双重结构的衬套及具备该衬套的轴承组装体的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种能够在低速高荷重下运转的关节部使用的双重结构的衬套及具 备该衬套的轴承组装体。
【背景技术】
[0002] 诸如挖掘机、滑移装载机等的工程机械包括多个关节部，例如动臂（boom)与斗杆 (arm)的连接部、斗杆与|产斗（bucket)的连接部等。就这种工程机械的关节部而言，一般存 在销（pin)与衬套（bush)在借助于油脂的润滑环境下进行摇晃运动的情形。
[0003] 在图1中，图示了作为工程机械一个示例的挖掘机的前端关节部10,图2是在所述 挖掘机的关节部10中从与销的长度方向垂直的方向表示以往衬套的剖视图。所述关节部 10如图2所示，由连接需要关节运动的两个构件的销12、用于消减所述销与销孔之间发生 的摩擦阻力的衬套11构成。所述销12与衬套11 一般在借助于油脂的润滑环境下进行摇 晃运动。另外，所述关节部10除了销12及衬套11之外，还包括支撑所述销及衬套的外壳 的套筒（boss) 13及用于切断污染物质的密封机构（未图示）等。
[0004] 这种关节部根据销与衬套的连接形态、作业环境及关节部的种类而在多样的条件 下运转，一般而言，在约2至6kg/mm2压强及约0. 25至5cm/sec速度的条件下运转。就这 种运转条件而言，作为通常的平均值，运转条件中的压强可以根据作业荷重而瞬间上升，特 别是瞬间压强，根据运转条件，在运转时因偏荷重而可能为平均值的3倍以上。
[0005] 如上所述，在低速的高压强条件下使用的衬套，要求优秀的划痕（scuffing)抵抗 性及耐磨损性，为此，正在开发使用多样组成和形态的制品。
[0006] 例如，存在如下衬套：在金属缸体的内周面形成沟槽（groove)或凹槽（dimple)， 使得所述沟槽或凹槽含有油脂，使润滑性能最大化的金属衬套；利用自润滑性粒子在表面 进行涂布处理而使润滑性能最大化的金属衬套；以及含浸有润滑剂的多孔性烧结体金属衬 套等。
[0007] 不过，工程机械前端作业机因地形、装备的作业姿势、地质等，施加于各部分的荷 重的方向和数值很不特定，而且随时变化，因而在作业期间各部分引起弯曲（bending)，或 整体上引起偏荷重，高荷重集中于局部区域。因此，在包括衬套在内的所有部件中，需要高 水平的耐磨损性和耐冲击性。
[0008] 但是，就迄今所知的金属系衬套而言，与其形态无关，弹性变形率存在界限，如前 所述，在荷重的方向和数值不特定且变动的条件下，无法避免在局部区域施加高荷重。另 外，即使利用自润滑性粒子在金属系衬套的表面进行涂布处理，自润滑性粒子的寿命也有 限，在衬套表面的初始就位阶段之后，难以持续保持润滑环境。另一方面，当多孔性金属烧 结体持续暴露于冲击时，气孔从接受荷重的表面逐渐向烧结体内缩小。另外，在极端情况 下，烧结体内气孔封闭，存在难以持续发挥基于含浸于内部的润滑剂的润滑维持效果的情 形。
【发明内容】
[0009] 技术课题
[0010] 本发明的目的在于提供一种应用于在低速高荷重下运转的关节部，能够发挥优秀 的弹性、恢复性、润滑特性及耐荷重性的衬套。
[0011] 另外，目的在于提供一种具备所述衬套的轴承组装体。
[0012] 解决课题的方法
[0013] 本发明提供一种双重结构的衬套，包括：滑动层，其使得销单元能旋转支撑地接触 并容纳于内周面；以及荷重支撑层，其包围所述滑动层的外周面地一体层叠，接触并容纳于 套筒的内周面，支撑销单元的半径方向荷重，在-40至50°C的温度范围，荷重支撑层的热膨 胀系数T2相对于所述套筒的热膨胀系数T1的比率T2/T1为1. 5至3. 1，在50°C至130°C的 温度范围，滑动层的热膨胀系数T4相对于所述荷重支撑层的热膨胀系数T3的比率T4/T3 为3. 5至5,所述衬套由高分子复合材料形成。
[0014] 优选地，在-40至50°C的温度范围，荷重支撑层的热膨胀系数T2相对于所述套筒 的热膨胀系数T1的比率T2/T1可以为1. 8至2. 2,在50°C至130°C的温度范围，滑动层的热 膨胀系数T4相对于所述荷重支撑层的热膨胀系数T3的比率T4/T3可以为4. 0至4. 6。
