专利名称：法兰轴衬及其制造方法
技术领域：
本发明一般涉及法兰轴衬及其制造方法。具体来说，本发明涉及具有外翻和内翻的径向法兰的大致圆柱形的法兰轴衬及其制造方法。
背景技术：
法兰轴衬也称为“法兰轴承”、“法兰轴承轴衬”、“圆柱形轴承轴衬”以及“内衬套筒”，通常用来支承一轴或其它结构，例如，设置在一外壳或其它结构的开口中。法兰轴衬通常大致为圆柱形，并具有一由诸如钢材那样能够承受预定载荷的材料制成的外部以及一由诸如聚合物或其它金属之类的轴承材料制成的内部。圆柱形体可操作地支承预定的横向载荷，而径向法兰可操作地支承预定的轴向载荷。大多数传统的法兰轴衬包括一外翻的径向法兰，然而，根据要求的用途也可使用内翻的(in-turned)径向法兰。
根据要求的用途，也可较佳地将径向法兰的尺寸最大化。例如，在内燃机(ICE)滑轮阻尼器的应用中就是这种情形。对于一给定的轴向载荷，径向法兰尺寸的增加可增加径向法兰与外壳或其它结构接触的表面面积，并减小作用在径向法兰材料上的表面压力，由此，延长法兰轴衬的寿命。传统的法兰轴衬的设计及其制造方法通常限制法兰轴衬的尺寸和接触表面面积。
用于法兰轴衬制造的传统方法还受到另一些限制。例如，一用于法兰轴衬制造的传统方法包括将一垫圈焊接在轧制的套筒上，以形成径向法兰。然而，这种方法不能有效地利用径向法兰并造成不理想的浪费。同样地，制造法兰轴衬的另一传统方法具有一内翻的径向法兰，它造成径向法兰接触表面的起皱。
因此，所要求的是法兰轴衬及其制造方法，该法兰轴衬包括各种尺寸和接触表面面积的无皱折的径向法兰，有效地利用径向法兰材料，并使浪费最少。
本发明的简单概要有利的是，本发明的实施例提供法兰轴衬及其制造方法，该法兰轴衬包括各种尺寸和接触表面积的无皱折的径向法兰，有效地利用径向法兰材料，并使浪费最少。
在本发明的一实施例中，一法兰轴衬包括一大致圆柱形体部分；一与大致圆柱形体部分一体形成的径向法兰部分；以及，一设置在大致圆柱形体部分和径向法兰部分的表面内的底切区域(undercut region)，其中，底切区域可操作地减小存在于大致圆柱形体部分和径向法兰部分的表面内的应力。
在本发明的另一实施例中，一种用于制造法兰轴衬的方法包括提供大致圆柱形体部分；底切设置在大致圆柱形体部分的表面内的一区域；以及，弯曲大致圆柱形体部分的一端部以形成一径向法兰部分，其中，形成的弯头与底切的区域相吻合，由此，减小了存在于大致圆柱形体部分和径向法兰部分的表面内的应力。
在本发明的还有一实施例中，法兰轴衬包括一大致圆柱形体部分和一对固定地连接在大致圆柱形体部分上的大致半圆形件，其中，该对大致半圆形件形成法兰轴衬的一径向法兰部分。
在本发明的还有一实施例中，制造法兰轴衬的方法包括提供一大致圆柱形体部分；提供多个大致半圆形件；以及，将多个大致半圆形件固定连接到大致圆柱形体部分，其中，多个大致半圆形件形成法兰轴衬的径向法兰部分。
在本发明的还有一实施例中，制造法兰轴衬的方法包括提供一大致圆柱形结构，其中，该大致圆柱形结构包括一端部；将大致圆柱形结构的端部弯曲约45°；以及，将大致圆柱形结构的端部弯曲约90°，其中，大致圆柱形结构的弯曲端部形成法兰轴衬的一径向的法兰部分。可选择的做法是，该方法还可包括将大致圆柱形结构的端部弯曲超过约90°，并允许将大致圆柱形结构的端部返回约90°，其中，大致圆柱形结构的弯曲端部形成轴衬的一径向法兰部分。
在本发明的还有一实施例中，制造法兰轴衬的方法包括提供一平的带形轴承材料；将平的带形轴承材料的一边缘弯曲约90°，并轧制平的带形轴承材料成为大致圆柱结构，这样，弯曲边缘形成一径向的法兰部分。可选择的做法是，该方法还可包括将一槽纳入到平的带形轴承材料内，该槽与平的带形轴承材料的边缘的弯曲区域相吻合；切割多个分段部分到平的带形轴承材料的边缘；以及，焊接邻近的分段部分的边缘。
附图的简要说明
