專利名稱：制造氣體力學(xué)或流體力學(xué)軸承的方法及用這種方法制造的軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體力學(xué)或流體力學(xué)軸承，具有表面彼此相對并具有相互旋轉(zhuǎn)關(guān)系的兩個元件，其中所述表面中的一個上提供有表面結(jié)構(gòu)用于在兩個相互旋轉(zhuǎn)的表面間形成空氣壓力，以便在被迫運動時形成防止兩表面之間發(fā)生物理接觸的(空氣或液體)的潤滑薄膜。
到目前為止，這種表面以希望的槽型通過切割機或化學(xué)蝕刻技術(shù)在基材上直接加工得到。在所討論的表面上切割淺槽和好的槽型的技術(shù)需要用易于切割床或化學(xué)蝕刻工藝加工的材料。這意味著在不可避免地起停過程中表面之間接觸這種結(jié)構(gòu)很容易發(fā)生磨損，例如在槽型到達這樣的旋轉(zhuǎn)速度以致使足夠厚度的潤滑薄膜通過槽向槽型的中心泵送介質(zhì)產(chǎn)生之前，或當(dāng)具有槽型的旋轉(zhuǎn)件降低速度以致泵效果在旋轉(zhuǎn)停止前終止時。
機械切割可能引起要處理的軸承表面的變形，并且在切割過程中不可避免地產(chǎn)生金屬碎片。另一方面化學(xué)蝕刻可能引起化學(xué)侵蝕或當(dāng)環(huán)境處理時同時引起基材的剝蝕。
本發(fā)明的目的在于提供一種所描述類型軸承的制造方法，以簡單和可靠的方式提供一種具有高抗磨性的并且避免了已有技術(shù)中軸承制造的缺陷，該方法由獨立權(quán)利要求1的特征限定。
軸承本發(fā)明還包括一種根據(jù)權(quán)利要求1限定的方法制造的軸承并且這個軸承由由獨立權(quán)利要求5限定。
此后將參照非限定性的實施例和附圖進一步地描述本發(fā)明。


圖1是側(cè)視部分截面圖，表示了一個現(xiàn)有技術(shù)的空氣軸承的上下軸承墊圈。
圖2是圖1軸承的下軸承墊圈上的槽的俯視平面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明制造的下軸承墊圈對應(yīng)于圖1的視圖。
圖4-7是其它軸承型式的簡要視圖，其中軸承元件根據(jù)權(quán)利要求限定的方法制造。
圖8是部分透視圖，以較大的比例表示了如圖4中的槽型的一部分。
圖1以側(cè)視圖和部分截面圖的形式示意性地表示了現(xiàn)有技術(shù)中的空氣軸承的主要元件。已知的空氣軸承包括一下軸承墊圈1和一上軸承墊圈2，上軸承墊圈2可相對于下軸承墊圈1旋轉(zhuǎn)，并且在本例中設(shè)計成帶有平的平滑表面的圓柱形墊圈。固定的一側(cè)向著上軸承墊圈2旋轉(zhuǎn)的下軸承墊圈1是輕微的王冠狀且具有許多大體的螺旋槽3，螺旋槽3通過適合的機械加工或化學(xué)腐蝕方法在墊圈上安置。槽3的形式如圖2所示，圖2是從下軸承墊圈1的上面看的平面視圖，重要的是為了在兩軸承墊圈彼此旋轉(zhuǎn)時達到一個合適的泵效果以形成一空氣或液體(流體軸承中)薄膜，細致地加工凹槽3和分開槽的剩下的材料部分4，凹槽3在螺旋方向上具有不斷變化的寬度。這意味著槽型的加工是一項細心的工作并且由于這個原因墊圈的材料從適于加工的材料組中選擇是常見的。然而這也帶來消極的效果，即槽的邊界材料相當(dāng)軟，在軸承起停的瞬間相對旋轉(zhuǎn)速度不足以形成支撐薄膜將導(dǎo)致快速磨損。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的下軸承墊圈10并且用于如圖1所示的同種類型的空氣軸承，例如軸承的上側(cè)是略微的王冠狀且具有許多螺旋延伸的槽12和中間脊13。下軸承墊圈上槽型的構(gòu)造如平面圖所示與圖2中所示的下軸承墊圈1不同，但根據(jù)圖3的橫截面圖可以看出槽12不是在軸承墊圈的本體材料14上切割或腐蝕得到，而是形成在硬的和抗磨材料的噴層15上，噴層15沉積在墊圈10的基材14上。