[0015] 另外，本发明提供一种具备所述由高分子复合材料形成的双重结构的衬套的轴承 组装体。
[0016] 发明的效果
[0017] 本发明作为由高分子复合材料构成的衬套，不同于以往金属系衬套，由于能够在 低速高荷重的运转条件下发挥优秀的弹性及恢复性，因而当施加局部荷重时能够变形并使 荷重均匀分散，因此，能够防止因应力集中导致的异常磨损及因冲击导致的破损，耐磨损性 及耐冲击性得到提尚，寿命特性也会提尚。
[0018] 另外，本发明的滑动层使销单元接触并容纳于内周面，荷重支撑层接触并容纳于 套筒的内周面，支撑销单元的半径方向荷重，包围所述滑动层的外周面地一体层叠，且把在 低温范围内的荷重支撑层相对于套筒的热膨胀系数比率及在高温范围内的滑动层相对于 荷重支撑层的热膨胀系数比率分别调节为特定范围，从而在严寒地区，也不发生套筒与衬 套间的空转现象，同时，即使滑动层的内周面温度上升，也不发生滑动层与荷重支撑层间的 界面分离现象，无需周期性涂油（greasing)也能够持续发挥优秀的润滑特性。
【附图说明】
[0019] 图1是表示普通挖掘机及在挖掘机中能够应用衬套的关节部的一个示例的图。
[0020] 图2是从与销的长度方向垂直的方向表示图1所示关节部中应用的以往衬套的剖 视图。
[0021] 图3是本发明的衬套的剖视图。
[0022] 图4是从与销的长度方向垂直的方向表示图1所示关节部中应用的本发明双重结 构的衬套的剖视图。
[0023] 图5是沿销的长度方向表示图1所示关节部中应用的本发明双重结构的衬套的剖 视图。
[0024] 符号的说明
[0025] 10-关节部，11 -以往的衬套，12、200-销，13、300-套筒，100-本发明的衬套， 101-滑动层，102-荷重支撑层。
【具体实施方式】
[0026] 下面对本发明进行说明。
[0027] 本发明作为由高分子复合材料构成的衬套，其特征在于，具备如下双重结构，包 括：滑动层，其使得销单元能旋转支撑地接触并容纳于内周面；荷重支撑层，其包围所述滑 动层的外周面地一体层叠，接触并容纳于套筒的内周面，支撑销单元的半径方向荷重，并 且，把在低温范围内的荷重支撑层相对于套筒的热膨胀系数比率及在高温范围内的滑动层 相对于荷重支撑层的热膨胀系数比率分别调节为特定范围。
[0028] 本发明人获知，当利用包括高分子基质、纤维基材及自润滑性粒子的高分子复合 材料制造衬套时，不同于以往金属衬套或多孔性烧结体衬套，在低速高荷重的运转条件 下保持高弹性，同时，在不施加荷重时可以恢复。另外，由所述高分子复合材料构成的衬 套因自润滑性粒子而能够持续保持低摩擦系数，因而不同于以往衬套，无需周期性涂油 (greasing)，也能够保持优秀的润滑环境。
[0029] 不过，高分子复合材料不同于金属，容易随温度变化而变形。因此，如果不考虑这 种高分子复合材料的温度依赖性，则在广泛的工程机械的使用条件下，难以使用由高分子 复合材料形成的衬套。
[0030] 因此，在本发明中，在由包括高分子基质、纤维基材及自润滑性粒子的高分子复合 材料构成的层（以下简称"滑动层"）的外周面，一体层叠由包括高分子基质及纤维基材的 高分子复合材料构成的层（以下简称"荷重支撑层"），从而形成双重结构，并且，把所述各 层的高分子复合材料的各成份含量调节为特定范围，把在低温范围内的荷重支撑层相对于 套筒的热膨胀系数比率及在高温范围内的滑动层相对于荷重支撑层的热膨胀系数比率分 别设置为特定范围。由此，本发明的双重结构的衬套在保持优秀的润滑特性的同时，可以提 高耐磨损性、耐冲击性及耐荷重性，提高寿命特性。另外，本发明的双重结构衬套压入外壳 (housing)的套筒（boss)后，即使在广泛的使用条件下，套筒内周面与荷重支撑层的外周 面之间也没有晃动，衬套的荷重支撑层与滑动层间的界面接合性高，减少发生荷重支撑层 与滑动层间的界面分离，因而衬套的寿命会提高。
[0031] 具体而言，本发明的双重结构的衬套包括在所