专利名称：轴承材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及轴承材料，尤其是，本发明涉及用于轴颈轴承的抗摩擦材料。
背景技术：
轴颈轴承被用作旋转部件的结构支撑。流体动压轴承利用轴颈销和轴衬之间的液体润滑剂薄膜。在通常的结构中，轴颈销由相对硬的、无润滑材料制成。轴衬，或至少其上的一个表层由较柔性、更润滑的轴承材料制成。这种轴承材料的优越性能包括润滑性、高导热性和疲劳强度的合适结合。即使在流体动压轴承中，也希望有润滑性，用以增大液体润滑剂和解决引起液体润滑剂局部或整体损失的非正常情形。普通的金属轴颈轴承材料包括锡、铅、铝、银和铜的合金或其它化合物。特别应用是用于涡轮风扇发动机的风机传动齿轮装置中的行星齿轮的轴颈轴承。在该应用中，典型的轴承材料利用铜作为基本成分，铅作为固体润滑剂。典型的铅浓度为21～30重量％。典型的制造技术包括铜和铅的共淀积，以形成带有嵌入铅颗粒的铜基材。也可以使用其它材料。例如，在美国专利6588934中披露的一种铜-银化合物。
然而，现有技术仍然存在改善的空间。
发明内容
本发明的一方面涉及一种轴颈轴承装置。该装置包括轴衬和该轴衬内的轴颈销。轴衬和轴颈销中的至少一个具有带配合长度的配合面，其包括基材和固体润滑剂。该固体润滑剂的浓度沿配合长度变化。
在各种实施形式中，靠近配合长度的端部的浓度可能比中间部分的浓度高。浓度沿所述配合长度可以以最大值的至少50％变化。基材包括施加到底层上的涂层。基材可以包括铜基材料，固体润滑剂可以包括金属。该固体润滑剂金属可以包括铅。靠近配合长度第一和第二端的第一和第二位置上的浓度可以高于30％，第一和第二位置之间的第三位置上的浓度可以高于10～30％。在配合长度20％的第一和第二端内的第一和第二位置上的浓度可以高于35％，该配合长度50％的大部分中间部的浓度高于10～30％。该装置可以支撑在扇涡轮传动中的齿轮。
本发明的另一方面涉及一种流体动压轴承设备，包括轴衬、轴颈销和用于在润滑剂损失后提供延长作用的装置。在各种实施中，该装置可以包括在铜基体中纵向变化的铅浓度。
本发明的另一方面涉及一种制备用于动压轴承内衬的方法。沿内衬施加固体润滑剂，该固体润滑剂按照浓度沿内衬的长度方向变化的方式来施加。
在各种实施中，固体润滑剂的施加可以包括溅射。固体润滑剂的施加可以与基材的施加同时。
本发明一个或多个实施例的细节将通过下面的附图和说明进行阐述。本发明的其它特征、目标和优点将通过这些说明、附图和权利要求变得显而易见。
附图是根据本发明的原理示出的轴承装置的半示意性纵截面视图。
各图中相同的参考数字和标记表示相同的元件。
具体实施例方式
该图示出了一轴承装置20，包括轴颈22和轴衬24。典型的轴颈具有安装在相关的安装板28A和28B上、处于第一和第二端的轴部分26A和26B。轴颈具有一个带圆柱形轴承表面32的中心部分30。润滑剂通道34从中心通道(未示出)延伸到表面32上，以引导液体润滑剂(如油)进入轴承表面32和轴衬的配合轴承表面35之间的空间。典型的轴衬包括底层36和施加到该底层内圆柱形表面上的涂层38。涂层38的内圆柱形表面提供了轴衬轴承表面35。在典型的实施例中，该涂层沿第一和第二端40A和40B之间的长度L延伸并且具有一个厚度T。在典型的应用中，该底层24可以是在扇涡轮发动机的风扇驱动传动中的金属(如钢)行星齿轮。在这样的应用中，轴颈22也可以由钢制成。典型的涂层38包括基材(如铜)和固体润滑剂(如铅)。该结合的基底和固体润滑剂材料可以逐渐形成在底层内表面上。典型的共淀积技术包括溅射(如美国专利4904362)、电子喷射蒸汽淀积(如美国专利5571332)、化学蒸镀(美国专利4788082)、等离子体喷射和电镀。
在两个轴承表面之间具有共同拥有长度L的典型配合区域，根据本发明，涂层38的成分沿这样的配合区域纵向变化。在典型的实施例中，该涂层成分可以在任一给定纵向位置上周向均匀。在典型的实施例中，该涂层成分可以在任一给定纵向位置上径向均匀。
