CN102829083A - 球面滚动保持架及设有该保持架的球面轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及球面滚动保持架及设有该保持架的球面轴承。保持架界定几何旋转轴线并包括：中心定在旋转轴线上、沿旋转轴线彼此隔开并具有不同直径的两个端圈；及连接两个端圈并成对地与端圈限定容纳滚柱的槽的桥件。桥件包括各自连接到一个端圈的两个端部部分及连接两个端部部分并具有朝旋转轴线指向的内面的中间部分。桥件中间部分一起界定包括所有中间部分的内面的单一中间截头锥形几何表面。桥件中间部分包括朝槽突出的至少两突出部，突出部具有朝槽指向并与中间部分的内面一起形成内脊部的周边引导小面，其与围绕槽的特征几何轴线的同一旋转表面相切，槽特征几何轴线与保持架旋转轴线一起形成等于中间截头锥形几何表面的立体角的一半的角。

Description

球面滚动保持架及设有该保持架的球面轴承

技术领域

本发明涉及设有至少一个保持架(cage)的球面滚柱轴承。本发明特别地涉及用于这样的球面轴承的保持架。在本申请的情况下，球面轴承将指定为一轴承，在该轴承中，外圈形成构成球形接头的球面滚道，由滚柱、保持架以及内圈形成的子组件可以在该球形接头中摇动。这种类型的轴承特别地用在其中固定到内圈的构件与固定到外圈的构件的对齐难以实现或不恒定的应用中。

现有技术

在文献FR 06 06998中，球面轴承被描述为设有由金属板以单一件形式制成的保持架，以用于至少一排滚柱，该保持架界定几何旋转轴线并包括：大直径圈，其包括横向端面；小直径圈，其包括横向端面；以及桥件(bridge)，其连接小直径圈和大直径圈，并与小直径圈和大直径圈一起界定用于引导滚柱的槽(alveolus)，该保持架还包括径向向外指向并从大直径圈轴向延伸到小直径圈的外部径向面，外部径向面被由圆柱形端部部分、截头锥形端部部分和截头锥形中间部分组成的旋转表面封闭，其中圆柱形端部部分从大直径圈延伸到小直径圈，截头锥形端部部分从小直径圈延伸到大直径圈并按照第一立体角(solid angle)朝着大直径圈扩大，截头锥形中间部分连接小直径部分和大直径部分并按照小于第一立体角的第二立体角朝着大直径部分扩大。换句话说，外部径向面完全包括在双锥形旋转表面中。截头锥形中间部分提供内圈在外圈中的容易插入，并有助于保持架的硬化。桥件包括用于引导滚柱的侧向突出部，每一个桥件的两个侧向突出部有利地轴向定位在截头锥形端部部分和圆柱形端部部分上的中间部分的任一侧上，并指向同一槽。首先在装配的时候、且其次在使用轴承期间、特别地在内圈相对于外圈摇摆时，这些突出部引导滚柱并防止其逃脱。在制造保持架期间，突出部的定位(一个相对于截头锥定向且另一个相对于圆柱体定向)需要复杂的工具加工，对定位的控制是困难的。此外，在使用中发现突出部上的非一致磨损，以及滚柱侵蚀槽的其它表面的趋势，这是滚柱在槽中的不稳定性定位的结果。

发明内容

本发明旨在消除以上认识到的现有技术的缺点中的全部或一些，并特别地旨在提出既更简单地制造又在引导滚柱方面更有效的保持架。

为此，根据本发明的第一方面提出了用于球面轴承的至少一排滚柱的保持架，该保持架界定几何旋转轴线，并包括：两个端圈，其将中心定在几何旋转轴线上、沿着几何旋转轴线彼此隔开并具有不同的直径；以及桥件，其连接两个端圈，并成对地与端圈一起对引导滚柱的槽定界，桥件中的每一个包括各自连接到两个端圈中的一个的两个端部部分以及连接两个端部部分并具有朝着旋转轴线指向的内面的中间部分，桥件的中间部分一起界定包括所有中间部分的内面的单一中间截头锥形几何表面，该保持架是这样的：考虑到槽中的每一个以及对所讨论的槽定界的桥件中的每一个，所讨论的桥件的中间部分包括朝着所讨论的槽突出的至少两个突出部，突出部中的每一个具有周边引导小面(peripheral guide facet)，该周边引导小面朝着所讨论的槽指向并与所讨论的桥件的中间部分的内面一起形成内脊部，突出到所讨论的槽中的突出部的周边引导小面与围绕所讨论的槽的特征轴线的同一旋转表面相切，槽的特征轴线与保持架的旋转轴线一起形成等于中间截头锥形几何表面的立体角的一半的角。

