幾何形狀、材料厚度和硬度的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)カ的操縱。為了應(yīng)對(duì)部件尺寸公差，將公差環(huán)波紋典型地設(shè)計(jì)為被壓縮量是大于安裝了這些波紋的這個(gè)間隙上的公差。在要求相對(duì)低的滑動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)力水平(例如在轉(zhuǎn)向柱調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)中)的情況下，或在公差環(huán)用作樞軸襯套的情況下，存在著ー種限制。在這些應(yīng)用中，力通常太大并且徑向剛度太小。有可能減小公差環(huán)波紋的剛度以便限制最大力，但這會(huì)導(dǎo)致組件具有低的徑向承載能力。即使采用相對(duì)低剛度的波紋，產(chǎn)生的滑動(dòng)力水平也可能太高。在其他實(shí)施方案中，該低摩擦層可以包括多種材料，包括例如一種聚合物，如聚酮、聚芳酰胺、熱塑性聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚苯硫醚、聚醚砜、聚砜、聚苯砜、聚酰胺酰亞胺、超高分子量聚こ烯、熱塑性氟聚合物、聚酰胺、聚苯并咪唑或它們的任何組合。在一個(gè)實(shí)例中，該熱塑性材料包括聚酮、聚芳酰胺、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚苯硫醚、聚苯砜、氟聚合物、聚苯并咪唑、它們的衍生物、或它們的組合。在ー個(gè)具體實(shí)例中，該熱塑性材料包括一種聚合物，如聚酮、熱塑性聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚苯硫醚、聚醚砜、聚砜、聚酰胺酰亞胺、它們的衍生物、或它們的組合。在另ー個(gè)實(shí)例中，該材料包括聚酮，如聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮醚酮、它們的衍生物或它們的組合。一種氟聚合物的例子包括氟化こ烯丙烯(FEP )、PTFE、聚偏ニ氟こ烯(PVDF)、全氟烷氧基(PFA)，四氟こ烯、六氟丙烯、以及偏ニ氟こ烯的ー種三聚物(THV)，聚氯三氟こ烯(PCTFE)、こ烯-四氟こ烯共聚物(ETFE)、こ烯-氯三氟こ烯共聚物(ECTFE)或者它們的任何組合。在ー個(gè)另外的實(shí)例中，該熱塑性聚合物可以是超高分子量聚こ烯?；瑒?dòng)表面的潤(rùn)滑(例如用油或潤(rùn)滑脂)可以在高力的應(yīng)用中使用。示例性的固體潤(rùn)滑劑可以包括ニ硫化鑰、ニ硫化鎢、石墨、單層石墨、膨脹石墨、氮化硼、滑石、氟化鈣、氟化鈰、或它們的任何組合。一種示例性的陶瓷或礦物包括氧化鋁、硅石、ニ氧化鈦、氟化鈣、氮化硼、云母、硅灰石、碳化硅、氮化硅、氧化鋯、碳黒、顏料類、或它們的任何組合。
公差環(huán)式內(nèi)體的彈簧特性與基于低摩擦化合物的外表面的低摩擦/潤(rùn)滑特性的組合提供了低摩擦的滑動(dòng)界面。這種設(shè)計(jì)使公差環(huán)能夠設(shè)計(jì)為與常規(guī)的公差環(huán)可能的情況相比在更高的扭矩水平(用于滑動(dòng)軸承應(yīng)用)上并且在具有更高徑向載荷強(qiáng)度與更低滑動(dòng)力的更寬間隙上操作。這些實(shí)施方案的應(yīng)用包括例如便攜式電子設(shè)備(例如膝上計(jì)算機(jī)和蜂窩電話)的鉸鏈組件。這些應(yīng)用需要在產(chǎn)品的壽命內(nèi)在明確定義的扭矩下提供低的固位力的鉸鏈機(jī)構(gòu)。傳統(tǒng)的軸承確實(shí)提供了低的固位力和明確定義的起始扭矩。然而，通過本發(fā)明，由于彈簧鋼波紋的彈簧調(diào)節(jié)功能與低摩擦層的低磨損相結(jié)合，扭矩值可以在產(chǎn)品的壽命內(nèi)保持相對(duì)恒定。相比之下，傳統(tǒng)的公差環(huán)提供了強(qiáng)的固位力、但是具有高摩擦。這個(gè)書面說明使用了實(shí)例，包括其最佳模式，并且還使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 能夠制造并且使用本發(fā)明。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求書來限定、并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的其他實(shí)例。這樣的其他實(shí)例如果具有與本權(quán)利要求書的文字語言沒有差異的結(jié)構(gòu)要素、或者包括了與本權(quán)利要求書的文字語言具有非實(shí)質(zhì)性差異的等效的結(jié)構(gòu)要素，則預(yù)期它們是位于本權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種組件，包括 具有ー個(gè)孔的ー個(gè)外部部件； ー個(gè)內(nèi)部部件，該內(nèi)部部件被安裝在該外部部件的孔中，使得該內(nèi)部部件與該外部部件相配合并且相對(duì)于該外部部件是可移動(dòng)的； ー個(gè)環(huán)，該環(huán)位于該內(nèi)部部件與該外部部件之間的該孔中，該環(huán)包括 ー個(gè)由金屬材料制成的環(huán)形帶； 在該環(huán)形帶上的ー個(gè)弾性體層；以及 在該環(huán)形帶以及該弾性體層中的至少ー個(gè)上的ー個(gè)低摩擦層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，其中該低摩擦層被層壓到該環(huán)形帶的至少ー側(cè)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，其中該低摩擦層是在該環(huán)形帶上與該弾性體層相反的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，其中該低摩擦層是在該弾性體層上與該環(huán)形帶相反的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，進(jìn)ー步包括一個(gè)粘合劑層或底漆層，該層位于該環(huán)形帶與該弾性體層之間、以及該低摩擦層與該環(huán)形帶和該弾性體層中的所述至少ー個(gè)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，其中該環(huán)形帶是由彈簧鋼制成，并且該低摩擦層包括PTFE。