青銅襯套和磨損表面的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種襯套，包括具有第一軸端、第二軸端和中心開口的青銅背襯層，所述襯套具有圓柱形狀和多孔青銅層。PTFE或其它合適的低摩擦材料浸漬到在所述襯套的徑向內(nèi)表面或外表面之一處的所述多孔青銅層中。PTFE或其它合適的低摩擦材料局部層鄰近所述浸漬的層設(shè)置。所述襯套可任選地包括法蘭，所述法蘭也包括所述青銅背襯層、所述多孔青銅和浸漬的層、以及在軸向內(nèi)表面或外表面上的局部層。
【專利說明】青銅襯套和磨損表面

【背景技術(shù)】
[0001] 公開的實施例總地涉及襯套（bushing)。更具體地公開的實施例涉及具有浸漬的 (impregnated)聚合物層和局部（topical)聚合物層的青銅（bronze)合金襯套。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 襯套包括具有第一軸端、第二軸端和中心開口的青銅背襯層，所述襯套具有圓柱 形狀和多孔青銅層。聚合物例如PTFE或其它合適的低摩擦材料浸漬到在所述襯套的徑向 內(nèi)表面或外表面之一處的所述多孔青銅層中。聚合物局部層例如PTFE或其它合適的低摩 擦材料鄰近所述浸漬的聚合物層設(shè)置。所述襯套可任選地包括法蘭，所述法蘭也包括所述 青銅背襯層、所述多孔青銅和浸漬的聚合物、以及在軸向內(nèi)表面或外表面上的聚合物局部 層。在所述襯套接收徑向負(fù)荷時，所述法蘭容許利用在軸向上的載荷。
[0003] 開發(fā)這樣的襯套將是合乎需要的：所述襯套具有降低的摩擦、增加的載荷容量、增 加的襯套壽命且其可代替具有摩擦、磨損或強度問題的現(xiàn)有襯套。
[0004] 以上概述的特征中的所有將理解為僅是示例性的且本發(fā)明的許多更多的特征和 目標(biāo)可從本文中的公開內(nèi)容找到。因此，在不進(jìn)一步閱讀整個說明書、權(quán)利要求書和同此包 括的附圖的情況下，沒有該
【發(fā)明內(nèi)容】
的限制性解釋將被理解。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005] 通過參考結(jié)合附圖考慮的實施例的下列描述，本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點、 以及實現(xiàn)它們的方式將變得更加明晰，且將更好地理解襯套，其中：
[0006] 圖1為位于致動器臂中的青銅襯套和磨損區(qū)域的一個實施例的透視圖。
[0007] 圖2為圖1的青銅襯套和致動器臂的一個實施例的截面圖。
[0008] 圖3為至少一個示例性青銅襯套和在所述襯套的一個徑向側(cè)上的磨損區(qū)域的詳 細(xì)截面圖。
[0009] 圖4為至少一個示例性青銅襯套和在所述襯套的相對徑向側(cè)上的磨損區(qū)域的詳 細(xì)截面圖。
[0010] 圖5為另外的示例性青銅襯套的詳細(xì)截面圖，所述青銅襯套在所述青銅襯套的兩 側(cè)上具有磨損區(qū)域。
[0011] 圖6為闡明用于形成具有磨損區(qū)域的示例性青銅襯套的至少一個系列的步驟的 流程圖。

【具體實施方式】
[0012] 最初參考圖1-6,描繪PTFE浸漬的青銅襯套的不同實施例，其容許有增加的屈服 強度以及在于升高的溫度下的磨損測試中和高負(fù)荷致動過程中的改善的結(jié)果。所述襯套結(jié) 構(gòu)可形成為在軸向和徑向定向表面兩者中都具有磨損區(qū)域。
[0013] 現(xiàn)在參考圖1，襯套100以位于示例性致動器110的接頭112內(nèi)的透視圖示出。致 動器110為桿狀結(jié)構(gòu)，其移動從而容許在接頭112處的繞軸旋轉(zhuǎn)并接收在接頭112處負(fù)載 的力。這僅是示例性的以用于描述襯套100的一種用途，但其它的用途被設(shè)想且應(yīng)被考慮 在本教導(dǎo)的范圍內(nèi)。通過具有增加的屈服強度，同時仍保持輕的重量，相對于聚合物型襯 套，襯套100提供改善的磨損和負(fù)載特性。在不同的應(yīng)用領(lǐng)域（包括但不限于航空工業(yè)） 中，這是高度合乎需要的。襯套100具有至少30ksi的屈服強度且更優(yōu)選可具有50ksi的 屈服強度。最優(yōu)選地，襯套100可具有至少lOOksi的屈服強度。如將進(jìn)一步理解的，根據(jù) 一個實施例，襯套100包括對于徑向向內(nèi)的表面、向外的表面或這兩個表面的磨損區(qū)域并 且也可具有軸向向內(nèi)的磨損表面、向外的磨損表面或這兩個磨損表面。