如将被本领域中的技术人员所理解的，如以前所限定的槽的特征轴线预期与被放置在槽中的滚柱的几何轴线重合，该滚柱与引导小面相接触且滚柱的滚动表面与旋转表面重合。槽的作用因此是首先引导在球面轴承的内圈和外圈上滚动的滚柱。

因为突出部位于中间部分上，突出部的内面是截头锥形的并平行于槽的几何轴线，所以用于形成突出部的工具作用被简化，且保持严格的制造公差变得容易。根据选定的成形方法，通过堵缝或滚轧，脊部将是锐利的或是非常轻微地圆形的，对于本实例来说，具有小于1毫米的非常小的曲率半径。

通过建造，脊部位于中间截头锥形几何表面上。引导小面可以具有大体上垂直于内脊部测量的“宽度”，该“宽度”是相对大且恒定的，这保证了在槽中存在的引导小面和滚柱之间的受控制的接触。

优选地，槽的轴线位于同一原始截头锥形几何包络(primitivefrustoconical geometric envelope)上，该原始截头锥形几何包络径向定位在中间截头锥形几何表面的内侧或与中间截头锥形几何表面重合。突出部的引导小面从而具有保持滚柱的附加功能，在整个球面轴承装配后，滚柱被捕获在球面轴承的内圈以及突出部之间。

可选择地，可能将原始截头锥形几何包络设置成径向定位在中间截头锥形几何表面的外侧。在这种情况下，然而有必要提供保持滚柱的其它装置。例如，将可能在每一个滚柱的每一个轴向端面上提供凹口，并在每一个圈上提供突出到每一个槽中的突出部。

旋转表面优选具有以圆弧形式的母线，这代表以下事实：适合于保持架的滚柱其自身具有以圆弧形式的轮廓，这使其特别地适合于球面轴承。

根据优选实施方式，每一个引导小面具有平行于内脊部的外脊部，且外脊部位于与内脊部的距离比内脊部的长度的三分之一大并优选比内脊部的长度的一半大的位置处。在本文中谈到的平行脊部是指彼此形成小于5°的角度的脊部。根据该布置，尽管滚柱的轴线相对于槽的轴线轻微摇摆，但是保证了滚柱和引导小面之间受控制的接触点或接触区域。

小面优选是平坦的或凹进的，在凹进的情况下，其具有比滚柱的滚动表面的曲率半径大的曲率半径。

根据优选实施方式，每一个槽具有由两个端圈形成的两个端部引导面，两个端部引导面是平坦的、垂直于槽的轴线并以距离L彼此隔开。这些面预期引导滚柱的可能是平坦的或者在适用的情况下具有凹口的端面。

可能单独地或组合地提供某些几何布置，这些几何布置将有助于更好地引导槽中的滚柱，并特别地有助于槽中的滚柱的旋转轴线的更少摇摆以及因此更少的磨损。特别地可以做出规定，考虑到每一个槽和对所讨论的槽定界的每一个桥件，位于所讨论的桥件上的周边引导小面以大于使所讨论的槽的两个端面分开的距离L的三分之一的距离彼此隔开。还可以做出规定，考虑到每一个槽和对所讨论的槽定界的每一个桥件，对于所讨论的槽，所讨论的桥件的两个突出部的两个周边引导小面以大于分开两个端部引导面的距离的一半彼此隔开，这代表相对大的间距。还可以做出规定，考虑到每一个槽和对所讨论的槽定界的每一个桥件，所讨论的桥件的每一个周边引导小面以小于使所讨论的槽的两个端部引导面分开的距离L的四分之一并优选小于五分之一的距离远离所讨论的槽的两个端部引导面中的一个。

根据一种实施方式，每一个内脊部具有位于使两个端部引导面分开的距离的十分之一到五分之一之间的长度。

根据用于帮助通过冲压金属片而形成保持架的特别有利的实施方式，连接到两个圈中具有较小直径的圈的桥件中的每一个的端部部分各自具有朝着旋转轴线指向并与关于旋转轴线描述(describe)的同一截头锥形端部表面相切的内面。

为了允许中间截头锥形表面定位在槽的轴线外部，可以做出规定，端部截头锥形旋转表面具有比中间截头锥形旋转表面的立体角大的立体角。还可以做出规定，连接到两个圈中具有最大直径的圈的桥件中的每一个的端部部分各自具有朝着旋转轴线指向并与关于旋转轴线描述的同一圆柱形端部表面相切的内面。

