专利名称：可挤压的多级硬度流体动力轴承及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流体动力轴承。在此类轴承中，转动件如轴是通过一种加压流体，如油，空气或水的固定轴承支承。流体动力轴承常常是，但并非仅仅是应用于所谓的过程润滑，其中，该轴承是应用现有的流体而不一定要用标准的润滑剂，如油进行润滑。具体的用途包括可以利用所泵的流体进行润滑的泵管轴用轴承或者利用水进行润滑的船用轴轴承。
流体动力轴承实际上是利用这样的事实，即当转动件运动时，它并不沿着流体的顶部滑动，而是使与转动件相接触的流体紧密地粘附在转动件上，在整个流体膜高度上的运动伴随着流体粒子之间的滑动或剪切。这样，如果转动件与流体的接触层在已知速度下运动，则在流体厚度的中等高度处的速度是以已知变化率减低，直到与固定轴承轴瓦相接触的流体粘附于轴承轴瓦且无相对运动为止。当由于对转动件的支承所产生的载荷使轴承轴瓦相对于转动件发生小角度偏转时，则流体就被吸入一个楔形开口中，并在流体膜内产生足以支承载荷的压力。这一事实不仅用于水轮机和船用推进器轴的推力轴承，还用于流体润滑的常规轴颈轴承中。尽管油是用于重载荷的标准精选流体，但是对轻载荷也可采用其它的流体如空气或水进行支承。
本发明的轴承可以作为通常用于船舶和其它用途使用的称为无缝式或磨损型橡胶轴承的代用品。虽然这种无缝式或磨损型轴承含有一个水楔，以得到流体动力作用，但它们要受到一系列结构限制和不可避免地遭受磨损。如下所述，本发明者发现这种轴承的局限性基本上归因于它们安装在圆筒形金属管中由单一硬度软橡胶的较大截面构成的结构。由于该橡胶的软度和软橡胶的较大轴向横截面积，使得这种轴承不具备足以获得最佳性能的径向刚度。
本发明还涉及一种带有梁架式轴承轴瓦的流体动力轴承。在授予楚姆普拉尔(Trumpler)的美国专利3，107，955号中公开了一种梁架式轴承轴瓦的优选例子。在此类轴承中，流体动力轴承轴瓦安装在梁式支承构件上，使轴瓦可以偏转，以形成一个流体动力楔。
虽然流体动力轴承和梁架式轴承轴瓦在相当长一段时间内已为人们所知，但是，只在最近，通过计算机辅助的有限元分析法，本发明者才发现当流体动力轴承在载荷条件下所产生的较小偏转具有的极端重要性。除了有限的几个例外，如授予楚姆普拉尔(Trumpler)的美国专利3，107，955之外，这些难以用物理方法计量的偏转，以前曾被轴承设计者们看作为无关紧要和/或可以忽略不计的。但是，本发明者发现通过在计算机上模拟流体动力轴承的性能，可以预先确定偏转量，并且设计出显著改进性能特性的轴承。这类轴承的特征可以一般概括为至少包含一个梁架式轴承轴瓦。这种改进的轴承例子在本发明人以前的美国专利4，496，251号;4，526，482号和4，676，668号中有所介绍。
美国专利4，496，251号公开了一种轴承，该轴承带有一种利用薄片状韧带产生偏转的轴瓦，以便在两个相对运动部件之间形成润滑剂的楔形膜。
美国专利4，515，486号中公开了一种流体动力轴颈和推力轴承，该轴承带有若干个轴承轴瓦，每个轴瓦带有相互分立而又利用弹性材料粘合在一起的端面元件和支承元件。
美国专利4，676，668号中公开了一种轴承，该轴承的轴瓦可以通过能够提供三个方向挠性的至少一个支架与支承元件间隔开。为了提供在运动平面内的挠性，各支架向内倾斜，以便与轴瓦表面前的交点形成圆锥形。每个支架在所要求运动的方向上的断面模数较小，以便对不同轴度进行补偿。
最后，美国专利4，526，482号公开了一种流体动力轴承，该轴承主要打算用于过程润滑，即该轴承是设计成在液体中进行工作的。该流体动力轴承是由一个中心承载表面部分构成，该部分比该轴承的其余部分更具有柔性，从而使其在载荷下发生偏移，并形成一个承受高载荷的流体压力凹坑。