用于噴涂的材料可以變化但最好具有高硬度(維式硬度1000HV以上)、低摩擦系數(shù)(μ大約為0.1-0.2)、好的抗磨、抗氧化、抗侵蝕和熱穩(wěn)定性好的性能。
較可取的是金屬混合的金剛石型碳(Me-DLC)這樣一種材料，最好通過物理蒸汽沉積方法沉積在基材上，即真空室中材料汽化，引導(dǎo)蒸汽濃縮在基材表面上?；纳弦褱蕚浜谜趽躞w用于產(chǎn)生希望的槽形，這種技術(shù)同樣應(yīng)用于半導(dǎo)體制造中。噴層的厚度可以從1到幾個微米。
圖3中的例子是一種軸向空氣軸承，并且雖然槽型表示在固定墊圈10上，當(dāng)然也可以位于旋轉(zhuǎn)墊圈上。
圖4-7簡要地表示了軸承的其它形式，其中同樣類型的空氣或液體的泵效果可以以圖3實施例中描述方式由軸承元件中的一個上形成槽得到。
圖4介紹了一種徑向軸承，包括一旋轉(zhuǎn)軸20和一固定套21。為了清楚起見，軸20表示在孔22的外面，但在運行中當(dāng)然位于孔中。套具有帶平滑壁的孔22，軸具有周邊區(qū)域，其上提供噴涂沉積脊23的模型，在它們之問形成許多V形槽24，當(dāng)軸20在孔22中旋轉(zhuǎn)時引起空氣或液體膜的建立。
圖5表示了一種幾乎與圖4中的軸承相同的徑向軸承，但此時軸25是光滑的，而套27上的孔26中提供有同樣的在脊29之間形成的槽型28，為了在基材上形成一較薄的噴層，脊29以合適的方式沉積于孔的內(nèi)周面上形成。
圖6介紹了另一種類型的軸承，其中由軸31支撐的球型體30位于套32中，套32具有大體的半球型開口33用于接收球體30。球體的表面提供有形成在凸起脊35之間的螺旋槽34，脊35通過噴涂在球30的表面上沉積得到。提醒注意的是為了清楚地表明關(guān)系夸大地表示了球30和套32的內(nèi)部之間的間隙，這個間隙實際上只有幾個微米。
圖7表示一種錐形軸承，具有帶錐形部42的軸41，軸41設(shè)置成在套44中的錐形孔43中旋轉(zhuǎn)。在這個例子中，軸41的錐形部42上提供有槽型45，槽45通過適當(dāng)?shù)膰娡考夹g(shù)在軸的錐形部42的光滑表面上得到，光滑表面上形成有位于所述槽之間的凸出的噴涂部分46。
圖8表示了與圖4中槽形相似的部分帶槽表面。這個不完全的視圖以夸大的方式表示了軸承的光滑表面51上具有凸出的噴涂脊52，脊52間隔開以便在它們之間形成希望的槽型53，它最好借助于用于半導(dǎo)體生產(chǎn)的同類遮擋技術(shù)得到。
盡管本發(fā)明用固定軸承元件上帶有螺旋槽的軸向軸承、圖6中的在球形元件上帶槽的部分球形軸承和圖7中的軸的錐形部分帶槽的錐形軸承描述，應(yīng)當(dāng)清楚這樣的槽提供在軸承的其它作用部分也能得到相同的效果。
權(quán)利要求
1．一種空氣動力學(xué)或流體動力學(xué)軸承的制造方法，這種類型的軸具有帶有第一表面的第一元件(10；20；27；30；41；51)和第二元件(2；21；25；32；44)，這些表面是可以移動的，最好在所述第一表面間具有小的間隙使之可彼此相對旋轉(zhuǎn)，并且在彼此相對的表面中的至少一個上具有一槽型(12；23；28；34；45；53)，用于在所述元件的相互運動中在表面之間的介質(zhì)如空氣或液體中產(chǎn)生一個泵效應(yīng)，以便在相互運動中形成防止表面物理接觸的薄膜，其特征在于所述表面上的槽型(12；23；28；34；45；53)通過在表面上涂抹一薄噴層(15)，以在所述槽(12；23；28；34；45；53)之間形成凸出脊(13；24；29；35；46；52)的形式得到。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于涂層(15)通過已知的合適的沉積方法涂覆到表面上。