优选地，前述保持架由金属片制成，优选由冲压金属片制成。

根据本发明的另一个方面，本发明涉及球面轴承，该球面轴承包括：

单件式外圈，球面滚道在其上形成；

内圈，两个滚道在其上形成；

两个如前所述的保持架，各自相应于内圈的滚道中的一个；以及

滚柱，其具有圆弧形式的母线，且被设置在保持架的槽中，在内圈和外圈之间，以便形成在滚动轨道上滚动的两排滚柱。

于是，两个保持架的具有最大直径的圈是邻接的。

优选地，当滚柱在内圈的相应滚道上滚动时，每一个保持架的内脊部径向定位在通过滚柱的旋转轴线描述的截头锥的外部。

为了相对于内圈最佳地引导保持架，每一个保持架的具有较小直径的圈包括径向向内指向且面向径向向外指向的内圈的相应表面的圆柱面。

附图简述

参考附图阅读下述描述，本发明的其它特征和优势将显现，附图图示了：

图1是根据本发明的一种实施方式的球面轴承的透视图；

图2是图1中的轴承的轴向截面视图；

图3是图1中的轴承的保持架的透视图；

图4是图3中的保持架的轴向截面视图；

图5是图3中的保持架在接触小面的平面中的截面视图。

为了更清楚，在全部附图中，相同或相似的元件由相同的参考符号来标记。

具体实施方式

参考图1和2，球面轴承10由外圈12、内圈14、两个保持架16和滚柱18构成。

外圈12由利用钢制成的单件式部件构成并包括单一球面滚道20，其中滚道构成位于以点O为中心的球体上的表面，点O构成外圈12的对称中心。也可以限定外圈12的旋转对称轴线X。

内圈14也是以单一件的形式并包括面向外圈的滚道20的两个滚道22。这两个滚道20中的每一个构成围绕旋转对称轴线Y的旋转表面，且该旋转表面的母线在图1的平面中为一段圆弧，该段圆弧具有大体上等于或稍微大于外圈的滚道20的曲率半径的半径。在图2中，内圈的旋转对称轴线Y已经被显示为与外圈12的旋转对称轴线X重合，但是在实际中，对称轴线Y可以随着内圈14围绕点O枢转。内圈14还在每一个轴向端部处包括轮缘(rim)26，轮缘26朝着外圈径向而指向并延伸滚道22。

每一个滚柱18成形为具有两个横向平坦端面42、44以及由母线产生的凸状滚动表面46的筒，该母线由具有小于球面滚道22的曲率半径的半径的一段圆弧形成，该凸状滚动表面46围绕构成滚柱18的旋转轴线的几何轴线47旋转。

其某些细节在图3到5中可见的两个保持架16是相同的并由金属片制成。每一个保持架界定与内部滚道的旋转轴线Y重合的旋转轴线Z，并包括具有大外径的圈28、具有较小外径的圈30以及从一个圈延伸到另一个圈的桥件32。大直径圈28具有轴向朝着保持架的外部指向的面34(图4)，且小直径圈30具有朝着保持架的外部指向的横向平坦面36，两个横向面34、36与建造保持架的两个横向平面相切。通过在构成保持架16的被压制的金属片中切割窗40来获得桥件32，这些窗40形成在其中容纳滚柱18的槽。

小直径圈30包括圆柱面48(图4)，圆柱面48朝着内部指向并面向位于从此处一短距离处的内圈的轮缘26，以便相对于内圈14引导保持架16。

每一个保持架16具有径向向外指向的面58，面58从小直径圈30延伸到大直径圈28。该外部径向面58包含在由以下三个部分形式的旋转表面所形成的几何包络60中：从大直径圈28轴向延伸到小直径圈30的第一圆柱形端部部分62、第二截头锥形中间部分64以及将第二部分64连接到小直径圈30的也是截头锥形的第三端部部分66。端部部分66的截头锥的立体角比中间部分64的截头锥的立体角更加敞开。中间部分64在以与保持架的横向面34、36相等距离而轴向定位的横向中间平面的任一侧上轴向延伸。圆柱形部分62具有小于外圈的最小直径Φ_最小(Φmin)的直径，以使保持架能够被插入在外圈中。

以相似的方式，每一个保持架的桥件32具有从小直径圈30延伸到大直径圈28的径向向内指向的面68。该内部径向面68包含在由以下三个部分形式的旋转表面所形成的几何包络70中：从大直径圈28轴向延伸到小直径圈30的第一圆柱形端部部分72、第二截头锥形中间部分74以及将第二部分74连接到小直径圈30的也是截头锥形的第三端部部分76。端部部分76的截头锥的立体角比中间部分74的截头锥的立体角更加敞开。中间部分74在轴向定位在保持架的横向面34、36之间的半途的横向中间平面的任一侧上轴向延伸。

