滾動(dòng)軸承保持架和制造滾動(dòng)軸承保持架的方法

專(zhuān)利名稱：滾動(dòng)軸承保持架和制造滾動(dòng)軸承保持架的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實(shí)施例均涉及一種滾動(dòng)軸承保持架和制造滾動(dòng)軸承保持架的方法。
背景技術(shù)：
在許多機(jī)器和組件中都會(huì)出現(xiàn)某一部件相對(duì)于同一個(gè)或另一個(gè)機(jī)器或機(jī)器組件的另一個(gè)部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在此，所涉及的可以是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者直線運(yùn)動(dòng)。在此，通常要力求引導(dǎo)相關(guān)部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但是仍然要傳遞在垂直于相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向的某一方向中出現(xiàn)的力和/或者扭矩。換句話說(shuō)，在很多機(jī)器中要力求支承相關(guān)結(jié)構(gòu)元件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為此可 使用軸承。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的類(lèi)型，所述軸承可以是直線軸承或者用于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軸承。在此可區(qū)分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承。第一種是通過(guò)滑軌引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)，第二種的滾動(dòng)體在滾動(dòng)軸承的兩個(gè)滾道之間滾動(dòng)并且因此相對(duì)于兩個(gè)滾道運(yùn)動(dòng)。通常將滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體鎖定或固定在滾動(dòng)軸承保持架內(nèi)相應(yīng)的3 孔之中。在此，滾動(dòng)軸承保持架主要會(huì)影響滾動(dòng)軸承對(duì)于某種應(yīng)用情況的適用性。此外，其主要作用是使得滾動(dòng)體保持間距，以便防止相鄰滾動(dòng)體之間直接接觸，從而減小軸承內(nèi)的摩擦和因此減小熱量的生成。其還可以使得滾動(dòng)體在整個(gè)圓周范圍內(nèi)均勻分布，從而能夠均勻分布載荷，使得滾動(dòng)軸承和相應(yīng)機(jī)器更加穩(wěn)定、均勻地運(yùn)轉(zhuǎn)，必要時(shí)也可以在卸載區(qū)域內(nèi)引導(dǎo)滾動(dòng)體，并且必要時(shí)由此改善軸承內(nèi)的滾動(dòng)條件，避免有害的滑動(dòng)，也可以必要時(shí)在安裝或者拆卸非自鎖軸承時(shí)防止?jié)L動(dòng)體掉落。滾動(dòng)體受到摩擦力、扭力和慣性力的機(jī)械負(fù)荷作用。因此造型和材料選擇對(duì)于滾動(dòng)軸承保持架的性能以及軸承的工作可靠性而言具有決定意義。在某些應(yīng)用情況下，滾動(dòng)軸承保持架可能會(huì)遭受非常大的力。對(duì)此，例如是具有較大尺寸的軸承、某些結(jié)構(gòu)型式的滾動(dòng)軸承(例如調(diào)心滾子軸承(SRB =英語(yǔ)SphericalRoller Bearing)),以及用于確定應(yīng)用情況的滾動(dòng)軸承,例如用于壓縮機(jī)和其它具有很高轉(zhuǎn)速和/或者很高靜態(tài)或動(dòng)態(tài)載荷的應(yīng)用可算為這些情況。通常將其它保持架材料用于這些應(yīng)用情況，例如黃銅和鋼板。這些保持架材料盡管能夠基本滿足機(jī)械特性要求，但是仍然有其它負(fù)面特性。例如用這些材料制成的部件通常有很大的重量，并且有很高的摩擦系數(shù)。除此之外，其成本和制造費(fèi)用也很昂貴。例如可以利用通過(guò)溫度和/或者壓力使得塑料塑化的注塑方法，以成本低廉和/或者經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行生產(chǎn)，可使用的塑料例如有熱塑性塑料。迄今為止如此制成的常規(guī)塑料保持架并不能實(shí)現(xiàn)這些機(jī)械特性。一方面保持架材料需要有很高的抗拉強(qiáng)度與剛度，才能在負(fù)荷作用下變形很小(例如在很大的離心力中)，另一方面如果沖擊負(fù)荷很大，則還要有很高的韌性和斷裂伸長(zhǎng)率才能滿足較大的抗沖性能，因此對(duì)滾動(dòng)軸承保持架及其材料的要求有時(shí)是對(duì)立的，可以購(gòu)得的熱塑性塑料無(wú)法同時(shí)滿足這些要求。若為常規(guī)的短纖維增強(qiáng)型熱塑性塑料，盡管提高玻璃纖維或者碳纖維的含量可以增大塑料的抗拉強(qiáng)度和剛度，但是對(duì)于承受大負(fù)荷的軸承保持架而言，隨著纖維含量的增大，斷裂伸長(zhǎng)率和/或者韌性將會(huì)隨之減小，并且可能會(huì)引起脆性的材料特性。因此會(huì)因?yàn)槌^(guò)斷裂伸長(zhǎng)率而導(dǎo)致保持架斷裂。反之如果減小熱塑性塑料中的纖維含量來(lái)保持設(shè)計(jì)規(guī)定的斷裂伸長(zhǎng)率，則抗拉強(qiáng)度和剛度通常就會(huì)下降，例如彈性模量就會(huì)大幅度下降，從而會(huì)因?yàn)槌^(guò)斷裂應(yīng)力而導(dǎo)致保持架斷裂。但是從另一方面來(lái)說(shuō)，塑料保持架的特點(diǎn)是在經(jīng)過(guò)潤(rùn)滑的鋼表面上有良好的滑動(dòng)特性，而且在與滾動(dòng)體接觸的部位上保持架表面的粗糙度很小。與金屬保持架相比，塑料保持架通常具有比較小的保持架摩擦，因此在軸承內(nèi)產(chǎn)生的熱量比較少，從而有利于減小磨
