轴承装置.pdf

一种轴承装置，具有润滑剂浸渍的多孔衬套(9)和由衬套(9)支承的轴(10)。该轴(10)具有形成在突起构成的淬火硬化部分(10a)之间的凹槽(10b)。凹槽(10b)截获从衬套(9)流出的润滑剂。

1、  一种轴承装置，包括：
一用润滑剂浸渍的多孔衬套；
一由衬套支承的轴；
一在面向衬套的内表面的轴外表面上以突起方式形成的淬火硬化部分；和
一形成在淬火硬化部分的各个部分之间并截获从衬套流出的润滑剂的凹槽。

2、  按照权利要求1的轴承装置，其中淬火硬化部分螺旋状地设置在轴的外表面上。

3、  按照权利要求1的轴承装置，其中淬火硬化部分平行于轴的轴线方向以直线形式设置在轴的外表面上。

4、  按照权利要求1的轴承装置，其中淬火硬化部分以多个圆的形式设置在轴的外表面上。

5、  按照权利要求1的轴承装置，其中淬火硬化部分以格栅的形式设置在轴的外表面上。

6、  按照权利要求2的轴承装置，其中淬火硬化部分这样设置在轴的外表面上，即淬火硬化部分在轴的轴线方向上相对轴的大致中心的一侧和淬火硬化部分的另一侧呈反向螺旋的形状。

7、  按照权利要求1至6中任一的轴承装置，其中进一步包括，
在衬套的轴线方向上设置在衬套的两侧上的密封构件，
其中淬火硬化部分设置在面向密封构件的轴的外表面上的位置。

8、  一种设有权利要求1至7中任一的轴承装置的建筑设备，该轴承装置安装在构成一关节臂的臂的联轴节上。

9、  一种轴包括：
一以突出方式形成在轴的外表面上的淬火硬化部分；和
一形成在该淬火硬化部分的各部分之间的凹槽，
其中凹槽截获流出多孔衬套的润滑剂，多孔衬套浸渍有润滑剂并支承该轴。

10、  按照权利要求9的轴，其中淬火硬化部分螺旋形地设置在轴的外表面上。

11、  按照权利要求9的轴，其中淬火硬化部分平行于轴的轴线方向以直线形式设置在轴的外表面上。

12、  按照权利要求9的轴，其中淬火硬化部分以多个圆的形式设置在轴的外表面上。

13、  按照权利要求9的轴，其中淬火硬化部分以格栅的形式设置在轴的外表面上。

14、  按照权利要求10的轴，其中淬火硬化部分这样设置在轴的外表面上，即淬火硬化部分在轴的轴线方向上相对轴的大致中心的一侧和淬火硬化部分的另一侧呈反向螺旋的形状。