3．如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于涂層(15)所用材料是比所述元件的基材具有更高硬度和/或更抗磨損的一種材料。
4．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于用于涂層(15)的材料是金屬混合的金剛石型碳(Me-DLC)。
5．一種空氣動力學(xué)或流體動力學(xué)軸承，具有適合相互旋轉(zhuǎn)的兩個元件(2,14；20,21；25,26；30,32；41,44)，在相對的兩表面之一上具有槽型(12；23；28；34；45；53)，用于在所述旋轉(zhuǎn)中形成一種泵效應(yīng)，以便產(chǎn)生防止軸承元件在旋轉(zhuǎn)時物理接觸的介質(zhì)膜，其特征在于槽型(12；23；28；34；45；53)設(shè)置在所說元件的高出基材(14)表面上的脊(13；24；29；35；46；52)之間。
6．如權(quán)利要求5所述的軸承，其特征在于軸承是一種軸向軸承，包括相互面對的第一和第二圓形墊片(2,14)，其中墊片(10)之一具有形成在它的表面上的螺旋槽型(12)，且由固定到墊圈表面上的凸出的脊(13)之間形成的槽(12)構(gòu)成。
7．如權(quán)利要求5所述的軸承，其特征在于軸承是一個徑向軸承，具有帶外周(external envelope)表面的軸(20；25；42)，和帶內(nèi)周表面的孔(22；26；43)的套(21；27；44)，其中所說的周面之一上具有許多凸出的脊(24；29；46)，最好設(shè)置成V形且在它們之間形成槽型(23；28；45)。
8．如權(quán)利要求7所述的軸承，其特征在于軸(42)和套孔(43)的周面都是錐形。
9．如權(quán)利要求5所述的軸承，其特征在于軸承包括一安裝到軸(31)上的部分的球形件(30)，且在一杯形套(32)中圍繞軸的軸線旋轉(zhuǎn)，球形表面和套的內(nèi)表面之一上具有槽型(34)，在所說的球形之一的基材表面和套的內(nèi)表面之間形成，且向外伸出的凸出脊(35)的側(cè)壁在所述表面上通過噴涂技術(shù)形成。
10．如權(quán)利要求5-9之一所述的軸承，其特征在于凸出的脊(13；24；29；35；46；52)由硬的材料形成，具有高的抗磨損性，最好是金屬混合的金剛石型碳(Me-DLC)。
全文摘要
本發(fā)明涉及氣體動力學(xué)或流體動力學(xué)軸承的一種制造方法及這種類型的軸承,這種軸承具有帶有第一表面的第一元件和第二元件(10),表面是可以移動的,最好在所述第一表面間具有小的間隙可彼此相對旋轉(zhuǎn),并且在彼此相對的表面中的至少一個上具有一槽型(12),用于在所述元件的相互運動中通過表面之間的介質(zhì)如空氣或液體產(chǎn)生一個泵效果,以便于在相互運動中形成防止表面物理接觸的薄膜,其特征在于所述表面上的槽型通過在表面上涂抹一薄噴層,以在所述槽(12)之間形成凸出脊(13)的形式得到。
文檔編號F16CGK1307189SQ00135688
公開日2001年8月8日 申請日期2000年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月17日
發(fā)明者漢斯·斯約斯托姆, 伯耶·安德森 申請人:Skf諾瓦股份公司