铰接组件和包括这种组件的机械系统的制作方法

[0001]
本发明涉及一种包括至少两个同心环的铰接组件，该至少两个同心环相对于彼此可移动且在它们之间限定摩擦界面。本发明还涉及包括这种组件的机械系统。
[0002]
本发明的领域是在平移或旋转、连续或往复运动中提供引导功能的引导构件的领域。


背景技术：

[0003]
常规地，这种引导构件包括环，该环被设计为用于安装，具有铰接和/或位移诸如轮轴或轴的元件的能力。
[0004]
实际上，这种机械系统受到显著的操作应力：高压、腐蚀、磨损、冲击。为了提高机械系统的使用寿命，在环与轮轴之间提供润滑。
[0005]
该环可以设置有用作润滑脂容器的布置，如例如在以本申请人名义的文献ep0987456、wo2014091123和wo2014091124中描述的。
[0006]
当机械系统运行时，润滑脂逐渐从布置中出来，以便润滑环与轮轴之间的摩擦界面。因此，这些布置使得可以仅在组装期间实施润滑，或者替代性地以长的润滑间隔实施润滑。
[0007]
申请人在引导构件领域具有很高的专业知识，并且不断地寻求改进现有系统。


技术实现要素：

[0008]
本发明的目的是提供一种铰接组件，特别是具有优异的耐磨性和抗咬合性，并且具有提高的使用寿命。
[0009]
为此，本发明涉及一种具有一个自由度的铰接组件，该铰接组件包括至少两个同心环，这些同心环围绕中心轮轴相对于彼此旋转地可移动，在它们之间限定摩擦界面，并且包括：具有内摩擦面的外环和具有外摩擦面和内摩擦面的内环，该内环旨在接收在旋转、摆动和/或平移时由组件引导的可移动构件。
[0010]
因此，本发明使得可以提供一种有抵抗力、紧凑且易于实现的组件。与由单个环组成并且具有类似的尺寸和体积的组件相比，该组件具有提高的使用寿命。
[0011]
组件具有形成三个磨损面的三个摩擦面。与由具有单个内摩擦面的单个环构成的组件相比，根据本发明的组件的使用寿命应当乘以三。出人意料的是，实验显示该组件的使用寿命至少乘以五。
[0012]
在单个铰接环的情况下，磨损通常局限于在圆周的1/3上延伸的角度扇形上。在本发明的情况下，内环相对于外环旋转，这极大地增加了潜在的磨损面，因此增加了组件的使用寿命。
[0013]
实际上，可以看出，两个环之间的摩擦界面是优先的。相对的摩擦面执行主磨损面的功能。当该界面咬合时，内环的内摩擦面接任作为磨损面。
[0014]
有利地，组件具有三个摩擦面，这些摩擦面可以设置有能够用作润滑剂储备的表
面处理或涂层和/或布置。因此，本发明在组件的设计中提供了更大的控制，使得可以使组件的耐磨性适应于每个应用。
[0015]
根据单独或组合考虑的本发明的其它有利特征：
[0016]-界定摩擦界面的摩擦面是圆柱形的。
[0017]-界定摩擦界面的摩擦面是略微弯曲的。各个摩擦面的绝对弯曲半径严格大于所考虑的摩擦界面的半径。
[0018]-环之间的摩擦界面接收润滑剂。组件包括被设计为防止润滑剂从摩擦界面泄漏的密封装置。
[0019]-润滑剂是润滑脂。
[0020]-组件包括限制内环相对于外环的轴向和角移动的侧元件。
[0021]-密封装置包括在摩擦界面的第一侧上的凸缘和在摩擦界面的第二侧上的肩部。
[0022]-密封装置包括在摩擦界面的各个侧上的凸缘。
[0023]-密封装置包括垫圈，该垫圈在摩擦界面的各个侧上介于一方面的内环与另一方面的凸缘或肩部之间。
[0024]-垫圈由ptfe制成。
[0025]-摩擦面中的至少一个包括具有与环的基材不同的物理特性的表面处理或涂层。
[0026]-表面处理或涂层是多层或单层。
[0027]-涂层通过物理气相沉积(pvd)产生。
[0028]-涂层通过化学气相沉积(cvd)产生。
[0029]-涂层通过热喷涂产生。
[0030]-涂层通过冷喷涂产生。
[0031]-涂层以粉末形式喷涂。
[0032]-涂层以液滴的形式喷涂。
[0033]-涂层通过热喷涂高速氧燃料(hvof)产生。