轴承装置
技术领域
本发明涉及一种轴承装置，更具体地涉及一种具有用于滑动地支承轴的滑动轴承的轴承装置。
背景技术
液压挖掘机是作为建筑设备的挖掘单元的实例描述的。在该液压挖掘机中，将铲斗连接到臂的顶端上。在使用铲斗的挖掘操作中，铲斗围绕联轴节通过致动一铲斗缸而被旋转或者枢转，在联轴节处铲斗连接到臂上。在铲斗与臂之间的联轴节设有轴承，该轴承通过截获多孔衬套的孔隙中的润滑油形成。润滑油从衬套的内侧流动到与轴的润滑作用相关联的滑动表面上，从而防止轴承发生卡住，卡死，或者磨损，并且还能使得轴的无油滑动作用持续很长的时间。这种轴承已公开在例如JP-A-10-82423中。
JP-A-10-82423公开了一种滑动轴承，其能够通过混合物维持优越的无油滑动状态经历很长的时间，并且其可以有效地应用在低速和高轴承压力下，其中该混合物是由高粘度黑色润滑物质由于在轴与衬套之间发生的机械化学作用形成的，并且润滑油流出衬套。
然而，根据建筑设备更长工作寿命的需求，期望在滑动轴承的功能上有更进一步的改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种轴承装置，即使该轴承装置在承受高的轴承压力的条件下，其也能够维持优越的无油滑动状态很长一段时间，如几年或者多年。
为了实现这个目的，本发明提供如下措施：
(1)、轴承装置包括：一被润滑剂浸渍的多孔衬套；一由衬套支撑的轴；一淬火硬化部分，其以突起的方式形成在面向衬套内表面的轴外表面上；和一个凹槽，其形成在淬火硬化部分的各部分间且截获流出衬套的润滑剂。
(2)、如(1)中所述的轴承装置，其中该淬火硬化部分成螺旋形地设置在轴的外表面上。
(3)、如(1)中所述的轴承装置，其中该淬火硬化部分以平行于轴的轴线方向的直线形式设置在轴的外表面上。
(4)、如(1)中所述的轴承装置，其中该淬火硬化部分以多个圆的形式设置在轴的外表面上。
(5)、如(1)中所述的轴承装置，其中该淬火硬化部分以格栅形式设置在轴的外表面上。
(6)、如(2)中所述的轴承装置，其中该淬火硬化部分这样设置在轴的外表面上，即淬火硬化部分在轴的轴线方向上相对轴的大致中心的一侧和淬火硬化部分的另一侧呈反向螺旋的形状。
(7)、如(1)到(6)中任一所述的轴承装置，进一步包括：在衬套轴线方向上于衬套的两侧上设置的密封构件，其中，淬火硬化部分设置在面向密封构件的轴的外表面上的位置。
(8)、一种设有如(1)到(7)中任一所述的轴承装置的建筑设备，该轴承装置安装到构成关节臂的一臂的联轴节上。
(9)、一种轴包括：一形成在该轴的外表面上呈突出形式的淬火硬化部分；和一形成在淬火硬化部分各部分间的凹槽，其中该凹槽截获流出多孔衬套的润滑剂，该多孔衬套浸渍有润滑剂并支承该轴。
(10)、如(9)中所述的轴，其中该淬火硬化部分成螺旋形地设置在轴的外表面上。
(11)、如(9)中所述的轴，其中该淬火硬化部分以平行于轴的轴线方向的一直线形式设置在轴的外表面上。
(12)、如(9)中所述的轴，其中该淬火硬化部分以多个圆的形式设置在轴的外表面上。
(13)、如(9)中所述的轴，其中该淬火硬化部分以格栅的形式设置在轴地外表面上。
(14)、如(10)中所述的轴，其中该淬火硬化部分这样设置在轴的外表面上，即淬火硬化部分在轴的轴线方向上相对轴的大致中心的一侧和淬火硬化部分的另一侧呈反向螺旋形状。
附图说明
图1是前视图，表示设有本发明实施例的轴承装置的液压挖掘机；
图2是纵剖截面图，显示本发明的轴承装置的实施例；
图3是前视图，显示用于制造构成本发明实施例的轴承装置的轴的装置；
图4是特性曲线图，表明在具有构成本发明实施例轴承装置的螺旋淬火硬化部分的轴、和其整个外表面被感应淬火硬化的轴之间，显现的摩擦系数的变化；
图5是纵剖截面图，显示了本发明轴承装置的另一具体实施例；
图6是纵剖截面图，也显示了本发明轴承装置的另一实施例；
图7是纵剖截面图，依然显示了本发明轴承装置的另一实施例；
图8是纵剖截面图，仍旧显示了本发明轴承装置的另一实施例；
图9是纵剖截面图，也显示了本发明轴承装置的又一实施例；
图10是纵剖截面图，还是显示了本发明轴承装置的另一实施例；和
图11是纵剖截面图，依旧显示了本发明轴承装置的又一实施例。
具体实施方式