上述专利中介绍的轴承，典型的是至少部分地为金属材料构成，并具有不易挤压的形状，但已发现它们最适于某些用途。尽管如此，这类轴承的制造成本一般地要比具有相似性能的其它轴承便宜得多。其原因是由于本发明轴承与其相竞争的各类轴承相比，具有结构较简单，体积较小的特点。此外，这类轴承显著地显示出改善了的耐磨特性。这种改善的性能主要归因于设计者们对轴承所承受的各种力的判断和最终能承受这些力的轴承设计。
尽管这类轴承具有很多优点和经济效果，仍然期望能发现进一步降低这种轴承制造成本的途径。特别对申请人前面的几个专利中所述并不要求高性能的轴承来说更是如此。
本发明还涉及非牛顿流体，如塑料、橡胶等在流体动力轴承中的应用。非牛顿流体被认作为实际流体。所有的实际流体均具有内摩擦，以致其变形率与所施加的剪应力成比例。如果变形率是成正比，则称为牛顿流体，如果不是，则该流体称为非牛顿流体。因此，非牛顿流体一般被认为是该流体的粘度是随流速变化的。由于非牛顿流体的独特特性，非牛顿流体材料的应用提供了独特的优点也出现大的障碍。
例如，当非牛顿流体如塑料或橡胶受到约束时，它是不可压缩的。但是，当这种材料不受约束时，它可以随着施加的载荷以预定方式流动。此外，非牛顿流体材料，如橡胶，塑料等通常要比一般用于轴承结构中的金属材料更为便宜。非牛顿流体材料构件的制造一般要比同类的金属构件更容易。
尽管在流体动力轴承中采用非牛顿流体材料可以得到所期望的许多优点，但这类材料仅用于有限范围。
本发明提供一种适用于过程润滑以及其它用途的流体动力轴承及其制造方法。该轴承具有恒定截面，以便于挤压成形，即具有可挤压的形状。该轴承包含若干个梁架式轴承轴瓦。此外，该轴承是由两种或多种非牛顿材料挤压成形的组合体，该材料最好是弹性材料或聚合物材料，如具有不同刚性的塑料、橡胶等。换言之，是一种多级硬度复合塑料，以利于获得各种刚性。
更具体地说，本发明轴承是一种可挤压成型的多级硬度流体动力轴承。该轴承完全由非牛顿流体材料构成，并具有可挤压成型的轴向横截面。该轴承包括一个具有预定硬度的一般为环形、骨架式轴承轴瓦支承部分。该骨架部分具有内、外圆周表面。在其内表面上形成若干内轴向沟槽，在其外表面上也形成若干外轴向沟槽。内、外轴向沟槽彼此间隔开，以形成若干个梁架式轴承轴瓦支承表面。该轴承还包括若干个具有预定硬度的轴承轴瓦，其硬度要低于骨架部分预定硬度。每个轴承轴瓦熔合在对应的轴承轴瓦支承表面上。该轴承还可以包括熔合于内沟槽和/或外沟槽内的偏转控制元件。该偏转控制元件最好比骨架轴承轴瓦支承部分软些。
本发明者发现在许多具体用途中，如在高速运转中，必须对包括由轴或转子、流体动力润滑膜和轴承构成整个系统的动态柔性进行检查和评估。在应用有限元模型对该系统进行计算机分析中，已经确定必须将整个轴承作为一个在工作载荷作用下改变形状的完全挠性元件处理。通过对基本结构的加工，多少增加一点挠性，就可以在很宽的工作范围内提供稳定的低摩擦工作状态的轴承特性。已经发现对轴承性能特点具有重大影响的许多变数。其中最重要的变数是流体动力轴承的轴瓦和支承元件的形状、尺寸、位置和材料特性(例如弹性模量等)。支承元件的形状被认为特别重要。
本发明还涉及一种带有许多由较软的非牛顿流体材料构成轴承轴瓦的流体动力轴承。该轴承轴瓦具有圆弧形或凹入的表面并受约束，以便在该轴与轴承轴瓦的圆弧形表面之间形成一个楔形间隙条件通过所支承轴施加的法向载荷作用发生偏转。