損。除此之外，塑料保持架還有比金屬更小的材料密度，從而使得保持架的慣性力比較小。某些情況下塑料保持架也能具有良好的應(yīng)急運(yùn)轉(zhuǎn)特性，從而使得軸承即使在潤(rùn)滑完全失效的情況下尚能保持工作一段時(shí)間，而不會(huì)發(fā)生軸承卡死或者其它損害。因此存在用某種材料制造滾動(dòng)軸承保持架的需求，所述材料具有改善了剛度和/或者抗拉強(qiáng)度、同時(shí)改善了韌性和/或者抗沖性能的塑料滾動(dòng)軸承的特性。

發(fā)明內(nèi)容
這種需求通過(guò)一種滾動(dòng)軸承保持架滿足，其包括至少一個(gè)用于滾動(dòng)體的兜孔，所述滾動(dòng)軸承保持架由某種材料制成，該材料包括由碳長(zhǎng)纖維和/或者玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料，所述熱塑性塑料包括聚酰胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚醚酰亞胺、聚芳醚酮、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚乳酸、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚鄰苯二甲酰胺、聚甲醛、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚砜、聚苯醚、聚芳香酰胺、聚苯并咪唑或者液晶聚合物。這種需求還通過(guò)一種制造滾動(dòng)軸承保持架的方法滿足，該方法包括制備材料，所述材料包括由碳長(zhǎng)纖維增強(qiáng)或者玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料；并且用該材料形成滾動(dòng)軸承保持架。相關(guān)實(shí)施例均基于以下認(rèn)識(shí)用一種具有碳和/或者玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)型熱塑性塑料制成滾動(dòng)軸承保持架，就能用一種包含改善了剛度和/或者抗拉強(qiáng)度并且同時(shí)改善了韌性和/或者抗沖性能的熱塑性塑料的材料實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)軸承保持架的特性。形成長(zhǎng)纖維增強(qiáng)作用的纖維具有比作為基體的熱塑性塑料更高的剛度，因此可承受作用于滾動(dòng)軸承保持架的比較高的力和力矩。其中，作為基體的熱塑性塑料這樣嵌入在纖維之中，使纖維立體地固定，從而能夠?qū)⒘鬟f到纖維之中。除此之外，基體還可支撐纖維，防止由于折彎或者其它影響因素引起機(jī)械損傷。與常規(guī)纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料的區(qū)別在于，本發(fā)明所述的實(shí)施例通過(guò)長(zhǎng)纖維實(shí)現(xiàn)纖維增強(qiáng)作用。在此，可以通過(guò)具有至少I(mǎi)毫米平均長(zhǎng)度的纖維形成碳長(zhǎng)纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)和/或者玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。在此要注意這些纖維具有平均值至少為I毫米的統(tǒng)計(jì)分布，但也可以高于該值，例如至少為I. 5毫米，至少為2毫米或者至少為2. 5毫米。常規(guī)纖維(即短纖維)具有小于I毫米的平均長(zhǎng)度。與“連續(xù)纖維”的區(qū)別在于，本發(fā)明所述實(shí)施例中的纖維通常具有不超過(guò)50毫米的平均長(zhǎng)度，必要時(shí)不超過(guò)30毫米或者10毫米，以便減小機(jī)械荷載能力的各向異性。按照一種實(shí)施例所述的滾動(dòng)軸承保持架，可以通過(guò)纖維形成碳長(zhǎng)纖維增強(qiáng)和/或者玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)作用，所述纖維在材料中的含量至少為10%。這樣就能將滾動(dòng)軸承保持架中的力傳遞分布到一定數(shù)量的纖維上，從而可以改善剛度和/或者抗拉強(qiáng)度，同時(shí)改善韌性和/或者抗沖性能。按照其它實(shí)施例所述，纖維的含量至少為20%，至少30%或者至少40%。還可以適當(dāng)選擇所述材料的含量，使其不超過(guò)80%或者70%。這樣就能改善作為基體的熱塑性塑料的功能。所謂含量指的是質(zhì)量百分含量或者體積百分含量。按照一種實(shí)施例所述的滾動(dòng)軸承保持架，材料的缺口抗沖強(qiáng)度至少為20kJ/m2，斷裂應(yīng)力至少為200MPa，彈性模量至少為lOGPa。這樣就能將滾動(dòng)軸承保持架用于機(jī)械負(fù)荷較強(qiáng)的應(yīng)用。