下面将参考附图描述与本发明有关的轴承装置和轴的实施例。图1显示了一个设有本发明轴承装置和轴的第一实施例的液压挖掘机。在图1中，参考编号201指示的是液压挖掘机；202指示的是液压挖掘机的移动主体；和203指示的是旋转主体，它以可转动的方式安装在移动主体202上，且具有一旋转框架204。一操作驾驶室205，一机器舱206，一平衡重物207等等都设置在旋转框架204上。参考编号208指示的是一附加在旋转主体203前部的关节臂，该关节臂208包括一安装在旋转主体203旋转框架204上的吊臂209，因此关节臂能够举起；一以可旋转方式安装在该吊臂209一顶端上的臂210；和一可转动地安装在臂210顶端上的挖掘铲斗211。用于驱动该关节臂208和挖掘铲斗211的装置是由安置在旋转框架204与吊臂209之间的吊臂致动缸212所构成的；臂致动缸213安置在吊臂209和臂210之间；铲斗致动缸215借助一连杆214安置在臂210和挖掘铲斗211之间。
在本文中使用的短语“构成关节臂的臂的联轴节”是指位于吊臂209的基端209a和旋转框架204之间的联轴节；位于吊臂209末端的209b和臂件210基端210a之间的联轴节；和位于臂210末端210b和铲斗211之间的联轴节。另外，本文中使用的“构成关节臂的臂的联轴节”的表达词语，是指位于吊臂致动缸212基端部212a和旋转框架204之间的联轴节；位于吊臂致动缸212的活塞杆末端212b和吊臂209之间的联轴节；位于臂致动缸213基端部213a和吊臂209之间的联轴节；位于臂致动缸213的活塞杆末端213b和臂件210之间的联轴节；位于铲斗致动缸215基端部215a和臂210之间的联轴节；和位于铲斗致动缸215的活塞杆末端215b和连杆214之间的联轴节。
图2显示了设有本发明轴承装置的第一实施例的关节臂的联轴节，且此联轴节可被应用到例如安装在臂末端210b上的轴承装置216(图1)。在图2显示的轴承装置中，衬套9安装到轮毂1中。托架6安装在轮毂1的各侧，同时一薄垫片5设置在轮毂1和相应的托架6之间存在的间隙中。O-型环4安装在间隙的外部圆周的周围。轴10贯穿通过位于各侧的托架6和衬套9。借助一穿过轴10和托架6之一的转动锁止栓8，该轴10被固定(稳固的)。油隔离组件12设置在衬套9各端部上，同时，防尘密封件3压配合在轮毂1和轴10之间，因此使得油隔离组件12与衬套9相接触。
衬套9整体是由多孔复合烧结合金构成的，其中多孔复合烧结金属是由包括铜粉末和铁粉末的粉末制造的。衬套9整体也可以由包括铜和铝的合金构成。衬套9也可以设置包括铜和铁的多孔烧结层，铜和铁安置在基础材料(称之为“基底金属”)例如铁的内部表面上，或者设置包括铜和铝的多孔烧结层，铜和铝安置在该基础材料例如铁的内表面上。
要求衬套9具有强度和抗磨损性，因此最好由包括马氏体结构的多孔铁-基烧结合金构成。特别是，衬套9更优选地是由把铜以现货方式分散在铁-碳-基合金的基础材料中形成的合金制造。衬套9包括分散在硬铁-碳-基合金的基础材料中的铜，铜材是柔软的并对该轴具有高度适应性，而合金是由少数几个元素构成，因此表现出优越的耐久性。铜的含量更适宜在8wt.％到25wt.％范围之间。如果存在于滑动表面上的铜量低，则硬铁-碳-基合金的特性就会变成主导地位并且容易使轴遭受到磨损。相反，如果铜的含量过度高，则轴10要在高的轴承压力下进行滑动，从而使得铜变形，或者使得轴10表面的小孔封闭，因此可能造成轴的磨损。
作为优选的是，多孔铁-基烧结合金的小孔率越高，则油-支承容量越高，但是衬套密度则较低了，其结果是降低了强度和影响抗磨损性。所以，小孔率适宜在15到28％范围之间。当铜的含量是25wt.％且小孔率是28％时，多孔铁-基烧结合金的密度为5.8g/cm³。
在硬化后，由多孔铁-基烧结合金构成的衬套9内圆周表面由润滑剂浸渍，并且用机床切割，为的是在轴向上最好构成一个粗糙的切割表面。在衬套9的内圆周表面上形成一密集层，其小孔通过切割而减少并具有10到60μm的深度。在密集层表面上开口的小孔数量最好在从1到10的面积百分比范围内。另外，在粗糙(表面)的尖顶高度到其底部之间的高度差优选在2到12.5μm范围内，而且，更优选是5μm左右。当轴10在衬套9内滑动时，润滑剂的压力(也就是油膜的强度)是高的，因为在衬套9的内圆周表面上裸露的小孔数量比较少。可是，高的径向负载是由施加在衬套9的内圆周表面上高的轴承压力造成的，于是衬套9的内圆周表面逐渐磨损。与磨损进程相关联，设置在衬套9内圆周表面上的密集层被消除，所以使大量小孔在滑动表面上裸露出来。因为滑动作用使得衬套9的温度增加了，同时大量润滑剂也由于热膨胀的差异而从小孔提供出来。