由于存在不同的刚性，该轴承显示出改进的性能特点。特别是，采用既是刚性又是挠性的非牛顿流体材料，使该轴承保持足够的刚性以便形成合适的流体动力楔。这样，本发明克服了现有的无缝或磨损型轴承所存在的问题。
此外，由于该轴承的结构采用较便宜的非牛顿流体材料，最好是弹性材料或聚合物材料，如塑料、橡胶等，并具有可挤压的性能，就使该轴承的生产成本比非挤压成型轴承大大地降低。实际上，据初步估算表明，该轴承大批生产时的成本较其相竞争的船用轴承生产成本可以降低1%。
本发明还利用了与非牛顿流体相关的物理特性，如前面所提到的，某些非牛顿流体光如聚合物和弹性材料，当受到约束时成为不可压缩的。本发明提供了一种若干部分完全由非牛顿流体构成的流体动力轴承，这些部分具有非常不同的硬度测量值(硬度或刚度)。这样，一些部分由较硬的第一部分约束着较软的第二部分形成，使第二部分成为刚性的，即在径向基本上是不可压缩的，而在剪切方向上是挠性的。借助于提供若干较软部分和较硬部分，以便形成若干个安置在刚性较好的梁架式轴承轴瓦支承表面上的较软而凹入的梁架式轴承轴瓦，从而使该轴承的形状能够以已知方式偏转，而形成用以支承转动轴的一个流体动力楔。
本发明的轴承适用于许多应用场合。但是，该轴承特别适用于过程润滑，如用于钻油井，水下泵或涡轮泵和船舶驱动轴。
该轴承是采用已知的多级硬度挤压技术挤压成型的，这种挤压技术一般用于挤压多级硬度塑料构件，如窗、门密封件，防震缓冲器，和挠性铰链，但据本发明人所知还没有用于制造轴承。
当应用于挤压多级硬度构件如本发明的轴承时，该挤压技术一般要包括一种方法，其中，多级硬度各部分在部分固化或非固化处理下，彼此逐次地挤压在一起，以致不需要粘合剂就形成组合挤压件。这是因为在部分固化或未固化状态下，被挤压材料本身就是粘性的或胶粘的。在整个管形部分挤压成型以后，整个挤压件进行固化处理，以产生一个具有多个不同刚性(即硬度)部分的组合管件，在本发明的轴承示例中，具有必要的轴向横截面和合适的多级硬度部分的较长挤压件被挤压出来，然后切割成单个轴承。该单个轴承通过各道工序，其中包括精确机械加工以达到所要求的内、外直径。
图1是本发明轴承的轴向横截面剖视图;
图2是本发明管形挤压件的透示图;
图3是本发明轴承的轴向横截面局部放大图;
图4是显示本发明轴承在转动轴的载荷作用下偏转的局部截面剖视图;
图5是按本发明方法制造轴承的工艺流程图。
图1是根据本发明的典型挤压成型轴承的截面剖视图。在此实施例中，该轴承被看作为可挤压件，因为它具有如图1所示的恒定轴向截面形。
如图1所示，该轴承已机械加工成所要求的精确外径O·D和内径I·D。图1中的虚线表示在挤压后和加工前的内、外径。在正常使用中，该轴承装在一个与其外径紧密接触的外套内，该轴承支承一个位于其内径内的轴。因此，该轴承的外径是该轴承装入的外套的内径的函数，而轴承的内径是被支承轴尺寸的函数。当然，对于任何流体动力轴承，其内径总是一个大于它所支承轴外径的预定尺寸，以便容许形成一个支承轴的流体膜。
如图1所示，本发明轴承完全是由非牛顿流体材料制成，最好是聚合物或弹性材料如橡胶、塑料等制成，该轴承由具有不同硬度的非牛顿流体材料各部分组合构成。更具体地说，该轴承包括一个由刚性较好或较硬材料如肖氏硬度D(durometershoreD)的硬橡胶构成的整体梁式骨架轴瓦支承部分10。该骨架轴瓦支承部分10一般为环形结构，在轴承内圆周表面上形成若干个在圆周上间隔开的径向向外伸展的内轴向沟槽12和在轴承的外圆周表面上形成若干个在圆周上间隔开的径向向内伸展的外轴向沟槽14。由于存在这些沟槽，所述轴承的骨架轴瓦支承部分10具有象凸榫状的不连续圆周外形。