視所用的材料而定，實(shí)施例的缺口抗沖強(qiáng)度可以至少為28kJ/m2，斷裂應(yīng)力至少為280MPa，彈性模量至少為20GPa。按照一種實(shí)施例所述的滾動(dòng)軸承保持架，通過(guò)具有碳或者玻璃的纖維形成碳長(zhǎng)纖維增強(qiáng)和/或者玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)作用。其它實(shí)施例中的熱塑性塑料可以包括通過(guò)具有碳的纖維形成的碳長(zhǎng)纖維增強(qiáng)作用。這樣就能至少部分改善所述的機(jī)械特性。與玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)作用相比，必要時(shí)也可以通過(guò)碳長(zhǎng)纖維增強(qiáng)作用減小滾動(dòng)體摩擦，因?yàn)樘祭w維具有比玻璃纖維更小的研磨作用。 按照一種實(shí)施例所述的滾動(dòng)軸承保持架，熱塑性塑料可以包括聚酰胺(PA)、部分芳香族聚酰胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚芳醚酮(PEAK)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PO、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚鄰苯二甲酰胺(PPA)、聚甲醛(POM)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚砜(PSU，PESU)、聚苯醚(PPE)、聚芳香酰胺(PAMXD6)、聚苯并咪唑(PBI)或者液晶聚合物(LCP)。視滾動(dòng)軸承保持架的應(yīng)用情況而定，這些熱塑性塑料能夠以經(jīng)濟(jì)可行的方式良好地協(xié)調(diào)相關(guān)的機(jī)械特性。按照一種實(shí)施例所述的滾動(dòng)軸承保持架在此可以是整體構(gòu)造，或者可以由多個(gè)滾動(dòng)軸承保持架分段構(gòu)成。視應(yīng)用情況和實(shí)施例而定，例如可以形成整體或者單體的滾動(dòng)軸承保持架，不含可能起結(jié)構(gòu)弱化作用的連接結(jié)構(gòu)。若為多個(gè)滾動(dòng)軸承保持架分段構(gòu)成的多構(gòu)件式或多體式滾動(dòng)軸承保持架，則更加容易給滾動(dòng)軸承保持架裝配一個(gè)或多個(gè)滾動(dòng)體。由此，必要時(shí)也能更簡(jiǎn)單地將滾動(dòng)軸承保持架安裝到滾動(dòng)軸承中。一個(gè)滾動(dòng)軸承分段可以具有使得滾動(dòng)軸承分段與另一個(gè)滾動(dòng)軸承分段耦合或者連接的連接結(jié)構(gòu)。滾動(dòng)軸承保持架的用于滾動(dòng)體的兜孔也可以這樣設(shè)計(jì)，使得通過(guò)兜孔的形狀完全防止?jié)L動(dòng)體脫落，或者至少在一個(gè)方向通過(guò)形狀配合的接觸防止?jié)L動(dòng)體脫落。按照一種實(shí)施例所述的滾動(dòng)軸承保持架由一種材料制成，也就是完全由該材料制成，換句話說(shuō)，滾動(dòng)軸承保持架由該材料構(gòu)成。按照一種實(shí)施例所述的滾動(dòng)軸承保持架原則上可以用于直線滾動(dòng)軸承或者用于支承或引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)軸承。若為用于支承旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)軸承保持架，則滾動(dòng)軸承保持架可以具有沿著一段圓弧在至少300°范圍內(nèi)延伸的環(huán)形結(jié)構(gòu)。滾動(dòng)軸承保持架也可以是閉合的，也就是在360°范圍內(nèi)延伸。按照一種實(shí)施例所述，滾動(dòng)軸承保持架可以具有例如一種環(huán)繞的環(huán)形結(jié)構(gòu)，該環(huán)形結(jié)構(gòu)具有一個(gè)或多個(gè)過(guò)梁和/或者夾頭和/或者銷(xiāo)柱，以便構(gòu)成用于容納一個(gè)或多個(gè)滾動(dòng)體的一個(gè)或多個(gè)兜孔。按照一種實(shí)施例所述的滾動(dòng)軸承保持架可以用來(lái)將球形、圓柱形、錐形或截錐形、針形、桶形或者其它形狀的滾動(dòng)體固定在兜孔之中。
按照一種實(shí)施例所述的方法，滾動(dòng)軸承保持架的成型可以包括滾動(dòng)軸承保持架的注塑成型。注塑成型能夠以簡(jiǎn)單而且可靠的方式制造滾動(dòng)軸承保持架。


以下將參考附圖對(duì)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述和解釋。附圖I所示為按照一種實(shí)施例所述的滾動(dòng)軸承保持架的示意側(cè)視圖；以及附圖2所示為附圖I 所示滾動(dòng)軸承保持架的局部立體圖。