例如，那些具有220到1000cst的粘度或者40左右的润滑剂或者蜡-状半-固态润滑剂可用于浸渍多孔衬套9的润滑剂。这样被浸渍的润滑剂的膨胀大于金属的膨胀，该金属是衬套9的基础材料，这是因为与滑动作用相关联的衬套9的温度升高并且提供到滑动表面上。
当多孔衬套被高粘度的润滑剂浸渍时，润滑剂被加热成液化因此具有低粘度级别，且衬套浸入在这种液化的润滑剂中并且静止地停留在真空环境中。结果，收集在衬套小孔中的空气就溢出，并且液态润滑剂被吸入到衬套的孔中以代替空气。当衬套置入在空气中并停留和冷却到室温时，此液化润滑剂就在衬套的小孔中恢复到其最初高粘度的润滑剂，于是失去了液体性。因此，该高粘度润滑剂可保存在衬套的小孔中。举例来说，当具有460cst的粘度的润滑剂被加热到60到80，并且衬套被浸入到处在2×10^-2mmHg真空中的润滑剂时，衬套的小孔则在一小时左右的时间里变得饱和。
从轴10的外圆周表面上突出的螺旋状淬火硬化部分10a和形成在这些螺旋状淬火硬化部分10a之间的凹槽部分10b，都在与衬套9内周表面相对的外圆周表面上构成。淬火硬化部分10a的成型将在以后描述。凹槽部分10b具有截获流出衬套9的润滑剂的功能。轴10由在JIS(日本工业标准)中描述的S45C构成。
图3显示通过激光发射或者电子束发射来制造轴10的装置。在图3中，轴10的一端部，它是一要被机加工的物料，被夹紧机构30所支撑。夹紧机构30被支架31所支撑。一个支架31设有一马达34，用于转动该夹紧机构30。轴10的另一端部通过一定中心构件33支撑。该定中心构件33被另一个支架31所支撑。轴10，夹紧机构30，和定中心构件33围绕一共同的轴转动。两个支架31固定在一XY工作台32上且能够通过如NC机的控制器在X-Y的方向上改变轴10的位置，该轴是被加工的物件。
参考编号35指示的是一能量束如激光或者电子束。该能量束35发射在轴10上，其通过在例如垂直方向上的马达34以不变的圆周速度转动。在能量束35连续地照射同时，能量束35在轴10的轴向方向上移动，因此使得螺旋形淬火硬化部分10a形成在轴10上。支撑着轴10的XY工作台32也可以在轴10的纵向方向上移动。
淬火硬化部分10a通过能量束35的照射或者感应淬火就以螺旋型式形成在轴25的外圆周上。淬火硬化部分10a在加热和冷却的操作过程中要经受马氏体的膨胀，并且在输出功率为1000W条件下进行激光照射，淬火硬化部分10a大约突出10μm。由于形成在轴10突起的淬火硬化部分10a，在淬火硬化部分10a的这些部分之间的间隔就构成了凹槽10b。
当通过将在其上形成有螺旋形淬火硬化部分10a的轴10、和被润滑剂浸渍的多孔衬套9相组合构成的轴承装置，应用在高轴承压力和低的滑动速度时，如同在图1中显示的轴承装置216的情况，高的轴承压力就开始与滑动同时作用在多孔衬套9和轴10上，并且用于浸渍多孔衬套9的润滑剂就流到该滑动表面上，即多孔衬套的内表面上。润滑剂流入并聚集在凹槽10b中。因此，改进了润滑剂的保持特性，同时还能试图改进防卡滞特性和延长轴承装置的寿命。然而，形成在轴10上类似凸起的淬火硬化部分10a能够局部地增加施加在多孔衬套9上的轴承压力，依此，用于浸渍多孔衬套9的润滑剂就能够被有效地收回。施加在淬火硬化部分10a上的和施加在多孔衬套9上的轴承压力增加了，但是，由于压力效应，存在于滑动表面上的润滑剂的绝对数量也增加了，因此，可很稳定地提供润滑剂。
图4显示了验证这一效果的实际测量的数据。在图4中所示的特性曲线45表明，当整个滑动表面被感应-淬火的轴相对润滑剂浸渍的多孔衬套滑动在恒定的轴承压力下时，所获得的摩擦系数相对测试时间的变化。特性曲线46显示当通过激光照射被螺旋硬化过的轴相对润滑剂-浸渍的多孔衬套在恒定的轴承压力下滑动时，获得的摩擦系数相对测试时间的变化。从这些特性曲线明显地看出，当使用其整个滑动表面被感应-淬火的轴所获得的特性曲线45则随着时间的推移发生很大地变化，而通过激光照射被螺旋感应淬火过的轴所获得的特性曲线46非常稳定且处在一个低水平上。一般而言，摩擦粉末是由于在滑动开始之后立即发生的初始磨损引起的，但是，使用该多孔衬套9和螺旋激光硬化的轴10则能使得通过初始的磨损操作产生的摩擦粉末的总量下降。