图1所示轴承的具体形状对本发明无关紧要，实际上这种形状只是特定用途所要求的。对于任何特定用途，本发明轴承的具体截面形状取决于达到最佳效果所要求的偏转。这样，在某些情况下可能要求该轴承不设置如图1中14所示的外轴向沟槽。此外，为了在载荷作用下获得最理想效果，该沟槽可以具有各种截面形状，如大一些或小一些的锥度。
当本发明轴承配置有内、外轴向沟槽，并将内沟槽位于两相邻外沟槽之间(如图1所示)时，该骨架轴瓦支承结构就起到适于在载荷下偏转的基本上周向和径向梁网络的作用。图3表示类似图1所示轴承的一部分梁网络。图1所示轴承包括八个轴承轴瓦支承扇形段或扇形体。该轴瓦支承扇形段或扇形体是由具有一定间隔的内轴向沟槽12所形成的。每个轴瓦支承扇形段或扇形体包括一个由该轴瓦支承扇形体的径向最内侧表面构成的圆弧形轴承轴瓦支承表面16;一个由轴瓦支承扇形段的径向最外侧部分18构成的外套接触表面18和一对用以连接外套接触部分18与轴承支承表面16的连接部分20。借助这一结构，骨架轴瓦支承部分10起到如图3所示的梁网络的作用。该梁网络包括内侧圆周向梁26，外侧圆周向梁28和径向梁30。在载荷作用下，此梁网络所发生的偏转方式可以根据载荷大小骨架轴瓦支承结构10所用的材料以及内、外轴向沟槽的尺寸和间隔大小来确定。
在此应当指出，尽管用于骨架轴瓦支承部分10的非牛顿流体材料与下述用于轴承其它部分的较为柔性或柔软的材料相比是刚性较好或较硬的材料，但是用以构成骨架轴瓦支承部分10的材料要比构成轴颈或套筒轴承的骨架部分常用的金属材料更为挠性。因此，预期本发明的轴承的骨架部分在载荷作用下产生的偏转要比具有金属骨架部分的轴承偏转大得多。本发明典型的骨架材料的硬度为肖氏硬度D级。
参看图1，本发明轴承还包括若干较软或挠性的轴承轴瓦50，其数量相当于位于骨架部分10上的轴承轴瓦支承表面的数量。根据本发明的一个重要方面，最好是将轴承轴瓦熔合在骨架上。轴承轴瓦50都是凹形截面，如图1所示，在其中部径向上稍微厚一些，朝着它们的圆周方向的两端呈内向弧形锥度。采用中部较厚而两端较薄的理由是为了促使在载荷作用下促使轴承轴瓦偏转。轴承轴瓦50是由较软或挠性的非牛顿流体材料构成，最好是聚合物或弹性材料如橡胶、塑料等构成。例如，轴承轴瓦50可以用肖氏硬度A级橡胶制成。构成轴承轴瓦的材料最好比用以构成骨架部分10的材料软得多或更具有挠性。在低粘度或磨料润滑工作条件下，较软的材料提供较好的性能并减小轴的磨损。
由于骨架部分10和轴承轴瓦部分50都是采用非牛顿流体制成，在载荷作用下它们都趋于以预定方式进行流动。在一种典型的应用场合下，该轴承既承受由于轴的重量所产生的径向载荷，又承受由于轴的转动所产生的剪切载荷。由于该轴承常规使用时在径向上受到外套的约束，构成这种轴承的流体材料在径向上是不可压缩的。但是，这种情况只有当轴承在径向受到外套约束时才符合实际。例如，假如外轴向沟槽14没有填充以如下所述的偏转控制元件时，则沿着该轴承外圆周各部分都没有在径向受到外套约束。因此，轴承会发生少许径向的偏转。
当轴承在径向上完全受外套的约束时，在径向上则几乎是不可压缩的，该径向载荷是由轴承轴瓦50与转动轴之间的流体膜所承担。另一方面，由于存在内轴向沟槽12，对转动轴所施加的剪切载荷作用，轴承轴瓦或骨架部分10都不受周边方向偏转的约束。此外，由于在轴与轴承轴瓦50的径向最内侧表面之间存在着间隙，则整个轴承轴瓦50和与其相关的骨架10的扇形段可以随着转动轴所施加的剪切载荷作用而向上摆动，以形成一个流体动力楔。这种偏转的示例(图4所示进行了夸大)，当然，用于轴承轴瓦50中所用的材料要比用于骨架部分10所用的材料软得多和更具有挠性，因此轴承轴瓦50所发生的偏转或流动要比骨架部分10大得多。理想的情况是轴承轴瓦50和骨架部分10所产生的偏转使在整个轴承轴瓦50的圆周表面上形成一个楔。当整个轴承轴瓦的表面上形成一个楔时，最佳效果就得到了，因为最大可能的流体动力效益产生了。