图1是包括外翻或内翻径向法兰的传统的法兰轴衬的截面图；图2是本发明的法兰轴衬的一实施例的截面图，其包括一位于大致圆柱形结构的外翻或内翻部分的底切区域；图3是本发明的法兰轴衬的另一实施例的立体图，其包括多个固定地连接或焊接到大致圆柱形结构的大致半圆形件，形成一外翻(out-turned)或内翻径向法兰；图4是形成本发明的法兰轴衬的方法的一实施例的示意图，其包括从合适的径向法兰形成材料中冲压出多个大致半圆形件；图5是用来在本发明的一内翻的法兰轴衬(in-turned flanged bush)上形成一内翻的径向法兰的两步工艺(two-step process)的一实施例的示意图；图6是用来在本发明的一内翻的法兰轴衬上形成一内翻的径向法兰的三步工艺(three-step process)的一实施例的示意图；图7是本发明的一内翻的法兰轴衬的一实施例的截面图，其包括一进入到一内翻径向法兰的内径向区域内的槽；图8是形成本发明的一内翻法兰轴衬的一工艺的一实施例的示意图，其包括适合用来形成内翻法兰轴衬的带形材料，所述轴衬具有包括多个分段部分的分段边缘；以及图9是形成本发明的一内翻法兰轴衬的一工艺的一实施例的示意图，其包括提供一平的带形轴承材料弯曲带形轴承材料的一边缘以及，轧制轴承材料成为大致圆柱形法兰轴衬，以使弯曲的边缘形成一内翻的径向法兰。
本发明的详细描述参照图1，一传统的法兰轴衬10包括一背衬12和一覆盖层或镶衬14。例如，背衬12可由钢、黄铜或青铜制成，而覆盖层14可由聚合物、铝或其它金属制成。聚合物可渗透入多孔的金属基体中，多孔的金属基体承载在钢背衬12上。多孔的金属基体可烧结或喷涂在钢背衬12上。背衬12和覆盖层14形成一具有一外部和一内部的大致的圆柱形结构。法兰轴衬10支承一轴或其它结构(未示出)，并设置在例如外壳或其它结构(未示出)的开口上。轴衬10还包括一大致圆盘形径向法兰16，该发兰或径向向外或径向向内地从大致的圆柱形结构延伸。大致圆柱形结构的外部能够承受预定的载荷。具体来说，大致圆柱形结构可操作地支承一预定的横向载荷，且径向法兰16可操作地支承一预定的轴向载荷。径向法兰16包括一与外壳或其它结构接触的第一接触表面18(它可定位在径向法兰16的任一侧)。
参照图2，在本发明的一实施例中，轴衬20包括一定位在大致圆柱形结构的外部或内部上的底切区域22。较佳地，底切区域22定位在具有聚合物覆盖层14的部分中。底切区域22减小在聚合物覆盖层14内以及可选择地在钢背衬12表面内的应力，并且在大致圆柱形结构和径向法兰16之间提供一过渡区域。从功能上来说，底切区域22提供一大于第一接触表面区域18(图1)的第二接触表面区域24。有利的是，当其接触外壳和其它结构时，接触表面积的增加减小了作用在径向法兰材料上的表面压力，从而提高轴衬20的寿命。事实上，底切区域22形成分离的和基本上独立的圆柱形结构和径向法兰接触表面26和28。底切区域22可具有一大致的梯形、矩形或其它的横截面形状。例如，底切区域22可具有一梯形横截面形状，其边与垂直线夹大约30°角。
参照图3，在本发明的另一实施例中，一轴衬30包括多个大致半圆形件32(其中示出两个大致半圆形件32)。这些大致半圆形件32可由钢或其它金属制成，并固定地连接或焊接到大致圆柱形结构34上，以形成或外翻或内翻的径向法兰(其中示出一内翻的径向法兰36)。
参照图4，在本发明的又一实施例中，多个大致半圆形件32由一合适的径向法兰成型材料(例如，钢或其它金属)板38冲切出。多个大致半圆形件32通过激光或电子束焊接技术固定连接到大致圆柱形结构34上。对于本技术领域内的技术人员来说，显然，与完全的环带相比，使用多个大致半圆形件32来形成径向法兰36使可更为有效地利用合适的径向法兰成型材料板38，使浪费较少。有利的是，通过该方法形成的径向法兰36的尺寸原则上没有限制。