在施加到建筑设备上的高轴承压力的滑动条件下，当形成在轴10上的淬火硬化部分10a的表面硬度假设为小于550Hv时，该突起的部分则不能抵抗轴承压力且被磨损，于是，凹槽10b将消失并且行使一集油槽作用。所以，该淬火硬化部分10a的表面硬度必须增加到至少Hv550或者更高，为此，一种碳含量0.35wt.％或更高的钢材料用作轴10的原材料，其在硬化过程中会影响硬度。
当在轴10的滑动表面上的淬火硬化部分10a-此表面对着多孔衬套9的内圆周表面-上的面积百分比，减少到20％或者更少时，该施加在淬火硬化部分10a和施加在多孔衬套9上的轴承压力可以变得过高，因此导致单一侧的磨损。当淬火硬化部分10a在滑动表面上的面积百分比增加到80％或者更高时，集油槽的容积变得较小，因此保持润滑剂的功能和防止卡滞的特性变得恶化了。所以，淬火硬化部分10a的面积百分比最好在从20到80％范围之间。特别地，当淬火硬化部分10a的面积百分比是50％或者更高时，多孔衬套9被充分地加热，结果使润滑剂变得更加容易地流到由多孔衬套9和轴10构成的滑动平面上。
为了构成本发明轴承装置在轴的外表面上形成的淬火硬化部分的形状，不限制上述的螺旋形状，而且，如在图5中所示的轴50的情况中那样，淬火硬化部分50a可以平行于轴的轴线以直线型式形成在轴50的外表面上，而且凹槽50b可形成在淬火硬化部分50a的这些部分之间。
如图6中显示的轴60的情况，多个淬火硬化部分60a以多个圆的型式形成在轴60的外表面上。淬火硬化部分50a，60a也可以通过使用如图3中所示的加工装置制造。淬火硬化部分50a，60a在图5和6中分别描述的轴50，60的滑动表面上的面积百分比，优选在20到80％的范围之间，更加优选在50到80％之间，这是基于前面提及的同样理由。
当上述的轴承装置作为轴承使用，例如该轴承是可在建筑设备中见到的转动的关节臂的轴承，由多孔衬套9流出的润滑剂可以移动到轴承装置的一个端部，这是因为转动作用的离心力或者由于液压挖掘机201的倾斜导致的该轴承装置倾斜的原因。由于这个原因，如图7所示，淬火硬化部分70a制成格栅或网格形式，依此减少从多孔衬套9流出的润滑剂之不平衡的发生。淬火硬化部分70a也可以制成网眼的型式，以便相对轴70的轴线倾斜地切割(横过)轴70。
如图8中所示，淬火硬化部分80a可由螺旋形淬火硬化部分和形成在淬火硬化部分的各部分之间的圆形-淬火硬化部分所构成。这个实施例也能够提供与先前所述的相同的效果。
如图9中所示，淬火硬化部分90a可由与轴90轴线平行的淬火硬化部分和形成在淬火硬化部分各个部分间的圆形-淬火硬化部分构成。这个实施例也能够提供与先前所述相同的效果。
此外，如图10中所示，淬火硬化部分100a可这样构成，即，该淬火硬化部分的相对轴100大致中心的一侧，和淬火硬化部分的另一侧呈反向螺旋形式的结构形式。这个实施例也能够减少轴承装置中润滑剂的不平衡度。
淬火硬化部分在从图7到10所描述的轴70，80，90，和100的各自滑动表面上的面积百分比，优选在20到80％范围之间，更优选在50到80％之间，这出于先前提到的同样的原因。
如图11中所示，突出淬火硬化部分110c可以通过激光照射，电子束照射，或者感应淬火硬化设置在与油隔离构件12对置的轴110的外表面上，而该构件12被压配合在衬套9的两侧中。按照本实施例，使得在油隔离构件12和轴110之间形成的接触轴承压力变得均衡，因而防止了油的泄漏和轴的磨损，这些泄漏和磨损还可能当油隔离构件12咬住砂石时引起。这种淬火硬化部分110c可应用到那些具有象在图5到10中所示的淬火硬化部分的轴上。淬火硬化部分110c的形状不限制于图11所示的一单环上，而可以是多个环或者另外的形状。此外，淬火硬化部分110c可设置在对着防尘密封件3的位置上，该密封3设在轴的表面上。
轴承装置的寿命可通过将润滑剂如润滑脂或者蜡状物提供到滑动表面上而增加，该滑动表面由具有如图5至11所示型式的淬火硬化部分的轴以及润滑剂-浸渍的衬套所构成。
工业实用性
如上所述，本发明的轴承装置可以使轴在高的轴承压力运作条件下无油滑动很长的一段时间，因此可增大使用该轴承装置的机械寿命。
此外，当本发明的轴组合了润滑剂-浸渍的多孔衬套时，还将进一步地改善多孔衬套的功能。
虽然已经参考具体的实例作了详细地描述，但本发明在没有脱离本发明的构思和保护范围情况下仍可以作出各种修改和变型。