对于特定的应用场合，本发明轴承必须设计成按照下述方式进行偏转，即要使其轴承轴瓦的整个最内侧圆周表面上形成一个流动楔。在轴承设计方面必须考虑的各种因素都要为了达到这样一种偏转。例如，剪切和径向载荷的施加程度，用于制造轴承轴瓦和骨架部分的材料的挠性，内、外轴向沟槽的大小和形状，以及轴承轴瓦和骨架部分的挠性都必须考虑。
轴承轴瓦和骨架部分的挠性在很大程度上是轴承设计的结果。例如，这些元件的挠性显然可以通过改变轴承轴瓦和骨架部分所用的材料而改变。该挠性还受内、外轴向沟槽的尺寸、形状和周向定位的影响。
根据本发明的一个重要方面，轴承轴瓦和骨架部分的挠性还可以通过在全部或部分内轴向沟槽或外轴向沟槽内配置非牛顿流体材料以施加影响。例如，如图1所示，每个外轴向沟槽14基本上完全填充以偏转控制元件80。虽然在所述实施例中，偏转控制元件80只配置在各外轴向沟槽内，同样也可以在内轴向沟槽内配置偏转控制元件。在任何情况下，该控制元件最好熔合在骨架部分和/或轴承轴瓦上。
在所述实施例中，该偏转控制元件80是由较软或挠性的非牛顿流体材料构成，最好是弹性材料或聚合物如橡胶、塑料等。例如，肖氏A级硬度橡胶可以用于制成偏转控制元件及轴承轴瓦。另外，可以根据所要求或者所希望的偏转控制程度使用不同的材料。如图1所示，偏转控制元件80具有与外轴向沟槽14相同的形状。因此，偏转控制元件80就完全填充了轴向沟槽14。但是，并非必需这些做。更具体地说，可以将该偏转控制元件只是部分地填充在沟槽14内。当然，这样就会影响由偏转控制元件所提供的偏转控制程度。
通过将偏转控制元件80填充在沟槽内至预定的程度，以限制骨架部分10在剪切方向上的挠性。从中可以看出，骨架部分的挠性限制程度是取决于偏转控制元件在内、外沟槽内填充的程度和该偏转控制元件所用材料的挠性，也可以采用与轴承轴瓦同一种材料制成的偏转控制元件，并将它们形成一个整体。应注意，经填充后的沟槽，其径向约束力是高的，而在剪切或圆周方向上挠性是高的。换言之，整个轴瓦结构在径向是刚性的，在剪切方向是挠性的，以形成用于流体动力润滑楔。
如前面所提到的，本发明轴承最好是全部由非牛顿流体材料制成，该材料最好是聚合物或弹性材料如橡胶、塑料等。由于其整个结构是由这种流体材料构成，因此本发明轴承显示许多独特的性能特点。例如，高的径向刚性与轴瓦向内位移相结合，导致轴的精确定位和最佳流体膜的形成。流体膜的形成减小了轴的磨损及提供了高载荷承载能力。另外，由非牛顿流体材料如弹性材料制成的轴承在过程润滑应用中显示出极好的耐磨性能。在此之前曾认为径向刚性的要求和耐磨性的要求是不可兼有的。但是，采用一种完全由非牛顿流体材料构成的多级硬度组合结构，能够使其获得两种好处兼有的效果。最后，某些非牛顿流体材料如弹性材料和聚合物对某些材料也具有耐蚀性，这些材料对非流体材料如金属具有腐蚀性。
用于本发明轴承的非牛顿流体材料沿着其外圆周表面受到用以装该轴承的外套的约束。因此，受到约束的轴承沿着不受约束的两个轴向端部发生挠曲或隆起。在轴承不受约束的两轴向端部向外隆起的程度是该轴承径向刚性的标志。隆起程度，即依此表示的轴承径向刚性取决于未受约束的非牛顿流体材料的尺寸或面积和所用的非牛顿流体材料的刚性。