[0034]-涂层通过激光熔覆产生。
[0035]-涂层是抗咬合的。
[0036]-涂层包括dlc(“类金刚石碳”)型无定形碳的外层，特别是厚度在1μm至5μm之间，例如3μm。
[0037]-涂层包括自润滑复合材料的外层，该自润滑复合材料特别基于树脂和/或织造或非织造增强材料，包括例如ptfe、mos2或石墨型填料。
[0038]-涂层包含聚合物漆。
[0039]-处理是渗氮，并且摩擦面具有厚度特别在5μm至50μm(例如20μm)的化合物层(氧化物涂层)。
[0040]-该处理是在0.5mm至4mm之间(例如2mm)的厚度上的硬化。
[0041]-摩擦面中的至少一个包括能够用作润滑剂储备的布置。
[0042]-布置包括圆形或齿槽形截面的腔。
[0043]-腔是大腔，各个大腔具有2mm至15mm之间(例如6mm)的直径。
[0044]-腔是微腔，各个微腔具有15μm至100μm之间的较大长度和50nm至100μm之间的深度。
[0045]-布置包括圆形或螺旋形凹槽。
[0046]-布置包括格栅。
[0047]-布置包括v形线条。
[0048]-同一表面可以包括几种不同类型或者仅一种类型的布置。
[0049]-布置具有5％至65％之间的表面密度，表面密度被定义为由布置覆盖的总面积与包括这些布置的所述面积的总面积之比。
[0050]-各个摩擦面包括具有与环的基材不同的物理特性的表面处理或涂层和/或能够用作润滑剂储备的布置。
[0051]-摩擦面中的至少一个同时包括具有与环的基材不同的物理特性的表面处理或涂层和能够用作润滑剂储备的布置。
[0052]-外环和/或内环是金属的，例如钢、铸铁、铝、铜合金等。
[0053]-外环和/或内环由复合材料制成。
[0054]-组件仅包括两个同心环，摩擦界面直接限定在外环的内摩擦面与内环的外摩擦面之间。
[0055]-铰接组件包括至少三个同心环。
[0056]-铰接组件包括三个环，其中在三个环之间限定单个摩擦界面。换言之，两个环例如通过粘结、焊接或任何其它技术附接到彼此。
[0057]-中间环是自润滑的。更具体地，中间环的外摩擦面和/或内摩擦面是自润滑的。
[0058]-中间环包括以实现均匀产品的这种方式混合的织物条和包括填料的树脂的缠绕，条通过长丝缠绕跨越若干层。
[0059]-铰接组件包括三个环，其中在各对环之间限定摩擦界面。换言之，三个环可相对于彼此移动。
[0060]-中间环是金属的。
[0061]-中间环由复合材料制成。
[0062]-铰接组件包括四个或更多个环。
[0063]
本发明还涉及一种机械系统，该机械系统包括如上的铰接组件和在旋转、摆动和/或平移时由组件引导的可移动构件。
[0064]
机械系统包括四个摩擦面，即轮轴的外表面和铰接组件的三个表面。与安装在一个环内的轮轴相比，机械系统的使用寿命大大提高。
附图说明
[0065]
在阅读仅作为非限制性示例给出并参考附图进行的以下描述时，将更好地理解本发明，在附图中：
[0066]
图1是根据本发明的机械系统的分解透视图，该机械系统包括轮轴和由两个环和密封装置构成的铰接组件；
[0067]
图2是图1的组件的侧视图；
[0068]
图3是图1的组件的透视图；
[0069]
图4是沿着图2中的线iv-iv的横截面；
[0070]
图5是图4中的细节v的放大视图；
[0071]
图6是根据本发明的另一机械系统的分解透视图，该机械系统包括轮轴和铰接组件的变型；
[0072]
图7至图10是与图2至图5类似的用于图6的组件的视图；
[0073]
图11和图12是与图4和图5类似的用于组件的另一变型的视图，该组件包括在其间限定两个摩擦界面的三个环；以及
[0074]
图13和图14是与图4和图5类似的用于组件的另一变型的视图，该组件包括在其间限定单个摩擦界面的三个环。
具体实施方式
[0075]