具體實(shí)施例方式在結(jié)合附圖I和2詳細(xì)說(shuō)明實(shí)施例和詳細(xì)解釋其工作原理之前，首先提請(qǐng)注意的是當(dāng)詳細(xì)探討相關(guān)實(shí)體本身、某一個(gè)實(shí)施例或多個(gè)實(shí)施例范圍內(nèi)的相關(guān)實(shí)體或者相關(guān)類(lèi)型的實(shí)體時(shí)，將使用本說(shuō)明部分中針對(duì)相關(guān)對(duì)象、結(jié)構(gòu)和其它實(shí)體概括的附圖標(biāo)記。這樣就能使得說(shuō)明部分更加緊湊簡(jiǎn)潔，因?yàn)榭梢员苊獠槐匾闹貜?fù)，只要沒(méi)有另外的明確說(shuō)明或者存在關(guān)聯(lián)性，則也可以將涉及到某個(gè)實(shí)體的說(shuō)明轉(zhuǎn)用于其它實(shí)施例中的其它實(shí)體。與此不同的是，如果標(biāo)識(shí)單個(gè)的實(shí)體，則使用基于相應(yīng)概括的附圖標(biāo)記的單獨(dú)的附圖標(biāo)記。在某一個(gè)實(shí)施例中或者在不同的實(shí)施例中出現(xiàn)的實(shí)體，其技術(shù)參數(shù)中的某些參數(shù)可以相同或者不同。例如某一個(gè)實(shí)施例中的多個(gè)實(shí)體的某一個(gè)參數(shù)可以相同，但是另一個(gè)參數(shù)則可以不同。附圖I所示為按照一種實(shí)施例所述的用于支承旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)軸承保持架100的示意側(cè)視圖。滾動(dòng)軸承保持架100具有沿著滾動(dòng)軸承保持架100的圓周方向完整延伸、也就是以360°延伸的環(huán)形結(jié)構(gòu)110。除此之外，滾動(dòng)軸承保持架100還具有多個(gè)圓形的凹缺120，這些凹缺構(gòu)成相應(yīng)數(shù)量的用于附圖I中并未繪出的滾動(dòng)體的兜孔130。在兩個(gè)相鄰的兜孔130之間分別形成過(guò)梁140。為了詳細(xì)闡述這一點(diǎn)，在附圖2中繪出了附圖I所示滾動(dòng)軸承保持架100的局部立體圖。在此，附圖2 —共顯示了四個(gè)凹缺120，基于圖2所示的局部圖僅僅不完整表示了其中的第一個(gè)凹缺120-1和第四個(gè)凹缺120-4。凹缺120呈圓形，因此可提供用于容納球形滾動(dòng)體的相適配的圓形兜孔130。在凹缺120之間，也就是在兜孔130之間形成附圖I中所示的過(guò)梁140，這些過(guò)梁從環(huán)形結(jié)構(gòu)110的邊緣開(kāi)始在環(huán)形結(jié)構(gòu)110以及滾動(dòng)軸承保持架100的圓周方向上具有朝向其中心逐漸減小的寬度。當(dāng)然也可以實(shí)現(xiàn)其它幾何形狀的實(shí)施例。例如凹缺120或兜孔130可以不同于附圖I和2中所示的實(shí)施例，并非布置在環(huán)形結(jié)構(gòu)110中央，而是沿著垂直于滾動(dòng)軸承保持架100的圓周方向和徑向的方向側(cè)向偏置。例如可以將凹缺120適當(dāng)移動(dòng)到環(huán)形結(jié)構(gòu)110的外側(cè)邊界，使得凹缺120不再呈圓形，而是僅僅形成一個(gè)圓弧段。在這種情況下，也可將過(guò)梁140稱作夾頭。滾動(dòng)軸承保持架100的實(shí)施例也包括用于其它滾動(dòng)體或其它滾動(dòng)體形狀的實(shí)施例。除了球形滾動(dòng)體(球體)之外，按照相關(guān)實(shí)施例所述，也可以提供用于桶形滾動(dòng)體、針形滾動(dòng)體、錐形滾動(dòng)體或截錐形滾動(dòng)體、桶形滾動(dòng)體和針形滾動(dòng)體的滾動(dòng)軸承保持架100。按照一種實(shí)施例所述的滾動(dòng)軸承保持架100可以是整體構(gòu)造，或者可以由多個(gè)滾動(dòng)軸承保持架分段構(gòu)成多構(gòu)件式。若為整體或單體構(gòu)造，就可以避免可能有結(jié)構(gòu)弱化作用的連接結(jié)構(gòu)。但是，這恰恰會(huì)使得各種類(lèi)型滾動(dòng)軸承保持架的制造、裝配或安裝變得很困難。這種構(gòu)造恰恰適合于較大的滾動(dòng)軸承保持架100。若為多個(gè)滾動(dòng)軸承保持架分段構(gòu)成的多構(gòu)件式滾動(dòng)軸承保持架100，則更加容易給滾動(dòng)軸承保持架100裝配一個(gè)或多個(gè)滾動(dòng)體，由此也能必要時(shí)簡(jiǎn)化地將滾動(dòng)軸承保持架100安裝到滾動(dòng)軸承之中。每一個(gè)滾動(dòng)軸承分段可以具有使得滾動(dòng)軸承分段與另一個(gè)滾動(dòng)軸承分段耦合或者連接的連接結(jié)構(gòu)。因此，例如每一個(gè)滾動(dòng)軸承保持架分段可以具有一個(gè)榫頭和一個(gè)用來(lái)容納該 榫頭的凹槽。滾動(dòng)軸承保持架100的滾動(dòng)軸承保持架分段可以相同或者不同。也可以這樣選擇地設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承保持架100的滾動(dòng)體的兜孔130，使得通過(guò)兜孔130的形狀完全防止?jié)L動(dòng)體脫落，或者至少在一個(gè)方向通過(guò)形狀配合接觸防止?jié)L動(dòng)體脫落。滾動(dòng)軸承保持架100可以不同于附圖I所示的實(shí)施例，也可以在圓周方向小于360°角度的范圍內(nèi)延伸。換句話說(shuō)，滾動(dòng)軸承保持架100也可以不閉合，但在這種情況下通常在至少320°的范圍內(nèi)延伸。除此之外，還可以按照其它實(shí)施例所述將環(huán)形結(jié)構(gòu)110設(shè)計(jì)成波浪形或者多次彎曲的結(jié)構(gòu)，從而可通過(guò)厚度相同或者只有細(xì)微偏差的環(huán)形結(jié)構(gòu)100的至少一段構(gòu)成過(guò)梁140或夾頭,例如這種偏差可以不大于30%。