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，其中該低摩擦層被粘接到該環(huán)形帶和該弾性體層之ー上，并且該弾性體層包括以下各項(xiàng)中的ー種丁腈橡膠、烯屬弾性體、聚醚_/聚酷-弾性體、こ烯-丙烯-弾性體、こ烯-丙烯酸橡膠和含氟弾性體材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組件，其中該環(huán)是軸承和公差環(huán)中的ー種。
9.ー種公差環(huán)組件，包括 具有ー個(gè)孔的ー個(gè)外部部件； ー個(gè)內(nèi)部部件，該內(nèi)部部件被安裝在該外部部件的孔中并且具有ー個(gè)外表面，使得該內(nèi)部部件與該外部部件相配合并且相對(duì)于該外部部件是可移動(dòng)的； ー個(gè)公差環(huán)，該公差環(huán)位于該內(nèi)部部件與該外部部件之間的該孔中，該公差環(huán)具有多個(gè)帶有波峰和波谷的波紋，這些波峰和波谷在該外部部件與該內(nèi)部部件之間波動(dòng)并且對(duì)應(yīng)地接觸其孔和內(nèi)表面，該公差環(huán)進(jìn)一歩包括 ー個(gè)由金屬材料制成的環(huán)形帶； 在該環(huán)形帶上的ー個(gè)弾性體層；以及 在該環(huán)形帶以及該弾性體層中的至少ー個(gè)上的ー個(gè)低摩擦層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的公差環(huán)組件，其中該低摩擦層被層壓到該環(huán)形帶的至少ー側(cè)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的公差環(huán)組件，其中該低摩擦層是在該環(huán)形帶上與該弾性體層相反的位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的公差環(huán)組件，其中該低摩擦層是在該弾性體層上與該環(huán)形帶相反的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的公差環(huán)組件，進(jìn)ー步包括一個(gè)粘合劑層或底漆層，該層位于該環(huán)形帶與該弾性體層之間、以及該低摩擦層與該環(huán)形帶和該弾性體層中的所述至少ー個(gè)之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的公差環(huán)組件，其中該環(huán)形帶是由彈簧鋼制成，并且該低摩擦層包括PTFE。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的公差環(huán)組件，其中該低摩擦層被粘接到該環(huán)形帶和該弾性體層之ー上，并且該弾性體層包括以下各項(xiàng)中的ー種丁腈橡膠、烯屬弾性體、聚醚_/聚酷-弾性體、こ烯-丙烯-弾性體、こ烯-丙烯酸橡膠和含氟弾性體材料。
16.—種軸承組件,包括 具有ー個(gè)孔的ー個(gè)外部部件； ー個(gè)內(nèi)部部件，該內(nèi)部部件被安裝在該外部部件的孔中并且具有ー個(gè)外表面，使得該內(nèi)部部件與該外部部件相配合并且相對(duì)于該外部部件是可移動(dòng)的； ー個(gè)軸承，該軸承位于該內(nèi)部部件與該外部部件之間的該孔中，該軸承具有多個(gè)帶有波峰和波谷的波紋，這些波峰和波谷在該外部部件與該內(nèi)部部件之間波動(dòng)并且對(duì)應(yīng)地接觸其孔和內(nèi)表面，該軸承進(jìn)ー步包括 ー個(gè)由金屬材料制成的環(huán)形帶； 在該環(huán)形帶上的ー個(gè)弾性體層；以及 在該環(huán)形帶以及該弾性體層中的至少ー個(gè)上的ー個(gè)低摩擦層；以及在該環(huán)形帶與該彈性體層之間以及在該低摩擦層與該環(huán)形帶和該弾性體層中的所述至少一個(gè)之間的多個(gè)粘ロ ノ ο
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的公差環(huán)組件，其中該低摩擦層被層壓到該環(huán)形帶的至少ー側(cè)上。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的軸承組件，其中該低摩擦層是在該環(huán)形帶上與該弾性體層相反的位置。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的軸承組件，其中該低摩擦層是在該弾性體層上與該環(huán)形帶相反的位置。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的軸承組件，其中該環(huán)形帶是由彈簧鋼制成，并且該低摩擦層包括PTFE。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的軸承組件，其中該弾性體層包括以下各項(xiàng)中的ー種丁腈橡膠、烯屬弾性體、聚醚_/聚酯-弾性體、こ烯-丙烯-弾性體、こ烯-丙烯酸橡膠和含氟弾性體材料。
全文摘要
一種軸承或公差環(huán)具有多個(gè)功能層，這些功能層包括一個(gè)環(huán)形金屬帶和一個(gè)彈性體層。該公差環(huán)還包括一個(gè)低摩擦層，該層粘接到其他層上。
文檔編號(hào)F16C27/06GK102822544SQ201080061689
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者J·哈特曼 申請(qǐng)人:圣戈班性能塑料帕姆普斯有限公司