[0014] 根據(jù)一個實施例，襯套100還可包括在襯套100的軸端處的法蘭120。法蘭120抵 靠接頭112的開口的一側(cè)定位。法蘭120、220提供用于經(jīng)受軸向載荷和抗磨損性的表面。 在接頭112的底側(cè)為第二襯套200。盡管示出了兩個襯套，但應(yīng)理解，單一襯套可形成為延 伸貫穿整個接頭112。另外，可替代地形成一個或多個襯套100、200而沒有法蘭120、220。
[0015] 在一個示例性實施例中，襯套100、200是關(guān)于主軸A對稱的，意味著襯套100、200 不是沿著軸A的方向劈開或切開的。根據(jù)一個實施例，非劈開的襯套以沖壓（stamping)或 基于壓力的方法形成。在一種替代方案中，襯套100、200可以鑄造方法形成或以另外的方 式模塑。然而，在替代性實施例中，所述襯套可為劈開的，如在輥彎成型或其它方法中的情 況。因此，盡管一個實施例被顯示為是在軸向上未劈開的，但這樣的結(jié)構(gòu)不應(yīng)被認(rèn)為是限制 性的，除非明確地聲明。
[0016] 一個實施例的襯套100、200是基于青銅合金材料。青銅合金可為稱作C63020或 C63000的類型且可另外地為不含鉛的以用于環(huán)境安全和健康的目的?；蛘撸绻鲆r套 是鑄造的，則所述青銅合金可為C95510。
[0017] 現(xiàn)在參考圖2,在致動器接頭112內(nèi)示出了襯套100、200的截面?zhèn)纫晥D。從該視 圖，清楚地顯示了法蘭結(jié)構(gòu)120、220。法蘭120、220在該襯套100、200的制造期間部分地形 成，在該襯套100、200的制造期間，將片材材料在沖壓期間保持以形成襯套的圓柱形部分。 所述沖壓過程容許之前討論的非劈開設(shè)計。法蘭120、220為形成襯套100、200的片材的剩 余部分。法蘭120、220不是必需部件且在可制造過程期間通過例如切割或研磨除去。然而， 在致動器110的本實施例中，利用法蘭120以接收軸向負(fù)荷且為接頭112提供軸向磨損表 面。
[0018] 襯套100也示出有徑向內(nèi)表面140和徑向外表面142。襯套100的這些表面從第 一軸端144延伸到第二軸端146并進(jìn)一步包括中心開口 148。法蘭120可從第一或第二軸 端144、146延伸。
[0019] 現(xiàn)在參考圖3,描繪襯套100的一部分的詳細(xì)截面圖，在所述結(jié)構(gòu)的徑向外層處為 青銅背襯層130。背襯層130由青銅C63020或C63000形成?；蛘?，如果形成鑄造部件，則 所述青銅可為C95510。如前所述，所述合金合乎需要地是不含鉛的且具有約29密耳的在徑 向方向上的厚度。所述青銅可進(jìn)一步包括約5-15%的鋁且優(yōu)選約10%的鋁。所述合金也 可包括約1 - 10%的鋁。所述合金也可包括約1 - 10%的鐵且優(yōu)選3%的鐵。所述合金另外 包括3-10 %的鎳且更優(yōu)選5 %的鎳。
[0020] 在所述青銅合金背襯層130之上為包括青銅和低摩擦材料的浸漬的層132。浸漬 的層132由粉末狀青銅134形成，粉末狀青銅134撒在或位于背襯層130上且例如通過燒 結(jié)結(jié)合。這提供多孔青銅134,其隨后用低摩擦材料136例如聚四氟乙烯（PTFE)浸漬。由 于PTFE的杰出的對升高的溫度、化學(xué)反應(yīng)、腐蝕和應(yīng)力嫁接（grafting)的耐受性，而利用 PTFE。浸漬的層132具有比根據(jù)所描繪的示例性實施例的背襯層130的厚度小的厚度?？?利用其它的低摩擦材料136,例如聚合物例如聚乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺、PEEK可被用于浸 漬多孔青銅層134。另外，低摩擦材料136還可包括固體潤滑劑例如精細(xì)分散的二硫化鑰、 石墨或二硫化鎢或液體潤滑劑。作為進(jìn)一步的代替方案，可將不同的聚合物例如PTFE和所 列舉的任意其它聚合物組合。