除了附圖I和2中所示用于引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)軸承保持架100之夕卜，按照相關(guān)的實(shí)施例所述，也可以設(shè)計(jì)用于直線導(dǎo)軌或直線滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)軸承保持架。在這種情況下建議至少部分不同于結(jié)合附圖I和2所述的環(huán)形。可以將這些滾動(dòng)軸承保持架設(shè)計(jì)成可以彎曲和/或者直線形構(gòu)造。滾動(dòng)軸承保持架100的實(shí)施例的共性在于，這些滾動(dòng)軸承保持架均由一種材料制成，該材料包括使用碳長(zhǎng)纖維和/或者玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料。如前所述，使用長(zhǎng)纖維進(jìn)行增強(qiáng)可以實(shí)現(xiàn)利用常規(guī)纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)的機(jī)械特性。按照一種實(shí)施例所述的材料可以改善剛度和/或抗拉強(qiáng)度，同時(shí)可以改善韌性和/或者抗沖性能，方法是使用玻璃長(zhǎng)纖維和/或者碳長(zhǎng)纖維進(jìn)行增強(qiáng)。形成長(zhǎng)纖維增強(qiáng)作用的纖維具有比作為基材的熱塑性塑料更高的剛度，因此可承受作用于滾動(dòng)軸承保持架的比較高的力和力矩。在此，作為基體的熱塑性塑料適當(dāng)嵌入在纖維之中使其立體地固定，從而能夠?qū)⒘鬟f到纖維之中。除此之外，基體還可支撐纖維，防止折彎或者其它影響因素引起機(jī)械損傷。與常規(guī)纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料的不同之處在于，起到增強(qiáng)作用的長(zhǎng)纖維具有至少I(mǎi)毫米的平均長(zhǎng)度，其中，這些纖維在長(zhǎng)度方面具有統(tǒng)計(jì)分布。平均值至少為I毫米，但也可以高于該值，例如至少I(mǎi). 5毫米、至少2毫米或者至少2. 5毫米。與此不同的是，常規(guī)的短纖維則具有I毫米以下的平均長(zhǎng)度，同時(shí)“連續(xù)纖維”的長(zhǎng)度則大于50毫米。計(jì)算數(shù)據(jù)和部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，由于長(zhǎng)纖維的長(zhǎng)度較大，會(huì)使得作為基體的熱塑性塑料承受比較少的負(fù)荷，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)熱塑性塑料更好地將力傳遞到長(zhǎng)纖維上。因此較長(zhǎng)的纖維也可以使得材料的機(jī)械負(fù)荷能力變大。當(dāng)然由于注塑成型過(guò)程中的可加工性也會(huì)隨著纖維長(zhǎng)度的增大而變差，因此建議將纖維的長(zhǎng)度限制為最大50毫米，必要時(shí)可限制為最大30毫米或者最大10毫米。因此，例如若為用于支承旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)軸承保持架，則建議限制纖維長(zhǎng)度。
長(zhǎng)纖維通常在材料中的含量至少為10%，以便將滾動(dòng)軸承保持架中的力傳遞分布到較大數(shù)量的纖維上，從而改善剛度和/或者抗拉強(qiáng)度，同時(shí)改善韌性和/或者抗沖性能。在此，實(shí)驗(yàn)也表明，提高長(zhǎng)纖維的含量可以改善機(jī)械特性。因此材料可以含有至少30 %或至少40%的長(zhǎng)纖維。但是為了不對(duì)作為基體的熱塑性塑料的功能造成負(fù)面影響，可以適當(dāng)選擇纖維含量，使其不超過(guò)80%或70%。所謂含量指的是質(zhì)量百分含量或者體積百分含量。在介紹各個(gè)結(jié)果之前，可以首先總結(jié)如下按照一種實(shí)施例所述的滾動(dòng)軸承保持架100的材料可以達(dá)到至少20kJ/m2的缺口抗沖強(qiáng)度、至少200MPa的斷裂應(yīng)力和至少I(mǎi)OGPa的彈性模量。有一些材料也可以達(dá)到更高的值，例如至少28kJ/m2的缺口抗沖強(qiáng)度，至少280MPa的斷裂應(yīng)力和至少20GPa的彈性模量。這些纖維均包括碳或玻璃。首批試驗(yàn)表明碳長(zhǎng)纖維增強(qiáng)能夠符合發(fā)展趨勢(shì)地實(shí)現(xiàn)更高的機(jī)械負(fù)荷能力。
按照一種實(shí)施例所述的滾動(dòng)軸承保持架，熱塑性塑料可以包括例如聚酰胺(PA)、部分芳香族聚酰胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚芳醚酮(PEAK)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚鄰苯二甲酰胺(PPA)、聚甲醛(POM)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚砜(PSU，PESU)、聚苯醚(PPE)、聚芳香酰胺(PAMXD6)、聚苯并咪唑(PBI)或者液晶聚合物(LCP)。在此，首先將這兩種長(zhǎng)纖維增強(qiáng)方式與上述每一種熱塑性塑料組合使用。