如上所述，常规的无缝或磨损轴型轴颈轴承通常都是由安装在金属套筒内的单一硬度弹性材料制成。因为金属是不可压缩的，必须配置具有较大截面的低硬度材料。因此，由于对该较大截面的材料不受任何约束，这种轴承就显示出在该轴承的轴向两端部向外大量隆起。大程度的隆起表示该轴承的径向刚性极低。当然，这是希望得到的大的不受约束区域的横截面积和使用软材料的结果。随着轴的载荷作用，这种轴承通常会发生变形，从而适应该轴的形状，这样就不能形成真正的流体动力楔。因此，这种磨损型轴承的功能基本上如同轴用的弹性材料磨损轴套。在轴承轴瓦与轴之间形成的接触能够产生大量的热，以致改变了轴承轴瓦材料的特性并由此降低轴承的预期使用寿命。
如图1所示，由于刚性较强的骨架部分10是本发明轴承轴向横截面的大部分，则本发明轴承内由硬度较低材料构成的不受约束的截面面积就大大地减少了。尤其是由于骨架部分10是由刚性较强的材料构成，它不会产生太大的隆起。因此，只有用于部分80和轴承轴瓦50的材料才产生这样明显的轴向隆起。换言之，本发明轴承的隆起截面面积与现有技术的磨损型轴承相比已大大地减小了。这样，设置刚性较强的骨架部分对轴承提供了强得多的径向刚性。由于具有此径向刚性，本发明轴承形成了一个流体动力楔，从而使本发明轴承能承受大得多的载荷，更重要的是减少了轴承的磨损，因而增加了轴承的概率寿命。这样，本发明的另一重大优点是轴承两轴向端部的隆起缩小，导致增加轴承的径向刚性和减小磨损。
总之，本发明轴承包括由一种刚性较好的非牛顿流体构成一般为环形的骨架部分。在该骨架的内圆周上形成若干个径向伸展的内轴向沟槽。该内轴向沟槽在圆周方向相互间具有一定间隔。该骨架部分还包括在其外圆周上间隔设置的若干外轴向沟槽，该沟槽的数量最好与内轴向沟槽相同，其间隔最好以正好在两个相对内轴向沟槽之间的中点处定中心。该轴承还包括与内轴向沟槽数量相等的若干轴承轴瓦，该轴瓦熔合在由内轴向沟槽所限定的骨架部分的各部分上，并熔合在其上。该轴承还可以包括安装在内轴向沟槽和/或外轴向沟槽内的偏转控制元件。该偏转控制元件可以充满整个轴向沟槽或只部分地填充在轴向沟槽内。
采用上述轴承结构实际上能够根据已知的或预定的载荷获得任何要求的偏转值。更具体地说，该轴承轴瓦支承装置能够以六个自由度进行运动。与此相比，常规的磨损型轴承的轴承轴瓦支承装置不能作径向运动。在已知载荷作用下，轴承轴瓦发生偏转的趋势和偏转程度可以通过改变许多不同参数来改变。首先，偏转程度可以通过改变轴承的截面来改变。更具体地说，内轴向和外轴向沟槽的数量和深度以及轴承轴瓦和骨架部分的周向尺寸构成用于支承该轴承轴瓦的梁网络，并因此影响在载荷作用下，轴承轴瓦的偏转。
此外，用于轴承各种不同构件材料的选择会影响轴承的偏转特性。在这方面，所采用的非牛顿流体材料的硬度和挠性是需要考虑的最关键特性。
最后，偏转控制元件的大小和位置影响轴承的偏转变形特性。在极端情况下，该偏转控制元件可以用与骨架部分相同的材料构成，这样，实际上等于该骨架部分不带外轴向沟槽，在另一个极端情况下，外轴向沟槽或内轴向沟槽可以完全不填充东西，以便自由而不受约束地进行偏转。总之，通过改变上述参数，本发明轴承实际上可以设计成能够获得任何要求的偏转变形。
在本发明的轴承设计中，有几个问题极其重要。其中最重要的是需要保持一个可挤压的截面形状，例如在轴承中有一个恒定的截面，当轴承的轴向横截面为恒定时，则该轴承就可以如下所述，在极低成本条件下很容易地挤压出来。自然，该轴承偏转特性可以通过改变个别轴承的截面形状来改变，例如通过设置圆周沟槽，部分径向沟槽或径向孔来改变。但是，这种由最合适的恒定截面所进行的变动需要对轴承在挤压和轴承的精加工(内、外直径的机械加工)以后进行再一次的机械加工，因此应当尽量避免，除非是所得到的性能方面的好处完全能补偿所增加的制造成本。