再次参照图3，大致圆柱形结构34可以是卷成有裂缝的轴衬，其有一轴向对齐的裂缝40。可选择的做法是，轴向对齐的裂缝40可与形成在多个大致半圆形件32之间的间隙42相吻合，当设置在外壳或其它结构时，这便于卷成有裂缝的轴衬呈现可塑性。
参照图5，在本发明的另一实施例中，一内翻的法兰轴衬48通过下列方法形成，即，向内弯曲大致圆柱形结构的端部以形成一内翻的径向法兰46。较佳地，该弯曲工艺在多个步骤中实现。首先，大致圆柱形结构44的端部向内弯曲大约45°。其次，大致圆柱形结构44的端部向内弯曲大约90°。有利的是，该弯曲过程不要求焊接技术来形成内翻的径向法兰46。
参照图6，在本发明的另一实施例中，一内翻的法兰轴衬48通过下列方法形成，即，向内弯曲大致圆柱形结构的端部以形成一内翻的径向法兰46。再者，该弯曲过程在多个步骤中实现。首先，大致圆柱形结构44的端部向内弯曲大约45°。其次，大致圆柱形结构44的端部向内弯曲大约90°。第三，内翻的径向法兰46，在移去弯曲工具后，通过大致圆柱形结构44和内翻径向法兰46的材料的弹性，使返回大约90°。再者，该弯曲过程不要求焊接技术来形成内翻的径向法兰46。
有利的是，上述过程特别适合在具有相对大的外直径的内翻的法兰轴衬上形成一内翻的径向法兰。内翻法兰轴衬的外直径越大，形成没有起皱的内翻径向法兰越容易。例如，通过上述工艺，可没有起皱地形成1毫米厚、外直径约为105毫米且内翻径向法兰直径约90毫米的内翻法兰轴衬。
参照图7，在本发明的又一实施例中，一槽50可包括在内翻径向法兰46的内半径区域内。当内翻径向法兰46形成在相对厚的大致圆柱形结构44上时，这种结构最为有利。例如，一槽50可应用于具有厚度大于2毫米的大致圆柱形结构44。有利的是，槽50从内翻径向法兰46的内半径区域中除去材料，这样，便于弯曲和减少起皱。
如上所述，大致圆柱形结构44和内翻径向法兰46可包括一钢背衬12和一聚合物覆盖层14。槽50可包括在聚合物覆盖层14内，以及可选择的做法是，在钢背衬12内。较佳地，槽50具有一大致的梯形，然而，也可采用其它合适的形状。
参照图8，在本发明的另一实施例中，一适合于形成内翻法兰轴衬52的带形材料具有分段的边缘，其包括多个分段的部分54。适于用来形成内翻法兰轴衬52的带形材料被切割成合适尺寸的坯料，例如，采用传统的工艺，将坯料轧制或卷成内翻的法兰轴衬58。然后，利用上述的工艺将内翻的法兰轴衬58的分段的端部形成内翻的径向法兰56。多个分段的部分54对内翻的径向法兰56的表面提供减少的起皱。可选择的是，相邻的分段部分54的边缘可采用激光或电子束焊接技术进行焊接，以提供刚度增加的内翻的径向法兰56。分段部分的形状、角度和数量可根据内翻的法兰轴衬58的直径等进行选择。
参照图9，在本发明的另一实施例中，一用来制造内翻的法兰轴衬的工艺包括提供一平的带形轴承材料60；将带形轴承材料的一边缘62弯曲约90度；以及，将带形的轴承材料轧制成大致圆柱形的法兰轴衬，这样，被弯曲的边缘62形成一内翻的径向法兰。较佳地，带形的轴承材料是一从一连续的带形或板形的轴承材料上经过修剪的坯料。可选择的是，如上所述，带形轴承材料60可在形成内翻径向法兰的内半径的区域内设置有一槽。可选择的是，带形的轴承材料还可在弯曲前或弯曲后，沿边缘62设置有多个切口，如上所述，在形成法兰的过程中，可最大程度地减少在内翻的径向法兰的表面上起皱。
通过一对相向转动的辊子64和66使带形轴承材料60前进，从而形成内翻的径向法兰。其中一个辊子64的直径比另一个辊子66的直径大。较佳地，这种工艺不要求任何的焊接。
尽管对本发明的法兰轴衬及其制造方法参照优选的实施例及其实例进行了描述和图示，但也可采用其它的实施例和实例。例如，形成的法兰轴衬可以是卷成的轴衬、轧制的轴衬或深度拉伸的轴衬。同样地，法兰轴衬可具有外翻或内翻的径向法兰。此外，法兰轴衬可在内或外直径表面上具有一聚合物覆盖层。下列的权利要求书旨在涵盖所有这样的等价物。
权利要求