在图1至图5中，示出了根据本发明的机械系统，该机械系统包括同样根据本发明的铰接组件1和安装在组件1内的轮轴2。轮轴2在旋转(在一个方向上枢转，通常经过若干圈)、摆动(在两个交替的方向上枢转，通常经过一圈的一部分)和/或平移(在轴向上移动)时由铰接组件1引导。
[0076]
铰接组件1包括两个同心环10和20，该两个同心环可围绕中心轮轴线x1相对于彼此旋转移动。两个环10和20在它们之间限定了接收润滑剂l(优选为润滑脂)的摩擦界面40。
[0077]
两个环10和20包括外环10和内环20。外环10具有内圆柱摩擦面12和外圆柱形支承面14。内环20具有外圆柱摩擦面22和内圆柱摩擦面24。
[0078]
表面12和22在它们之间限定摩擦界面40，径向于中心轴线x1。表面14被设置为将外环10安装在钻孔内。通道42被布置为径向地穿过表面12与14之间的环10，以便润滑界面40。表面24被设置为接收轮轴2，更准确来说是接收轮轴2的外圆柱面4。因此，轮轴2在旋转、摆动和/或平移时由组件1引导。
[0079]
组件1包括被设计为防止润滑剂l从摩擦界面40泄漏的密封装置60。因此，组件1构成密封的润滑结构。大幅促进环10与20之间的相对旋转，并且降低咬合的风险。
[0080]
密封装置60包括限制内环20相对于外环10的轴向位移的侧向构件62、64、66和68。更具体地，密封装置60包括在界面40的第一侧上的凸缘62和垫圈66、以及在摩擦界面40的第二侧上的肩部64和垫圈68。元件62、64、66和68是环形的并以轴线x1为中心。肩部64是环10的一部分。元件62、66和68与环10和20分开。垫圈68安装在形成于环10内的凹槽67内，抵靠肩部64。元件62和66安装在为此目的设置在环10内的壳体61内，与肩部64相对。
[0081]
替代性地，密封装置60可以包括安装在组件1的相对侧上的两个可去除的凸缘。
[0082]
组件1是非关节型的，换言之，它不构成球形接头。组装的组件1仅具有一个自由度，即环10与20之间围绕中心轴线x1的枢转连接。环10和20在平移和旋转时可围绕轴线x1相对于彼此自由移动，但不可根据其它自由度自由移动。
[0083]
摩擦面12和22可以是圆柱形的。
[0084]
替代性地，表面12和22可以是略微弯曲的。换言之，表面12和22是具有圆形截面和椭圆或抛物线母线的回转面。各个表面12和22的曲率(在包括轴线x1的径向平面内考虑)总是具有大于摩擦界面40的半径(在横向于轴线x1的平面内考虑)的半径。
[0085]
优选地，摩擦面12/22/24中的至少一个包括具有与对应环10/20的基材不同的物理特性的表面处理或涂层。
[0086]
更优选地，摩擦面12/22/24中的至少一个包括能够用作润滑剂l的储备的布置。
[0087]
仍然优选地，各个摩擦面12/22/24包括具有与环10/20的基材不同的物理特性的表面处理或涂层；和/或能够用作润滑剂l的储备的布置。
[0088]
通过非限制性示例的方式：
[0089]-环10和20由钢制成；
[0090]-表面12经受渗氮处理，并且具有氮化钢的外层16，该外层具有厚度为约20μm的化合物层(氧化物涂层)；
[0091]-表面12包括圆形截面腔形式的布置18，这些布置围绕中心轴线x1均匀分布，能够用作环10与20之间的界面40处的润滑剂l的储备；
[0092]-表面22涂布有厚度为3μm量级的dlc型无定形碳外层26，该外层具有或不具有子层(例如由铬或氮化铬组成)；以及
[0093]-表面24包括围绕中心轴线x1缠绕并且沿着中心轴线x1规则地隔开的圆形凹槽形式的布置28，这些布置能够用作环20与轮轴2之间的界面处的润滑剂l的储备。
[0094]
本发明使得可以提供一种有抵抗力、紧凑且易于实现的铰接组件。与由单个环组成并且具有类似的尺寸和体积的组件相比，包括两个环10和20的组件1具有提高的使用寿命。
[0095]