因此該材料可以包括使用碳長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的聚酰胺(PA)、部分芳香族聚酰胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚芳醚酮(PEAK)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚鄰苯二甲酰胺(PPA)、聚甲醛(POM)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚砜(PSU，PESU)、聚苯醚(PPE)、聚芳香酰胺(PAMXD6)、聚苯并咪唑(PBI)或者液晶聚合物(LCP)。同樣也可以包括使用玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的聚酰胺(PA)、部分芳香族聚酰胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚芳醚酮(PEAK)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚鄰苯二甲酰胺(PPA)、聚甲醛(POM)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亞胺(PD、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚砜(PSU，PESU)、聚苯醚(PPE)、聚芳香酰胺(PAMXD6)、聚苯并咪唑(PBI)或者液晶聚合物(LCP)。同樣也可以包括混合使用玻璃長(zhǎng)纖維和碳長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的聚酰胺(PA)、部分芳香族聚酰胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚芳醚酮(PEAK)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚碳酸酯(PC)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚鄰苯二甲酰胺(PPA)、聚甲醛(POM)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚砜(PSU，PESU)、聚苯醚(PPE)、聚芳香酰胺(PAMXD6)、聚苯并咪唑(PBI)或者液晶聚合物(LCP)。視滾動(dòng)軸承保持架的應(yīng)用情況而定，這些熱塑性塑料能夠以經(jīng)濟(jì)可行的方式良好協(xié)調(diào)相關(guān)的機(jī)械特性。按照一種實(shí)施例所述的滾動(dòng)軸承保持架100由一種材料制成，也就是完全由該材料制成，換句話說(shuō)，滾動(dòng)軸承保持架由該材料構(gòu)成。例如可以利用滾動(dòng)軸承保持架100的一種制造方法實(shí)施例來(lái)制造這種滾動(dòng)軸承保持架。這種實(shí)施例包括制備一種包括碳長(zhǎng)纖維和/或者玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)型熱塑性塑料的材料，以及用該材料形成滾動(dòng)軸承保持架100。例如可以采用將相應(yīng)材料的粒子供應(yīng)給注射成型機(jī)的方式執(zhí)行所述的制備步驟。滾動(dòng)軸承保持架100的成型可以包括滾動(dòng)軸承保持架100的注塑成型。注塑成型能夠以簡(jiǎn)單而且可靠的方式制造滾動(dòng)軸承保持架100。為此可利用一臺(tái)注塑成型機(jī)，在注塑成型機(jī)的注射單元中使得長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料材料在壓力和/或者升高的溫度作用下塑化，然后將其注射到注塑成型模具之中。 注塑成型模具的空腔或型腔決定滾動(dòng)軸承保持架100的形狀和表面結(jié)構(gòu)。在此，使用注塑成型法時(shí)的溫度取決于材料的精確成分，即例如熱塑性塑料的成分。但是這些溫度應(yīng)在熔化溫度范圍之內(nèi)，并且適合于相應(yīng)的材料。當(dāng)然也可以按照一種實(shí)施例所述使用其它方法來(lái)制造滾動(dòng)軸承保持架100。一種實(shí)施例包括例如利用擠出成型、熱擠出成型、澆注成型、壓制成型或者燒結(jié)成型(激光燒結(jié)成型)方法進(jìn)行成型。如果滾動(dòng)軸承保持架100的制造方法實(shí)施例基于擠出成型法或者熱擠出成型法，則材料的制備可以包括在適合于例如該材料和擠出成型機(jī)的精確程序中或必要時(shí)以優(yōu)化形狀(擠出成型物)制備長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料擠出成型。滾動(dòng)軸承保持架100的成型在這種情況下可以包括多個(gè)子步驟?？梢允紫仍谠紨D出成型過(guò)程中由擠出成型物(即所制備的材料)擠出成型制成一種坯料，其形式例如是擠出成型管材、擠出成型型材、擠出成型板材或者其它可以利用擠出成型法制成的基本形狀。然后可以在一道或者多道可選的機(jī)械加工步驟中將利用擠出成型法獲得的基本形狀繼續(xù)加工成滾動(dòng)軸承保持架100。這些可選的機(jī)械加工步驟包括例如對(duì)基本形狀或者經(jīng)過(guò)繼續(xù)加工的基本形狀進(jìn)行銑削、鉆孔、磨削、拋光或者車(chē)削。換句話說(shuō)，擠出成型過(guò)程可產(chǎn)生半成品，然后在一道或多道加工步驟中(機(jī)械加工)將半成品繼續(xù)加工成為成品，也就是加工成為滾動(dòng)軸承保持架100。換句話說(shuō)，可以從擠出成型管材、型材或者板材形成滾動(dòng)軸承保持架100。如果滾動(dòng)軸承保持架100的制造方法實(shí)施例包括澆注成型或壓制成型，則首先制備材料，然后在滾動(dòng)軸承保持架100的成型范圍中將該材料繼續(xù)加工成為滾動(dòng)軸承保持架。