CN101014786A - 用于滚柱轴承的抗旋转锁定装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于滚柱轴承组件(A)的抗旋转锁定装置(8)，该装置具有：环形环(50)，其连接到所述滚柱轴承组件(A)的外座圈(24)；外缘(52)，其从所述环形环(50)延伸；内缘(54)，其从所述环形环(50)延伸，所述内缘能够被用于调节壳体(2)内的滚柱轴承组件(A)的轴承定位的工具(58)啮合；和紧固件(70)，其能够啮合所述外缘(52)，以便将所述滚柱轴承组件(A)紧固于所希望的轴承定位处。

Description

用于滚柱轴承的抗旋转锁定装置

相关申请的交叉引用

本申请要求对2004年7月6日提交的，名称为“抗旋转锁定装置(ANTIROTATIONAL LOCKING DEVICE)”，序列号为60/585,783的美国临时申请的优先权，该申请通过引用并入在此文中。

背景技术

对向安装的单列锥形滚柱轴承广泛应用于使一个机械零件能够相对于另一个机械零件转动的机械领域。举例而言，在许多机动车辆中，从动轮所连接到的轮毂围绕固定轴(主轴)旋转，每个轮毂位于两个对向安装的单列锥形滚柱轴承上，从而使轴承将轴向(纵向)载荷以及径向载荷沿着相反的两个轴向方向传递载荷。同样地，轴在壳体中转动于对向安装的锥形滚柱轴承上。虽然对于每种安装，期望采用干涉配合安装两个轴承的座圈以便提供最大限度的稳定性，然而经常地，至少一个座圈采用松配合安装从而使它可以轴向移动以调节轴承的定位。有时候，该座圈是其中一个轴承的外座圈(杯)，特别是对于支撑汽车差速器的运载工具的轴承更是如此。一旦实现了轴承的正确定位，采用松配合的轴承座圈应该至少在固定的轴向位置中得到紧固从而保持住所述定位。

然而，在当前的设计中，采用松配合的座圈仍然可以旋转地转动，这导致座圈及其配合零件(例如壳体)的磨损和过早地出现故障。另外，当前设计的安装较为耗时。

附图说明

在作为本说明书一部分的附图中：

图1是一种轴承装配的剖视图，该轴承装配设置有根据本发明构建并实施本发明的抗旋转锁定装置；

图2以透视图形式示出轴承外座圈，其设置有根据本发明构建并实施本发明的抗旋转锁定装置；

图3是连接到轴承外座圈、定位螺钉和壳体的抗旋转锁定装置的透视图；

图4是与壳体啮合的抗旋转锁定装置的透视图；

图5是与锁定环啮合的定位螺钉的剖视图；和

图6是能够啮合和旋转抗旋转锁定装置及其所连接的外座圈的调节工具的透视图。

贯穿附图的多个图，相应的附图标号指示对应的部件。

具体实施方式

以下详细说明书通过示例描述了本发明，而并非意在限制。本说明书使本领域的技术人员能够清楚地构造和使用本发明，描述本发明的多种实施例、改造、变化、可选方案和使用，包括目前被认为是执行本发明的最好模式。

现在参照附图，图1描述了轴承组件A，其包括：壳体2、与壳体2连接并安装到轴6上的单列锥形滚柱轴承4、和连接到轴承4的外座圈24也就是杯的抗旋转锁定装置8。虽然未被显示，在直接配置中，类似于轴承组件A的第二轴承组件B与轴承组件A对向地安装到轴6上。这样，轴承组件A和B围绕轴线X轴向限制轴6，同时又使轴6自由旋转。另外，抗旋转锁定装置8通过防止外座圈24从它的初始轴向安装位置逐渐后退或松脱，来防止轴承定位(setting)的失败，这将在下文中做进一步详细描述。

在优选实施例中，壳体2是拼合式壳体(图3-4)，其包括顶半部基架10和底半部基架12，可以通过将有帽螺钉14经孔16插入而将它们紧固。沿着轴线X，壳体2具有形式为半钻孔20的轴承座18，半钻孔20通向壳体2的内部。每个半钻孔20包含内螺纹22，其直径一致。换句话说，轴承座18是带螺纹的。每个螺纹22的牙顶被截去，但是其根部呈V形。外座圈24配合进入轴承座18。

当然，轴承座18的螺纹22在外座圈24安装于轴承座18之前被切削。为了在轴承座18中形成螺纹22，采用有帽螺钉14将顶半部10紧固于底半部12。然后，直径对应于螺纹22上的被截牙顶直径的钻孔工具穿过其中将要形成轴承座18的钻孔20。接下来，螺纹22被切削。