[0021] 上部或局部層138在浸漬的層132上方延伸。局部層138可包括任意以上列舉的 聚合物或者所述聚合物以及固體或液體潤滑劑的組合。盡管示出了將層132和層138分離 的線，但是局部層138可以是或者可以不是能與層132區(qū)別的。所述層之間的這樣的構(gòu)造 或區(qū)分不是必需的。局部層138具有比背襯層130和浸漬的層132的厚度小的厚度。
[0022] 合乎需要的是，襯套的磨損降低且對于本實施例那是可實現(xiàn)的。襯套100具有約 0. 6密耳每100萬次在100磅的負(fù)荷下的循環(huán)的磨損。還合乎需要的是，限制襯套磨損表面 的磨損，使得摩擦不增加。襯套100的最大測量摩擦系數(shù)為約〇. 13。另外，如之前所提到 的，由于環(huán)境安全和健康問題，進(jìn)一步合乎需要的是使用不含鉛的青銅合金。
[0023] 現(xiàn)在參考圖4,結(jié)構(gòu)是以顛倒的順序顯示的，使得背襯層130在頂部。這表示這樣 的襯套1100 :其中浸漬的聚合物層132和局部層138是徑向向內(nèi)地定向的，而不是如圖3中 的徑向向外地定向的。因此襯套100可在徑向最內(nèi)表面或者徑向最外表面上具有PTFE或 其它聚合物。另外，所述結(jié)構(gòu)可包括在法蘭120上的該浸漬的聚合物層（圖1和2)，其在法 蘭120的軸向向外的或軸向向內(nèi)的側(cè)上。
[0024] 現(xiàn)在參考圖5,描繪進(jìn)一步的替代性襯套2100,其中所述襯套包括在徑向向內(nèi)的 和向外的表面上的聚合物層130。另外，浸漬的聚合物層132和局部層138可位于襯套的徑 向向內(nèi)的和徑向向外的側(cè)兩者上。類似地，在其中使用法蘭120的實施例中，所述法蘭可在 軸向向內(nèi)的和軸向向外的表面上具有聚合物，例如PTFE。
[0025] 現(xiàn)在參考圖6,流程圖描繪形成青銅襯套100的方法。首先，在步驟500處，提供青 銅合金片材130并將其定位成接收青銅粉末134。接著，在步驟510處，將粉末134定位在 青銅合金片材130的表面上并使其與所述青銅合金片材結(jié)合。在步驟512處的該結(jié)合可通 過燒結(jié)或其它加熱過程發(fā)生且產(chǎn)生多孔青銅層。
[0026] 在下一步驟514中，將聚合物浸漬到所述多孔青銅層中。盡管所述圖描繪術(shù)語 PTFE，但這樣的使用僅是示例性的且可利用其它聚合物且因此不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的。 PTFE與青銅粉末和因此的青銅背襯層形成整體的混合物。在步驟516中，局部層分布在所 述浸漬的層上方且該局部層可同時或獨立地形成以形成相對于所述浸漬的層的、能區(qū)別的 或不能區(qū)別的局部層。
[0027] -旦所述青銅合金片材形成有所述多孔青銅、浸漬的聚合物和局部聚合物層，便 將所述青銅合金片材在步驟518處壓制或沖壓以形成具有所描述的層的對稱的襯套。該過 程產(chǎn)生如前所述的未劈開的襯套。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，所述青銅合金片材可形 成有在所形成的襯套的任一表面或兩個表面上的層。