在单个铰接环的情况下，磨损通常局限于在圆周的1/3上延伸的角度扇形上。在本发明的情况下，内环10相对于外环20旋转，这极大地增加了潜在的磨损面，因此增加了组件的使用寿命。
[0096]
实际上，可以看出，两个环10和20之间的摩擦界面40是优先的。相对的摩擦面12和22执行主磨损面的功能。当该界面40咬合时，与轮轴2的表面4接触的内环20的内摩擦面24接任作为磨损面。
[0097]
组件1具有形成三个磨损面的三个摩擦面12、22和24，该三个磨损面可以设置有处理、涂层和/或布置。因此，本发明在组件1的设计中提供了更大的控制，使得可以使组件的耐磨性适应于每个应用。
[0098]
机械系统包括四个摩擦面，即轮轴2的外表面4和组件1的三个表面12、22和24。与安装在单个环内的轮轴相比，机械系统的使用寿命大大提高。
[0099]
图6至图14中示出了根据本发明的铰接组件1的其它实施例。形成组件1的一部分的一些元件与上述第一实施例的元件相当，并且为了简化的目的，具有相同的附图标记。
[0100]
图6至图10示出了根据本发明的另一机械系统，该机械系统包括组件1的变型和安装在组件1内的轮轴2。摩擦面12/22/24没有表面处理或涂层以及润滑剂l的储存器的布置。密封装置60包括在界面40的相对侧上的凸缘62和肩部64。因此，组件1比第一实施例中制造起来更简单且更便宜。尽管没有处理、涂层或布置，但与由单个环组成并且具有类似的尺寸和体积的组件相比，包括两个环10和20的组件1具有提高的使用寿命。
[0101]
图11和图12示出了铰接组件1的变型，该铰接组件包括三个可相对于彼此移动的同心环10、20和30。环30位于环10与20之间。第一摩擦界面40限定在环10与30之间。第二摩擦界面50限定在环20与30之间，组件1具有形成五个磨损面的五个摩擦面12、22、24、32和34，该五个磨损面可以设置有处理、涂层和/或布置。
[0102]
图13和图14示出了铰接组件1的变型，该铰接组件包括三个同心环10、20和30。环30位于环10与20之间。环20和30可相对于彼此移动，并在它们之间限定了摩擦界面50。环30
例如通过粘结附接到环10。环30可以构成以实现均匀环的这种方式混合的织物条和包括填料的树脂的缠绕，条通过长丝缠绕跨越若干层。组件1具有形成三个磨损面的三个摩擦面22、24和32，该三个磨损面可以设置有处理、涂层和/或布置。
[0103]
实际上，在不超出本发明的范围的情况下，铰接组件1可以与图1至图14不同地构造。而且，上述各种实施例的技术特性可以整体或部分地彼此组合。因此，组件1可以在成本、功能和性能方面进行适配。
[0104]
下面的表1至表5示出了一系列测试，这些测试使得可以比较两个参考环(接收轮轴的单个环)和本发明的不同实施例。
[0105]
表1-参数和测试条件
[0106][0107]
表2-测试开始时的压力积累
[0108]
压力10mpa30mpa60mpa80mpa90mpa循环数100100100200500000
[0109]
表3-在环的摩擦面上提供的改进
[0110][0111][0112]
表4-测试结果-简单的环
[0113]
参考am1am2am3所执行的循环数b1否否否1500b2是是是125000
[0114]
表5-测试结果-符合本发明的组件
[0115][0116]
该系列测试的结果允许进行以下观察：
[0117]-c-bh1组件完成等于b1环的4.6倍的循环数。
[0118]-c-bh2组件完成等于b2环的3.6倍的循环数。
[0119]-c-bh3组件完成等于b2环的4倍的循环数。
[0120]-c-bh4组件完成等于b2环的4.6倍的循环数。
[0121]-对c-bh5组件进行的测试在500000个循环时自动停止。组件的使用寿命远高于b2环。
[0122]
因此，本发明使得可以提供一种有抵抗力、紧凑且易于实现的铰接组件1。与由单个环组成并且具有类似的尺寸和体积的组件相比，包括若干环的组件1具有提高的使用寿命。