轴承4(图1)包括形式为杯24的外座圈、位于杯24中的形式为锥26的内座圈、以及在杯24和锥26之间排成列的形式为锥形滚柱28的滚动体。轴承4还包括在锥形滚柱28的列中的隔圈30，以便保持滚柱28之间的正确间距。轴承4的轴线与轴线X重合。

轴承杯24具有：锥形的滚道32，其显示为向内朝向轴线X；和承载面34，其处于滚道32的小端部处。承载面34垂直于轴线X。沿着杯朝向向外的表面，也就是其OD，杯24具有螺纹36和在螺纹36之外的光滑圆柱形表面38。螺纹36占据杯24长度的33％和50％之间，并从承载面34朝向杯24的另一端延伸。因此，它在锥形滚道32的小端部处围绕杯24。在螺纹36将要啮合螺纹22的情况下，螺纹36的螺距和直径对应轴承座18的螺纹22的螺距和直径，虽然可具有微小的空隙。实际上，螺纹22和螺纹36的中径(pitch diameter)之间的差异应该处于0.0030英寸和0.0190英寸之间的范围内。圆柱形表面38的直径超过杯24上的外螺纹36的较小或最小的直径，并小于位于螺纹22的被截牙顶处的轴承座18上的内螺纹22的直径。圆柱形表面38的直径和螺纹22的被截牙顶的直径之间的差异应该处于0.0005英寸和0.0030英寸之间的范围内。

优选地，杯24由钢制成，该钢沿着杯24的滚道32感应硬化，但其它处不进行这种处理。可替换地，杯24可以由表面渗碳钢(case carburized steel)制成，而对螺纹36进行硬车削。

锥26位于轴承4的杯24内，并具有锥形滚道40，其显示为向外远离轴线X并朝向杯滚道32。锥26在其滚道40的大端部处具有止推肋42和在止推肋42一端处具有垂直于轴线X的承载面44。

轴承4的锥形滚柱28呈单列位于杯24和锥26的滚道32和40之间。它们沿着它们的锥形侧面接触滚道32和40，同时它们的大端面承受锥26的止推肋42的挤压。滚柱28在顶点上，意味着它们的锥形侧面位于其中的锥形套所具有的顶点位于沿着轴线X处于公共点处。对应滚道32和40的锥形套的顶点位于同一点处。

轴承4的锥26优选采用干涉配合套在轴6上。其承载面44承受轴肩46的挤压。隔圈30围绕锥26的滚道40固定滚柱28，从而使锥26和滚柱28被安装为公知为锥组件的单元。轴承4的杯24拧入轴承座18，它的外螺纹36啮合轴承座18的内螺纹22。

在安装轴承4前，它与抗旋转锁定装置8(图1-5)配合，该装置可采用片金属冲压而形成。抗旋转锁定装置8是环形环50，其具有从杯24的承载面34向外延伸的连续外缘52和有槽口的内缘54。通过将环50焊接到杯24的承载面34，将抗旋转锁定装置8连接到轴承4。这样，抗旋转锁定装置8与杯24保持在一起，并且被配置用来被调节工具58啮合。与采用销钉来给将抗旋转锁定装置8紧固于杯24的设计相比，将抗旋转装置8焊接到杯24提供了优于这种设计的增加的保持力。

当安装轴承4时，随着诸如任意类型的锥尖或针尖型定位螺钉70之类的紧固件推进而穿过壳体2的顶半部基架10的螺纹孔72，直到定位螺钉70的尖端凹陷或穿过抗旋转锁定装置8的外缘52为止，抗旋转锁定装置8对抗壳体2中的旋转从而得到紧固，其中任意类型的锥尖或针尖型定位螺钉70包括槽形的、十字的、正方形的、六角形的凹头或任意其它类型的头。定位螺钉70与壳体并且与焊接到杯24的抗旋转锁定装置8的啮合，将杯24、抗旋转锁定装置8、螺钉70和壳体2连接在一起，从而防止杯24在壳体2中转动/旋转/回旋。定位螺钉70可以在任意点处啮合外缘52，因此，定位螺钉70与连续外缘52的协同使用为杯24提供无限制的旋转定位。外缘52的宽度是基于轴承组件A和B中任何起作用的部件的轴向公差迭加，因此外缘52总是足以用来使定位螺钉70啮合外缘52。

在可替换的实施例中，顶半部基架10不具有用于推进定位螺钉70的螺纹孔72。确切地说，定位螺钉70是自攻螺钉，其被钻进穿过壳体2的顶半部基架10的无螺纹的孔，直到它啮合抗旋转锁定装置8的外缘52为止。