本发明轴承一般也可以称为多级硬度轴承，因为这种轴承包括具有不同硬度(刚度)的多个部分。更具体地说，对具有较高硬度(刚性较好)的非牛顿流体是利用其强度，而对具有低硬度(挠性较好)的非牛顿流体材料是利用其挠性。具有不同硬度的各部分都熔合在一起。例如，在例示的轴承中，不同材料可用于骨架部分、轴承轴瓦和偏转控制元件。通常，刚性较好的材料可用于骨架部分，刚性较低而挠性较好的材料可用于轴承轴瓦和偏转控制元件。
本发明的新型轴承可结合图5按照下面描述的新型制造方法进行制造。
如图5所示，制造本发明轴承的方法一般包括四个工序，即，挤压，固化，切割和精加工。
第一工序-挤压，包括两个或更多的分工序，分工序数目的多少取决于轴承中所用不同材料的数目和轴承各部分的配置位置。应当指出，该轴承是采用现有的多级硬度挤压技术挤压成型的，这种挤压技术通常用于挤压塑料制件，如窗户和门的密封件，防震缓冲器和挠性铰链。在图5所示的实施例中，使用了三个挤压分工序。这相当于形成图1所示轴承型式所采用的最佳挤压分工序数。
在第一个分工序101中，将轴承的第一部分挤压出来。在制造图1所示的轴承所描述的实施例中，需要挤压的第一部分可能是内侧部分50。此部分可以在非固化或部分固化的状态下进行挤压。
工序102紧跟着工序101，它包括将第二部分挤压到未固化或部分固化的第一部分上。在挤压图1所示的轴承中，工序102可能包括将骨架部分10挤压到轴瓦表面50的结合部分上。
在完成工序102之后，如果还要另外增加轴承部分时，它们就在另一次挤压分工序中进行挤压。在挤压如图1所示的轴承时，再进行了一个第三挤压分工序103。在此挤压分工序中，外偏转控制元件80被挤压到外轴向沟槽内。
需要着重指出的是，每个逐次挤压成型件都是未经固化或只部分固化的，因此在挤压过程中，不需要施加粘结剂连接这些逐次挤压成型件。更具体地说，本发明轴承所用的非牛顿流体材料在未经固化或部分固化的状态下都是粘性的或胶粘的，因此不需要加粘结剂用以粘合这些逐次挤压成型件。这样，本发明轴承的各部分不用借助外来物质如粘结剂就可以彼此熔合在一起。
完成挤压过程就生产出一种组合式未固化或部分固化的管形挤压件。在完成挤压过程之后，组合式管形挤压件在工序104中进行固化，以生产出固化的管形挤压件，其中具有不同硬度的轴承各部分就相互熔合在一起。
图2是显示本发明管形挤压件的一个实施例。正如图2所启示，该挤压件最好是相当地长，以便由一个挤压件可以制成许多个轴承。
在工序105中，经固化的管形挤压件被切断成每段轴向长度相当于轴承所要求的轴向长度的各个段。换言之，一个管形挤压件被分成为若干个轴承段。例如，一个管形挤压件(如图2中所示)可以分成40～50个单个轴承段。
在工序106中，单个轴承段进行精加工。在最简单和最佳实施例中，精加工工序只是包括对各轴承段进行机械加工，以精确地形成所要求的内、外直径。自然，此工序只能在该管形挤压件的外径大于所要求的外径及其内径小于所要求的内径的条件下才能进行。在图1中，虚线表示大体上应当提供的多余材料量，以便保证该轴承段可以进行精加工。
精加工工序106也可以包括轴承段的附加的机械加工，这种附加的机械加工成本是否合算要由附加机械加工带来的性能改进相比较来给以评价。例如，也有可能希望在轴承段的横截面上设置若干变化的构形如圆周沟槽和径向孔。这样一些有可能会大幅度增加单个轴承成本的工序通常是认为不合算的，特别是如上所述的即能够获得大范围变化的偏转特性，同时又保持一个恒定的可挤压轴承截面的情况。
权利要求