[0028] 盡管已在本文中描述和說明了多個發(fā)明性實施例，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易 地展望多種用于執(zhí)行本文中描述的功能和/或獲得本文中描述的結(jié)果和/或本文中描述的 優(yōu)點中的一個或多個的其它手段和/或結(jié)構(gòu)，且認(rèn)為這樣的變型和/或修飾中的每一種在 本文中描述的實施例的發(fā)明的范圍內(nèi)。更通常，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解，本文中描述 的所有參數(shù)、尺寸、材料和構(gòu)造意欲為示例性的且實際的參數(shù)、尺寸、材料和/或構(gòu)造將取 決于本發(fā)明教導(dǎo)用于其的一種或多種具體應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，或者只是使用 常規(guī)實驗?zāi)軌虼_定，本文中描述的具體發(fā)明實施例的許多等同物。因此，將理解，前述實施 例僅通過實例提供且在所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)，發(fā)明實施例可以與具體描述和 要求保護的方式不同的方式實踐。本公開內(nèi)容的發(fā)明實施例涉及本文中描述的每一單獨的 特征、系統(tǒng)、制品、材料、全套元件（kit)和/或方法。另外，兩種或更多種這樣的特征、系統(tǒng)、 制品、材料、全套元件和/或方法的任意組合，如果這樣的特征、系統(tǒng)、制品、材料、全套元件 和/或方法不互相矛盾，包括在本公開內(nèi)容的發(fā)明范圍內(nèi)。
[0029] 實例被用于公開所述實施例，包括最佳模式，且還使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺` 裝置和/或方法，包括制造和使用任何設(shè)備或系統(tǒng)和執(zhí)行任何引入的方法。這些實例不意 圖為窮盡性的或?qū)⒈竟_內(nèi)容限于所公開的精確步驟和/或形式，且根據(jù)以上教導(dǎo)，許多 修飾和變型是可能的。本文中描述的特征可以任何組合進(jìn)行組合。本文中描述的方法的步 驟可以物理上可能的任何順序執(zhí)行。
[0030] 如本文中定義和使用的所有定義應(yīng)理解為相對于詞典定義、通過參考引入的文 獻(xiàn)中的定義、和/或所定義的術(shù)語的普通定義起支配作用。如本文中在說明書和權(quán)利要 求書中使用的不定冠詞"一個"和"一種"，除非明確地相反說明，應(yīng)理解為意指"至少一個 (種）"。如本文中在說明書和權(quán)利要求書中使用的短語"和/或"應(yīng)理解為意指如此結(jié)合 的要素中的"任一個或兩個都"，即，在一些情況下聯(lián)合地存在和在另外的情況中分離地存 在的要素。
[0031] 還應(yīng)理解，除非明確地相反說明，在包括超過一個步驟或行動的本文中要求保護 的任意方法中，所述方法的步驟或行動的順序不一定限于所述方法的步驟或行動被敘述的 順序。
[0032] 在權(quán)利要求書以及上面的說明書中，所有連接詞例如"包括"、"包含"、"帶有"、"具 有"、"含有"、"包括（involving)"，享有"、"由……構(gòu)成（composed of) "等將理解為開放 式的，即，意指包括但不限于。僅連接詞"由……組成"和"基本上由……組成"應(yīng)分別為封 閉的或半封閉的連接詞，如美國專利局專利審查程序手冊（United States Patent Office Manual of Patent Examining Procedures)第 2111. 03 節(jié)中所闡明的。
【權(quán)利要求】
1. 一種襯套，包括： 具有第一軸端、第二軸端和中心開口的青銅背襯層，所述襯套具有圓柱形狀和多孔青 銅層； 在所述襯套的徑向內(nèi)表面或外表面之一處的所述多孔青銅層中的浸漬的聚合物；和 鄰近所述浸漬的聚合物設(shè)置的局部聚合物層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯套，其特征在于，所述青銅背襯層為C63020, C63020為鎳 鋁青銅合金。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯套，其特征在于，所述局部層是不能與所述浸漬的聚合物 區(qū)別的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯套，進(jìn)一步包括在所述襯套的所述第一軸端和第二軸端之 一處的法蘭。