1.一法兰轴衬，它包括一大致的圆柱形本体部分；一径向法兰部分，它与大致的圆柱形本体部分一体地形成；以及一底切区域，它设置在大致的圆柱形本体部分和径向法兰部分的一表面内，其中，底切区域可操作地减小存在于大致的圆柱形本体部分和径向法兰部分的表面内的应力。
2.如权利要求1所述的法兰轴衬，其特征在于，径向法兰部分从大致的圆柱形本体部分沿径向向外延伸。
3.如权利要求1所述的法兰轴衬，其特征在于，径向法兰部分从大致的圆柱形本体部分沿径向向内延伸。
4.如权利要求1所述的法兰轴衬，其特征在于，底切区域设置在大致的圆柱形本体部分和径向法兰部分之间的过渡区域的表面内。
5.如权利要求1所述的法兰轴衬，其特征在于，底切区域包括一大致的梯形形状。
6.如权利要求1所述的法兰轴衬，其特征在于，大致的圆柱形本体部分和径向法兰部分包括一相对结实的背衬层和一轴承覆盖/内衬层。
7.一用来制造法兰轴衬的方法，该方法包括提供一大致的圆柱形本体部分；底切一区域，该区域设置在大致的圆柱形本体部分的一表面内；以及弯曲大致的圆柱形本体部分的一端部，以形成一径向法兰部分，其中，形成的弯头与底切区域相吻合，由此，减小存在于大致的圆柱形本体部分和径向法兰部分的表面内的应力。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，弯曲大致的圆柱形本体部分的一端部以形成一径向法兰部分，该弯曲包括径向向外弯曲大致的圆柱形本体部分的一端部以形成一外翻的径向法兰部分。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，弯曲大致的圆柱形本体部分的一端部以形成一径向法兰部分，该弯曲包括径向向内弯曲大致的圆柱形本体部分的一端部以形成一内翻的径向法兰部分。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，底切区域包括一大致的梯形形状。
11.一法兰轴衬，其包括一大致的圆柱形本体部分；以及一对大致半圆形件，它固定地连接到大致的圆柱形本体部分，其中，成对的大致半圆形件形成法兰轴衬的一径向法兰部分。
12.如权利要求11所述的法兰轴衬，其特征在于，径向法兰部分从大致的圆柱形本体部分沿径向向外延伸。
13.如权利要求11所述的法兰轴衬，其特征在于，径向法兰部分从大致的圆柱形本体部分沿径向向内延伸。
14.如权利要求11所述的法兰轴衬，其特征在于，大致的圆柱形本体部分包括一轴向对齐的裂缝。
15.如权利要求14所述的法兰轴衬，其特征在于，轴向对齐的裂缝与形成在成对的大致半圆形件之间的一间隙相吻合，当设置在外壳上时，这便于法兰轴衬呈现可塑性。
16.如权利要求11所述的法兰轴衬，其特征在于，大致的圆柱形本体部分和径向法兰部分包括一相对结实的背衬层和一轴衬覆盖/内衬层。
17.一种用来制造法兰轴衬的方法，该方法包括提供一大致的圆柱形本体部分；提供多个大致半圆形件；以及将多个大致半圆形件固定地连接到大致的圆柱形本体部分，其中，多个大致半圆形件形成法兰轴衬的径向法兰部分。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，径向法兰部分从大致的圆柱形本体部分沿径向向外延伸。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，径向法兰部分从大致的圆柱形本体部分沿径向向内延伸。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，大致的圆柱形本体部分包括一轴向对齐的裂缝。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括制作与形成在多个大致半圆形件之间的间隙相吻合的轴向对齐的裂缝，当设置在外壳上时，这便于法兰轴衬呈现可塑性。