在典型的实施例中，该成分的不均匀性在靠近端部40A和40B处提供了相对高的固体润滑剂浓度，在中心区域提供了相对低的浓度。由于具有均匀涂层成分，动压润滑剂的损失通常导致轴承失效(如熔化和/或咬合)。通常在靠近轴承困难处能观察到失效。比普通固体润滑剂浓度更高的浓度可以避免或延迟这种失效。残余较低浓度区域用来在正常操作中提供足够的轴承静态强度和耐磨性能。例如，固体润滑剂的均匀高浓度可能使得涂层的强度太小，以致于不能抵抗静态变形和获得希望的正常工作寿命。
附图示出了固体润滑剂高浓度区域50A和50B、中心低浓度区域52。在典型的实施例中，在高和低浓度区域之间的分离线在端部向内长度L的近似25％。然而，显然在许多实施例中，浓度的急剧变化可能是不现实的。该变化可以象任一给定生产技术中提供的那样急剧，或还可以更平缓。在典型的实施例中，中心区域52的主要浓度为相当标准的28％铅(重量，除非另有标明)这可以代表沿长度的最小浓度。在端部区域的主要浓度可以是35～45％范围内的铅。该值的峰值可以代表沿长度的最大浓度。对中心区域典型更宽的浓度为20～30％。端部区域典型更宽的浓度为30～50％。端部区域长度可以是25％、20％、15％和10％。任一给定区域内的浓度可以根据该区域内任一点的浓度、平均浓度、中值浓度或其它浓度特性来测量。典型的涂层厚度T为0.013～0.11mm(0.0005～0.0045英寸)，更窄的为0.025～0.076mm(0.0010～0.0030英寸)。尽管示出的是有关对称分布的，但是分布的载荷(特别是在润滑失效条件下的载荷)是不对称分布。例如，端部区域可以有不同长度，并且在那些区域中峰值或其它特性浓度可以变化。甚至在所述的基本的铜-铅系统内，可以加入其它成分，以便用于如本领域公知的或仍待发展的各种目的。
已经说明了本发明的一个或多个实施例。然而，应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种修改。例如，本发明的原理可以被应用到现有的或其它的轴承结构中并可被用到现有的或其它的生产技术中。特殊的使用、结构和技术可能影响到任何特殊的实施形式。因而，其它实施例也在下面的权利要求书的范围内。
权利要求
1.轴颈轴承装置，它包括一个轴衬；一个在轴衬内的轴颈销，其中，所述的轴衬和轴颈销中的至少一个具有一配合面，该配合面具有配合长度，包括基材和固体润滑剂，该固体润滑剂的浓度沿配合长度变化。
2.如权利要求1所述的装置，其中，靠近该配合长度的端部的浓度比中间部分的浓度高。
3.如权利要求1所述的装置，其中，浓度沿所述配合长度以最大值的至少50％变化。
4.如权利要求1所述的装置，其中，该基材包括施加到基底上的涂层。
5.如权利要求1所述的装置，其中，该基材包括铜基材料，该固体润滑剂包括金属。
6.如权利要求5所述的装置，其中，该固体润滑剂金属包括铅。
7.如权利要求6所述的装置，其中，在靠近该配合长度的第一和第二端的第一和第二位置上的浓度高于30％，在所述的第一和第二位置之间的第三位置上的浓度是10～30％。
8.如权利要求6所述的装置，其中，在该配合长度20％的第一和第二端的范围内，第一和第二位置上的浓度高于35％；该长度50％的大部分中间部的浓度高于10～30％。
9.如权利要求1的装置，其中，该装置支撑涡轮风扇传动装置中的齿轮。
10.一种制备用于流体动压轴承的内衬的方法，它包括沿内衬施加固体润滑剂，该固体润滑剂按照浓度沿该内衬的长度方向变化的方式来施加。
11.如权利要求10所述的方法，其中，该固体润滑剂的施加包括溅射。
12.如权利要求10所述的方法，其中，该固体润滑剂的施加可以与该基材的施加同时。
全文摘要
一种轴颈轴承装置，包括轴衬和该轴衬内的轴颈销。轴衬和轴颈销中的至少一个具有配合面，该配合面具有配合长度，包括基底材料和固体润滑剂。该固体润滑剂的浓度沿配合长度变化。
文档编号F16C33/14GK1624347SQ20041010479
公开日2005年6月8日 申请日期2004年12月1日 优先权日2003年12月1日
发明者L·Q·董 申请人:联合工艺公司