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的襯套，其特征在于，所述法蘭包括所述多孔青銅層、所述浸漬 的聚合物和所述局部聚合物層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯套，所述局部聚合物層具有約0. 02mm的厚度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯套，所述浸漬的聚合物和所述多孔青銅具有約0. 25mm的厚 度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯套，所述青銅背襯層為約29密耳。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯套，所述襯套為對稱結(jié)構(gòu)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯套，所述聚合物為PTFE、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺或PEEK 中的至少一種。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的襯套，所述聚合物進(jìn)一步包括固體潤滑劑。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的襯套，其特征在于，所述固體潤滑劑為二硫化鑰、石墨或二 硫化鶴之一。
13. -種襯套，包括： 在第一軸端和第二軸端之間具有深度的基本上圓形的青銅背襯層，所述背襯層具有徑 向向內(nèi)的表面和徑向向外的表面； 設(shè)置在所述背襯層的所述徑向向內(nèi)的表面或所述徑向向外的表面之一上的多孔青銅 層； 浸漬到所述多孔青銅背襯層中的一定量的PTFE ;和 設(shè)置在所述浸漬的PTFE和所述多孔青銅層上的局部PTFE層。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的襯套，其特征在于，所述青銅為具有約10%鋁的合金。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的襯套，其特征在于，所述青銅為具有約3-5%鐵的合金。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的襯套，其特征在于，所述青銅為具有約5%鎳的合金。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的襯套，所述襯套包括至少30ksi的屈服強度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的襯套，所述襯套包括至少50ksi的屈服強度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的襯套，所述襯套包括至少lOOksi的屈服強度。
20. -種襯套，包括： 由青銅合金形成的基本上不含鉛的背襯層，所述背襯層具有圓柱形狀以及徑向內(nèi)表面 和徑向外表面； 與所述青銅背襯層結(jié)合的多孔青銅層； 浸漬到在所述徑向內(nèi)表面或外表面的至少一個上的所述多孔背襯層中的浸漬的聚合 物； 設(shè)置在所述徑向內(nèi)表面或外表面的所述至少一個的所述浸漬的聚合物上的局部聚合 物層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的襯套，進(jìn)一步包括在所述背襯層的軸端處的法蘭，所述法 蘭也具有所述多孔青銅層、所述浸漬的聚合物和所述局部聚合物層。
【文檔編號】F16C33/12GK104145036SQ201380011481
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年2月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月28日
【發(fā)明者】R.W.布魯斯 申請人:通用電氣公司