内缘54具有槽口56，其以相等的圆周间距布置，并且超出杯24的承载面34而暴露，所有的槽口56均提供如下结构，即，可以被调节工具58啮合来旋转杯24。当用来将工具58连接到杯24从而调节轴承4沿着轴线X的轴向位置时，抗旋转锁定装置8还发挥了如下同等重要的功能，即，它一旦旋转到轴承座18中的正确的轴承定位，就使杯24紧固而防止其旋转、逐渐退后或松脱。另外，这还可防止杯24和壳体2的带螺纹区域和不带螺纹区域中的轴承4外径和壳体2内径之间的磨损。

工具58(图6)采用盘60的形式，盘60沿着其外周具有凸起62，在其中心处具有驱动插口64。它被配置为套在抗旋转锁定装置8上，或装配于抗旋转锁定装置8，并将凸起62容纳于槽口56中，从而使盘60和抗旋转锁定装置8被啮合并将一致地旋转。这种旋转可以通过在驱动插口64处啮合该工具的扳手而实现。实际上，工具58在轴承组件A和B的各杯24上与抗旋转锁定装置8啮合，并且杯24随着工具58旋转以使轴承4正确定位。如果需要的话，工具58还包含在其外表面68上的增量标记(incrementalmark)66，其可以帮助提供适当的角旋转从而获得正确的轴承调节。

锥26和它的滚柱28，即锥组件，需要在壳体2被装配到杯24之前安装套在轴6上。一旦锥26被装配于轴6上，杯24围绕滚柱28装配，其中滚柱28围绕锥26定位。换句话说，轴承4围绕轴6而安装。由于轴承4被装配到轴6，壳体顶半部10被紧固于底半部12，从而使轴承4落进半钻孔20。杯24可能需要沿顺时针或逆时针的轻微转动来确保其上的螺纹36啮合半钻孔20的螺纹22，其中杯24位于半钻孔20中。可以使用夹具将杯24固定于适当位置，从而确保轴承4在下降进入壳体2的底半部12时与轴6保持在一起。这样，杯24中的螺纹36啮合底半部12的螺纹22。顶半部基架10和底半部基架12采用有帽螺钉14紧固。这样就完成了轴承座18，并且这些轴承座18围绕轴承4。

随即，对轴承4进行调节。为此，通过利用调节工具58旋转轴承4，杯24在轴承座18中推进或退回，直到达到正确的轴承定位为止。对轴承4的定位通过轴承组件A的有效中心和轴承组件B的有效中心之间的间距进行控制。轴承组件的有效中心通过画出从滚道40的中心到轴线X的一条垂直线而确定。轴线X上的这一点是轴承组件的有效中心。轴承组件A和B的有效中心之间的距离称为有效宽展(effective spread)。

每个杯24的圆柱形表面38和含有杯24的轴承座18的螺纹22的被截牙顶之间的配合，比杯24中的螺纹36和轴承座18的螺纹22之间的配合更紧。更具体地说，内螺纹22的被截牙顶和杯24的圆柱形表面38之间的空隙小于轴承座18的内螺纹22和杯24上的外螺纹36的中径(前者大于后者)之间的差。这种装配使得径向载荷和倾斜载荷从轴承4通过杯24上的圆柱形表面38传递到壳体2。另一方面，轴向或纵向的载荷通过轴承座18和杯24上的啮合螺纹22和36而在轴承4和壳体2之间传递。中径之间以及圆柱形表面38和螺纹22的牙顶之间在配合方面的差应该处于0和0.0185英寸之间的范围内。

其它变化也是可行的。例如，每个轴承座18的内螺纹22不需要延伸至轴承座18的整个长度，但是可以替代地逐渐导至光滑的圆柱形表面。该表面将处于与轴承座18一起定位的杯24的圆柱形表面38的相对处。轴承座18中的螺纹22和杯24上的螺纹36实际上是螺旋线，并且可以采用其它形式的螺旋线，例如滚珠螺丝。另外，带有倾斜滚道的其它轴承-例如，角接触球轴承-可以替代锥形滚柱轴承4。在这种情况下，所替代的轴承的外座圈将具有螺纹36和圆柱形表面38。

在其它实施例中，抗旋转锁定装置8可以采取多种配置中的任何一种。此外，它可以通过多种方法在多个位置处连接到杯24，所述多种方法包括粘结剂、螺钉、销钉等等，所述多个位置包括承载面34、正面或者圆柱形表面38。

在其它实施例中，壳体可以采用一件式壳体的形式来实施。另外，抗旋转锁定装置可以在差速器中在直接安装或间接安装中被用在小齿轮轴上或任何其它使用带螺纹的杯的轴上。

在不背离本发明的范围的前提下可以对上述结构进行改变，本说明书旨在通过举例说明方式对以上说明书中所包含的和附图中所示出的内容进行解释，而并非意在限制。

Claims (16)