22.如权利要求17所述的方法，其特征在于，将多个大致半圆形件固定地连接到大致的圆柱形本体部分，该连接包括将多个大致半圆形件焊接到大致的圆柱形本体部分。
23.一制造法兰轴衬的方法，其包括提供一大致圆柱形结构，其中，大致圆柱形结构包括一端部；弯曲大致圆柱形结构的一端部约45°；以及弯曲大致圆柱形结构的一端部约90°，其中，大致圆柱形结构的弯曲的端部形成轴衬的径向法兰部分。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括弯曲大致圆柱形结构的一端部约90°，并允许大致圆柱形结构的一端部返回约90°，其中，大致圆柱形结构的弯曲的端部形成法兰轴衬的径向法兰部分。
25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，径向法兰部分从大致圆柱形结构沿径向向外延伸。
26.如权利要求23所述的方法，其特征在于，径向法兰部分从大致圆柱形结构沿径向向内延伸。
27.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括容纳在大致圆柱形结构的表面内的一槽，该槽与大致圆柱形结构的端部的弯曲区域相吻合。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，槽包括一大致梯形的形状。
29.如权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括在大致圆柱形结构的端部切割多个分段的部分。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，还包括焊接邻接于分段部分的边缘。
31.一种制造法兰轴衬的方法，其包括提供一平的带形轴承材料；弯曲该平的带形轴承材料的一边缘约90°；以及将平的带形轴承材料轧制成一大致圆柱形结构，这样，弯曲边缘形成一径向法兰部分。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，径向法兰部分从大致圆柱形结构沿径向向外延伸。
33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，径向法兰部分从大致圆柱形结构沿径向向内延伸。
34.如权利要求31所述的方法，其特征在于，还包括容纳在平的带形轴承材料的一表面内的一槽，槽与平的带形轴承材料的边缘的弯曲区域相吻合。
35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，槽包括一大致梯形的形状。
36.如权利要求31所述的方法，其特征在于，还包括在平的带形轴承材料上切割多个分段的部分。
37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，还包括焊接邻接于分段部分的边缘。
全文摘要
本发明提供一法兰轴衬，其包括一大致的圆柱形本体部分、一径向法兰部分(16)以及一设置在本体部分(12)和法兰部分的一表面内的底切区域(22)，其中，底切区域可操作地减小存在于本体部分和法兰部分的表面内的应力。本发明还提供一法兰轴衬，其包括一大致的圆柱形本体部分以及一对大致半圆形件，其中，成对的半圆形件形成法兰轴衬的一径向法兰部分。本发明还提供一种制造法兰轴衬的方法，其包括提供大致圆柱形结构、弯曲该结构的一端部45°以及弯曲该端部90°。该方法还包括弯曲该结构的端部过90°，并允许该端部返回到90°。
文档编号F16C33/04GK1494638SQ02805522
公开日2004年5月5日 申请日期2002年2月22日 优先权日2001年2月24日
发明者J·切克凯特斯, B·福迈克斯, M·弗尼, J 切克凯特斯, 蹩怂 申请人:格雷西尔加洛克轴承股份有限公司