专利名称：制造气体力学或流体力学轴承的方法及用这种方法制造的轴承的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体力学或流体力学轴承，具有表面彼此相对并具有相互旋转关系的两个元件，其中所述表面中的一个上提供有表面结构用于在两个相互旋转的表面间形成空气压力，以便在被迫运动时形成防止两表面之间发生物理接触的(空气或液体)的润滑薄膜。
到目前为止，这种表面以希望的槽型通过切割机或化学蚀刻技术在基材上直接加工得到。在所讨论的表面上切割浅槽和好的槽型的技术需要用易于切割床或化学蚀刻工艺加工的材料。这意味着在不可避免地起停过程中表面之间接触这种结构很容易发生磨损，例如在槽型到达这样的旋转速度以致使足够厚度的润滑薄膜通过槽向槽型的中心泵送介质产生之前，或当具有槽型的旋转件降低速度以致泵效果在旋转停止前终止时。
机械切割可能引起要处理的轴承表面的变形，并且在切割过程中不可避免地产生金属碎片。另一方面化学蚀刻可能引起化学侵蚀或当环境处理时同时引起基材的剥蚀。
本发明的目的在于提供一种所描述类型轴承的制造方法，以简单和可靠的方式提供一种具有高抗磨性的并且避免了已有技术中轴承制造的缺陷，该方法由独立权利要求1的特征限定。
轴承本发明还包括一种根据权利要求1限定的方法制造的轴承并且这个轴承由由独立权利要求5限定。
此后将参照非限定性的实施例和附图进一步地描述本发明。
图1是侧视部分截面图，表示了一个现有技术的空气轴承的上下轴承垫圈。
图2是图1轴承的下轴承垫圈上的槽的俯视平面图。
图3是根据本发明制造的下轴承垫圈对应于图1的视图。
图4-7是其它轴承型式的简要视图，其中轴承元件根据权利要求限定的方法制造。
图8是部分透视图，以较大的比例表示了如图4中的槽型的一部分。
图1以侧视图和部分截面图的形式示意性地表示了现有技术中的空气轴承的主要元件。已知的空气轴承包括一下轴承垫圈1和一上轴承垫圈2，上轴承垫圈2可相对于下轴承垫圈1旋转，并且在本例中设计成带有平的平滑表面的圆柱形垫圈。固定的一侧向着上轴承垫圈2旋转的下轴承垫圈1是轻微的王冠状且具有许多大体的螺旋槽3，螺旋槽3通过适合的机械加工或化学腐蚀方法在垫圈上安置。槽3的形式如图2所示，图2是从下轴承垫圈1的上面看的平面视图，重要的是为了在两轴承垫圈彼此旋转时达到一个合适的泵效果以形成一空气或液体(流体轴承中)薄膜，细致地加工凹槽3和分开槽的剩下的材料部分4，凹槽3在螺旋方向上具有不断变化的宽度。这意味着槽型的加工是一项细心的工作并且由于这个原因垫圈的材料从适于加工的材料组中选择是常见的。然而这也带来消极的效果，即槽的边界材料相当软，在轴承起停的瞬间相对旋转速度不足以形成支撑薄膜将导致快速磨损。
图3表示根据本发明的下轴承垫圈10并且用于如图1所示的同种类型的空气轴承，例如轴承的上侧是略微的王冠状且具有许多螺旋延伸的槽12和中间脊13。下轴承垫圈上槽型的构造如平面图所示与图2中所示的下轴承垫圈1不同，但根据图3的横截面图可以看出槽12不是在轴承垫圈的本体材料14上切割或腐蚀得到，而是形成在硬的和抗磨材料的喷层15上，喷层15沉积在垫圈10的基材14上。
用于喷涂的材料可以变化但最好具有高硬度(维式硬度1000HV以上)、低摩擦系数(μ大约为0.1-0.2)、好的抗磨、抗氧化、抗侵蚀和热稳定性好的性能。
较可取的是金属混合的金刚石型碳(Me-DLC)这样一种材料，最好通过物理蒸汽沉积方法沉积在基材上，即真空室中材料汽化，引导蒸汽浓缩在基材表面上。基材上已准备好遮挡体用于产生希望的槽形，这种技术同样应用于半导体制造中。喷层的厚度可以从1到几个微米。
图3中的例子是一种轴向空气轴承，并且虽然槽型表示在固定垫圈10上，当然也可以位于旋转垫圈上。
图4-7简要地表示了轴承的其它形式，其中同样类型的空气或液体的泵效果可以以图3实施例中描述方式由轴承元件中的一个上形成槽得到。
图4介绍了一种径向轴承，包括一旋转轴20和一固定套21。为了清楚起见，轴20表示在孔22的外面，但在运行中当然位于孔中。套具有带平滑壁的孔22，轴具有周边区域，其上提供喷涂沉积脊23的模型，在它们之问形成许多V形槽24，当轴20在孔22中旋转时引起空气或液体膜的建立。
图5表示了一种几乎与图4中的轴承相同的径向轴承，但此时轴25是光滑的，而套27上的孔26中提供有同样的在脊29之间形成的槽型28，为了在基材上形成一较薄的喷层，脊29以合适的方式沉积于孔的内周面上形成。
图6介绍了另一种类型的轴承，其中由轴31支撑的球型体30位于套32中，套32具有大体的半球型开口33用于接收球体30。球体的表面提供有形成在凸起脊35之间的螺旋槽34，脊35通过喷涂在球30的表面上沉积得到。提醒注意的是为了清楚地表明关系夸大地表示了球30和套32的内部之间的间隙，这个间隙实际上只有几个微米。