視所使用的加工工藝而定，建議在一種至少適合于該加工工藝、甚至并非最適合于該加工工藝的模具中制備材料。然后滾動(dòng)軸承保持架100的真正成型包括對(duì)材料進(jìn)行壓制成型或者澆注成型。視具體的工藝控制而定，有可能已經(jīng)產(chǎn)生了成品滾動(dòng)軸承保持架100。按照其它實(shí)施例所述，也可以首先產(chǎn)生一種基體或半成品，例如澆注成型或者壓制成型管材、形成、塊料形狀或者其它基本形狀的半成品。在這種情況下可以采用之前所述的一種或多種可選的機(jī)械加工方法將所獲得的基本形狀(半成品)繼續(xù)加工成為成品，也就是加工成為滾動(dòng)軸承保持架100。實(shí)施例也可以包括燒結(jié)成型或者激光燒結(jié)成型。在這種情況下，材料的制備可以包括例如制備長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料作為粉末混合物。當(dāng)然必要時(shí)也可以考慮采用其它制備材料的形式，只要至少與將要使用的加工工藝兼容即可。然后滾動(dòng)軸承保持架100的成型可以包括原本的燒結(jié)成型或者激光燒結(jié)成型。在此可行的是，在此過(guò)程中就已產(chǎn)生了成品滾動(dòng)軸承保持架100。但是通常也可以首先形成半成品(基本形狀)，然后采用以上所述的一道或者多道可選的機(jī)械加工工序?qū)⑵淅^續(xù)加工成為滾動(dòng)軸承保持架100。在滾動(dòng)軸承保持架100的成型過(guò)程中通過(guò)唯一的一道加工步驟就已形成滾動(dòng)軸承保持架100的方法通常要求使用負(fù)荷能力較高的專(zhuān)用模具，例如注塑成型模具，因此必須能夠承受較高的壓力、溫度或者其它加工條件。對(duì)于某些應(yīng)用而言，這些要求會(huì)使得相應(yīng)模具的制造變得無(wú)利可圖。因此，若為單個(gè)的滾動(dòng)軸承保持架100、小批量滾動(dòng)軸承保持架100或者特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，寧可使用一種有利可圖的方法，即首先制成半成品，然后通過(guò)一種單步或多步機(jī)械
加工方法繼續(xù)加工成為成品。例如頂級(jí)賽車(chē)運(yùn)動(dòng)就是對(duì)滾動(dòng)軸承保持架100的件數(shù)和機(jī)械負(fù)荷有要求的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。例如可以將聚酰胺作為基體材料，用可以加工的碳長(zhǎng)纖維增強(qiáng)型(C-LFT)的熱塑性塑料制造滾動(dòng)軸承或者滾動(dòng)軸承保持架100。如試驗(yàn)結(jié)果所示,這些材料與同類(lèi)碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料相比，可以將斷裂應(yīng)力提高70%達(dá)到300MPa，同時(shí)能夠?qū)⑷笨诳箾_強(qiáng)度翻倍增加到30kJ/m。如果使用一種由含量為30%的碳長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的部分芳香聚酰胺，則與通常所用的材料相比可以改善材料特性值，可將斷裂應(yīng)力從大約120MPa提高到大約300MPa，將彈性模量從大約6500MPa提高到大約23000MPa，將缺口抗沖強(qiáng)度從大約10kJ/m2提高到大約30kJ/m2。在此，該材料的密度可以在大約I. 2g/cm3 I. 3g/cm3范圍之內(nèi)。通過(guò)使用一種由含量為40%的碳長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的聚酰胺也很可能進(jìn)一步提高機(jī)械特性值，即使在此尚未給出全部數(shù)據(jù)。以一種聚酰胺作為熱塑性塑料進(jìn)行的首批試驗(yàn)表明，纖維的百分含量為30%時(shí)可達(dá)到大約25kJ/m的抗沖缺口強(qiáng)度，纖維的百分含量為40%時(shí)可達(dá)到大約30kJ/m2。纖維的百分含量為30%時(shí)可達(dá)到稍低于250MPa的斷裂應(yīng)力；纖維的百分含量為30%時(shí)可達(dá)到大約為18GPa的彈性模量，纖維的百分含量為30%時(shí)可達(dá)到25GPa?？偠灾?，對(duì)于某些材料組合而言，可通過(guò)用量為60%的實(shí)施例增加剛度，用量為70%則可提高斷裂應(yīng)力。按照一種實(shí)施例所述將碳長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料用于滾動(dòng)軸承保持架100并不僅限于長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料聚酰胺基體或者部分芳香聚酰胺。也可以通過(guò)碳長(zhǎng)纖維或者玻璃長(zhǎng)纖維改善其它熱塑性塑料基體(例如以上所述的PEEK或者PES)的材料特性值。按照相關(guān)實(shí)施例所述，也可以使用上述材料替代黃銅或鋼板，例如可將C-LFT用于滾動(dòng)軸承保持架100。必要時(shí)可將這些實(shí)施例應(yīng)用于大型軸承，例如LSB保持架分段(LSB=Large Size Bearings =大型軸承)或者大型CRB軸承(CRB = Cylinder Roller Bearing=圓柱滾子軸承)。必要時(shí)也可以將其用于轉(zhuǎn)速極高的軸承以及迄今為止無(wú)法使用塑料保持架的軸承。后者例如有調(diào)心滾子軸承(SRB = Spherical Roller Bearing)、以及CARB軸承(CARB = Compact Aligning Roller Bearing =緊湊型調(diào)心滾子軸承)。必要時(shí)也可以采用研磨作用比玻璃纖維更少的碳纖維來(lái)實(shí)現(xiàn)更小的滾動(dòng)體或滾子磨損。