1、一种用于滚柱轴承组件的抗旋转锁定装置，包括：

环形环，其连接到所述滚柱轴承组件的外座圈；

外缘，其从所述环形环延伸；

内缘，其从所述环形环延伸，所述内缘能够被用于调节所述滚柱轴承组件的壳体内的轴承定位的工具啮合；和

紧固件，其能够啮合所述外缘，以便将所述轴承组件紧固于所希望的轴承定位处。

2、根据权利要求1所述的抗旋转锁定装置，其中所述外座圈具有啮合所述壳体的带螺纹的座的螺纹表面。

3、根据权利要求2所述的抗旋转锁定装置，其中所述外座圈的螺纹表面占据所述外座圈的外表面的长度的大约33％至大约50％。

4、根据权利要求1所述的抗旋转锁定装置，其中所述紧固件包括定位螺钉，其被推进并穿过所述壳体的螺纹孔，直到所述定位螺钉啮合所述外缘。

5、根据权利要求1所述的抗旋转锁定装置，其中所述紧固件包括自攻螺钉，其被钻进并穿过所述壳体的无螺纹的孔，直到所述自攻螺钉啮合所述外缘。

6、根据权利要求1所述的抗旋转锁定装置，其中所述工具包括盘，该盘具有啮合所述内缘的槽口的凸起。

7、根据权利要求6所述的抗旋转锁定装置，其中所述工具进一步包括增量标记，其为实现对所述轴承组件的所希望的轴承定位提供视觉帮助。

8、根据权利要求1所述的抗旋转锁定装置，其中所述滚柱轴承组件进一步包括：

外座圈，其具有能够与带螺纹的壳体啮合的螺纹外表面；

内座圈，其位于所述外座圈内，所述内座圈能够与轴啮合；和

滚动体，其布置于所述外座圈和所述内座圈之间。

9、一种抗旋转滚柱轴承组件，包括：

外座圈，其具有能够与带螺纹的壳体啮合的螺纹外表面；

内座圈，其位于所述外座圈内，所述内座圈能够与轴啮合；

滚动体，其布置于所述外座圈和所述内座圈之间；

抗旋转锁定装置，其连接到所述外座圈，所述锁定装置能够被用于调节所述带螺纹的壳体内的所述滚柱轴承组件的轴承定位的工具啮合；和

紧固件，其能够啮合所述抗旋转锁定装置，以便将所述轴承组件紧固于所希望的轴承定位处。

10、根据权利要求9所述的抗旋转滚柱轴承组件，其中所述抗旋转锁定装置包括：

环形环，其连接到所述外座圈；

外缘，其从所述环形环延伸；和

内缘，其从所述环形环延伸，所述内缘具有槽口，所述槽口能够被用于调节所述带螺纹的壳体内的所述滚柱轴承组件的轴承定位的工具啮合。

11、根据权利要求9所述的抗旋转锁定装置，其中所述紧固件包括定位螺钉，其被推进并穿过所述带螺纹的壳体的螺纹孔，直到所述定位螺钉啮合所述外缘。

12、根据权利要求9所述的抗旋转锁定装置，其中所述紧固件包括自攻螺钉，其被钻进并穿过所述带螺纹的壳体的无螺纹的孔，直到所述自攻螺钉啮合所述外缘。

13、根据权利要求9所述的抗旋转锁定装置，其中所述外座圈的螺纹表面占据所述外座圈的外表面的长度的大约33％至大约50％。

14、一种将壳体内的轴承组件紧固于所希望的轴承定位处的方法，所述轴承组件具有：外座圈，其带有螺纹外表面；内座圈，其位于所述外座圈内；滚动体，其布置于所述外座圈和所述内座圈之间；和抗旋转锁定装置，其连接到所述外座圈，所述方法包括步骤：

将所述外座圈的螺纹外表面与所述壳体的螺纹表面啮合；

将所述抗旋转锁定装置与一工具啮合；

旋转所述工具和所啮合的抗旋转锁定装置，以推进或退回所述壳体内的轴承组件，直到所述轴承组件到达所希望的轴承定位；以及

使用紧固件将所述轴承组件紧固于所希望的轴承定位处。

15、根据权利要求14所述的方法，其中紧固所述轴承组件的步骤进一步包括步骤：将定位螺钉推进并穿过壳体的螺纹孔，直到所述定位螺钉啮合所述外缘。

16、根据权利要求14所述的方法，其中紧固所述轴承组件的步骤进一步包括步骤：将自攻螺钉推进并穿过壳体的不带螺纹的孔，直到所述自攻螺钉啮合所述外缘。

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