1.一种流体动力轴承，用以支承一个轴于一层流体膜上，其特征在于该轴承包括一个具有预定硬度，一般为环形的骨架轴承轴瓦支承部分，骨架部分具有内和外圆周表面；若干个形成在内表面上的轴向内沟槽，并间隔地排列在圆周周围，以限定出若干个梁架式轴承轴瓦支承面；若干个轴承轴瓦，由预定硬度小于骨架部分预定硬度的非牛顿流体材料制成，每一个这种轴承轴瓦都熔合在其相应的轴瓦支承面上。
2.根据权利要求1的轴承，其特征在于该轴承的轴向横截面是恒定的，因此该轴承可以很容易挤压成型。
3.根据权利要求1或2的轴承，其特征在于不同材料的相邻部分都熔合在一起。
4.根据权利要求1至3中任一项的轴承，其特征在于该轴承全部是由非牛顿流体材料构成的。
5.根据权利要求1至4中任一项的轴承，其特征在于若干个径向向内伸展的外沟槽形成在外圆周表面上，该外沟槽在外圆周表面上绕着圆周方向间隔地排列开。
6.根据权利要求5的轴承，其特征在于该外沟槽和内沟槽相互之间是间隔开的，从而构成一个带有若干梁架式轴承轴瓦支承面的骨架轴承轴瓦支承部分，该支承面能够以六个自由度进行活动。
7.根据权利要求1至6中任一项的轴承，其特征在于该轴承还包括若干个偏转控制元件，形成在径向向外伸展的内沟槽和径向向内伸展的外沟槽之中的至少一种沟槽内。
8.根据权利要求1至7中任一项的轴承，其特征在于每个所述的轴承轴瓦其轴向横截面一般为凹进的，在无应力状态下具有周向的端部，该轴承轴瓦具有一条与所述周向端部等距离的对称轴线，该轴承轴瓦沿着所述对称轴线的径向厚度较其任何一个周向端部的径向厚度为大。
9.根据权利要求1至8中任一项的轴承，其特征在于该骨架部分是一个整体件。
10.根据权利要求1至6和8至9中任一项的轴承，其特征在于在该轴承内还有若干个偏转控制元件，设置在该内和外沟槽的至少一种沟槽内，该偏转控制元件的预定硬度低于骨架部分的硬度。
11.根据权利要求10的轴承，其特征在于至少所述偏转控制元件中的一个元件与上述轴承轴瓦中的至少一个轴瓦是由相同的材料制成的，并与它连成整体。
12.根据权利要求10的轴承，其特征在于该偏转控制元件是由一种其硬度不同于轴承轴瓦的预定硬度的材料制成的。
13.根据权利要求7或10至12的轴承，其特征在于该偏转控制元件是熔合在骨架轴承轴瓦支承部分上的。
14.一种制造用于支承轴的流体动力轴承的方法，其特征在于该方法包括如下工序挤压出一个由具有预定固化硬度材料构成的第一管形元件;将具有第二预定固化硬度的材料构成的第二部分挤压到上述第一部分上，第二预定固化硬度不同于第一预定固化硬度，以形成一个组合式管形挤压件;固化该组合式管形挤压件;将该管形挤压件切割成各轴承段;和对各轴承段进行精加工。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于该方法还包括在该组合式管形挤压件进行固化之前，挤压出一个第三部分到上述第一部分和上述第二部分中至少一个部分上的工序。
16.根据权利要求14的方法，其特征在于对轴承段精加工的工序包括对轴承段进行机械加工的工序，以使提供不同的轴承段轴向截面。
全文摘要
一种可挤压的多级硬度流体动力轴承，它包括一个轴承轴瓦支承结构和若干熔合在该支承结构上的轴瓦，还可以包括若干熔合在轴瓦和/或轴瓦支承结构上的偏转控制元件。该轴承完全由不同硬度的非牛顿流体材料构成，并具有恒定的轴向横截面。该轴承的制法包括挤压一种第一种材料；在第一种材料固化形成管形挤压件之前，至少在其上挤压出第二种材料；固化该管状挤压件；将该管状挤压件进行精加工，获得要求的长度和内外径尺寸。
文档编号F16C27/02GK1042222SQ89108220
公开日1990年5月16日 申请日期1989年10月25日 优先权日1988年10月25日
发明者罗素·D·艾迪 申请人:罗素·D·艾迪