附圖標(biāo)記清單100滾動(dòng)軸承保持架110環(huán)形結(jié)構(gòu)
120 凹缺130 兜孔140 過(guò)梁
權(quán)利要求
1.一種用于容納滾動(dòng)體的滾動(dòng)軸承保持架(loo),包括至少一個(gè)用于滾動(dòng)體的覽孔(130)，所述滾動(dòng)軸承保持架(100)由一種材料制成，該材料包括一種由碳長(zhǎng)纖維和/或者玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料，所述熱塑性塑料包括聚酰胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚醚酰亞胺、聚芳醚酮、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚乳酸、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚鄰苯二甲酰胺、聚甲醛、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚砜、聚苯醚、聚芳香酰胺、聚苯并咪唑或者液晶聚合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的滾動(dòng)軸承保持架(10 0)，其特征在于，通過(guò)平均長(zhǎng)度至少為Imm的纖維形成碳或玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的滾動(dòng)軸承保持架(100)，其特征在于，通過(guò)在所述材料中的含量至少為10%的纖維形成所述碳長(zhǎng)纖維增強(qiáng)和/或者玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)作用。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)軸承保持架(100)，其特征在于，所述材料具有至少為20kJ/m2的缺口抗沖強(qiáng)度、至少為200MPa的斷裂應(yīng)力和至少為IOGPa的彈性模量。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)軸承保持架(100)，其特征在于，通過(guò)具有碳或者玻璃的纖維形成所述碳長(zhǎng)纖維增強(qiáng)或者玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)作用。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)軸承保持架(100)，其特征在于，所述熱塑性塑料包括通過(guò)具有碳的纖維形成的碳長(zhǎng)纖維增強(qiáng)作用。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的滾動(dòng)軸承保持架(100)，其特征在于，所述滾動(dòng)軸承保持架(100)設(shè)計(jì)為一體式或由多個(gè)滾動(dòng)軸承保持架分段構(gòu)成的多體式。
8.—種制造滾動(dòng)軸承保持架(100)的方法，包括 制備材料，所述材料包括由碳長(zhǎng)纖維或者玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料；并且 用該材料成型所述滾動(dòng)軸承保持架(100)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述滾動(dòng)軸承保持架(100)的成型包括所述滾動(dòng)軸承保持架(100)的注塑成型。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述滾動(dòng)軸承保持架(100)的成型包括擠出成型、熱擠出成型、澆注成型、壓制成型、燒結(jié)成型或者激光燒結(jié)成型。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在擠出成型、熱擠出成型、澆注成型、壓制成型、燒結(jié)成型或者激光燒結(jié)成型過(guò)程中首先制成半成品，并且所述滾動(dòng)軸承保持架(100)的成型包括對(duì)半成品進(jìn)行機(jī)械加工，由此制成所述滾動(dòng)軸承保持架(100)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述制造半成品是指制造管材、型材、板材或者塊料形狀的半成品。
全文摘要
按照一種實(shí)施例所述的用于容納滾動(dòng)體的滾動(dòng)軸承保持架(100)包括至少一個(gè)用于滾動(dòng)體的兜孔(130)，所述滾動(dòng)軸承保持架(100)由一種材料制成，該材料包括一種由碳長(zhǎng)纖維和/或者玻璃長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料。
文檔編號(hào)F16C33/56GK102748393SQ20121023913
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
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