图7表示一种锥形轴承，具有带锥形部42的轴41，轴41设置成在套44中的锥形孔43中旋转。在这个例子中，轴41的锥形部42上提供有槽型45，槽45通过适当的喷涂技术在轴的锥形部42的光滑表面上得到，光滑表面上形成有位于所述槽之间的凸出的喷涂部分46。
图8表示了与图4中槽形相似的部分带槽表面。这个不完全的视图以夸大的方式表示了轴承的光滑表面51上具有凸出的喷涂脊52，脊52间隔开以便在它们之间形成希望的槽型53，它最好借助于用于半导体生产的同类遮挡技术得到。
尽管本发明用固定轴承元件上带有螺旋槽的轴向轴承、图6中的在球形元件上带槽的部分球形轴承和图7中的轴的锥形部分带槽的锥形轴承描述，应当清楚这样的槽提供在轴承的其它作用部分也能得到相同的效果。
权利要求
1．一种空气动力学或流体动力学轴承的制造方法，这种类型的轴具有带有第一表面的第一元件(10；20；27；30；41；51)和第二元件(2；21；25；32；44)，这些表面是可以移动的，最好在所述第一表面间具有小的间隙使之可彼此相对旋转，并且在彼此相对的表面中的至少一个上具有一槽型(12；23；28；34；45；53)，用于在所述元件的相互运动中在表面之间的介质如空气或液体中产生一个泵效应，以便在相互运动中形成防止表面物理接触的薄膜，其特征在于所述表面上的槽型(12；23；28；34；45；53)通过在表面上涂抹一薄喷层(15)，以在所述槽(12；23；28；34；45；53)之间形成凸出脊(13；24；29；35；46；52)的形式得到。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于涂层(15)通过已知的合适的沉积方法涂覆到表面上。
3．如权利要求1或2所述的方法，其特征在于涂层(15)所用材料是比所述元件的基材具有更高硬度和/或更抗磨损的一种材料。
4．如权利要求3所述的方法，其特征在于用于涂层(15)的材料是金属混合的金刚石型碳(Me-DLC)。
5．一种空气动力学或流体动力学轴承，具有适合相互旋转的两个元件(2,14；20,21；25,26；30,32；41,44)，在相对的两表面之一上具有槽型(12；23；28；34；45；53)，用于在所述旋转中形成一种泵效应，以便产生防止轴承元件在旋转时物理接触的介质膜，其特征在于槽型(12；23；28；34；45；53)设置在所说元件的高出基材(14)表面上的脊(13；24；29；35；46；52)之间。
6．如权利要求5所述的轴承，其特征在于轴承是一种轴向轴承，包括相互面对的第一和第二圆形垫片(2,14)，其中垫片(10)之一具有形成在它的表面上的螺旋槽型(12)，且由固定到垫圈表面上的凸出的脊(13)之间形成的槽(12)构成。
7．如权利要求5所述的轴承，其特征在于轴承是一个径向轴承，具有带外周(external envelope)表面的轴(20；25；42)，和带内周表面的孔(22；26；43)的套(21；27；44)，其中所说的周面之一上具有许多凸出的脊(24；29；46)，最好设置成V形且在它们之间形成槽型(23；28；45)。
8．如权利要求7所述的轴承，其特征在于轴(42)和套孔(43)的周面都是锥形。
9．如权利要求5所述的轴承，其特征在于轴承包括一安装到轴(31)上的部分的球形件(30)，且在一杯形套(32)中围绕轴的轴线旋转，球形表面和套的内表面之一上具有槽型(34)，在所说的球形之一的基材表面和套的内表面之间形成，且向外伸出的凸出脊(35)的侧壁在所述表面上通过喷涂技术形成。
10．如权利要求5-9之一所述的轴承，其特征在于凸出的脊(13；24；29；35；46；52)由硬的材料形成，具有高的抗磨损性，最好是金属混合的金刚石型碳(Me-DLC)。
全文摘要
本发明涉及气体动力学或流体动力学轴承的一种制造方法及这种类型的轴承,这种轴承具有带有第一表面的第一元件和第二元件(10),表面是可以移动的,最好在所述第一表面间具有小的间隙可彼此相对旋转,并且在彼此相对的表面中的至少一个上具有一槽型(12),用于在所述元件的相互运动中通过表面之间的介质如空气或液体产生一个泵效果,以便于在相互运动中形成防止表面物理接触的薄膜,其特征在于所述表面上的槽型通过在表面上涂抹一薄喷层,以在所述槽(12)之间形成凸出脊(13)的形式得到。
文档编号F16CGK1307189SQ00135688
公开日2001年8月8日 申请日期2000年12月15日 优先权日1999年12月17日
发明者汉斯·斯约斯托姆, 伯耶·安德森 申请人:Skf诺瓦股份公司