如在图4中特别地通过横截面示出的，桥件的内面68以及保持架的外面58的该相似描述代表下列事实：例如在窗40处且更通常地在内表面68和外表面58之间测量的保持架的厚度大小在保持架的整个结构上是相对恒定的(在保持架的整个结构的10％内并优选5％内)。该相对恒定的厚度特别适合于使用冲压金属片的步骤来制造保持架，以便获得保持架的大体形状。因此对于每一个桥件来说，能够界定相应于内部截头锥形中间表面74和外部截头锥形中间表面64的截头锥形中间部分84、以及在该中间部分84的任一侧上使中间部分连接到大直径圈的圆柱形部分82以及使中间部分84连接到小直径圈的截头锥形部分86，圆柱形端部部分82相应于内部圆柱形端部表面72并相应于外部圆柱形表面62的部分，截头锥形端部部分86就其本身而言相应于外部截头锥形表面66并相应于内部截头锥形端部表面76。每一个桥件的中间部分84设有突出到槽40中的突出部90，在该情况下，两对突出部90各自突出到由所讨论的桥件所定界的两个槽中的一个中。

每一个滚柱18从而被容纳在由大直径圈28和小直径圈30并由两个桥件32所定界的槽40中，两个桥件32各自具有突出到槽的内部的两个突出部。对于每一个槽来说，槽40的特征几何轴线92可以被限定，预期与容纳在槽40中的滚柱18的旋转轴线47重合。每一个槽40具有用于滚柱的引导表面，该引导表面预期确保滚柱18的旋转轴线47与槽40的该特征轴线92的对齐。更精确地，大直径圈28在每一个槽处形成垂直于槽的特征几何轴线92的平坦端部引导面50。同样地，小直径圈30在每一个槽处形成垂直于槽的特征几何轴线92的平坦端部引导小面52。端部引导面50、52之间的距离稍微大于滚柱的横向平坦端面42、44之间的距离，使得在滚柱18和圈28、30之间保留了小的功能间隙。

每一个突出部具有与容纳在槽40中的滚柱18相接触的小面94，该接触小面94朝着滚柱18的旋转轴线47指向，以便提供对滚柱18的周边径向引导。更精确地，槽40的四个突出部90的周边引导小面94与围绕槽的特征几何轴线92的同一旋转表面相切，在保持架16定位在内圈14上且滚柱18在内圈14的滚道22上滚动时该旋转表面预期与滚柱18的滚动表面46重合。

周边引导小面94径向定位在槽的特征几何轴线92的外部，并使滚柱18在槽40中保持邻接在内圈14的滚道22上，甚至是在外圈12不存在的情况下。

槽40的特征几何轴线92构成很多锥体的母线，其目的是在内圈14围绕其旋转对称轴线Y转动时与通过滚柱18的旋转轴线47所描述的原始锥体重合。该锥体径向定位在内面68的几何包络70的截头锥形中间部分74的内部，并且与该中间部分74具有相同的开口立体角，使得每一个槽的特征轴线92平行于内面68的几何包络70的截头锥形中间部分74的母线。

每一个周边引导小面94通过与所讨论的桥件的内面的几何包络的中间部分74一起形成的内脊部96、大体上平行于内脊部96的外脊部98以及垂直于之前脊部的两个侧脊部100、102而定界。底脊部96和顶脊部98之间的距离大于两个侧脊部100、102之间的距离的一半，这确保了滚柱18和保持架16之间的接触点将总是位于小面94上，而不管滚柱18在槽40中的任何摇摆。同一桥件32的周边引导小面94优选位于桥件的中间部分84的端部处。通过指示的方式，在侧脊部100、102之间测量的两个周边引导小面94之间的距离必须足以确保对滚柱18的良好引导，并且优选大于使所讨论的槽的两个端部引导面50、52分开的距离L的三分之一。每一个周边引导小面94以小于使两个端部引导小面50、52分开的距离L的四分之一并优选小于五分之一的距离远离相邻的端部引导面50、52。

每一个内脊部96具有使两个端部引导面50、52分开的距离L的十分之一到五分之一之间的长度。

如图1和2所图示，两个保持架16的内圈28是邻接的且其横向面34几乎彼此接触。

如图1所图示，为了组装轴承，设有其滚柱18的两个保持架16首先安装在内圈18上，然而每个保持架有两个槽保持是空的。该子组件104被提供成垂直于外圈12并沿着该方向插入在外圈12中。在该插入期间，相应于空槽的桥件32几乎接触外圈12，但是保持架的外部径向面60且特别地截头锥形中间部分64的总体形状允许通过而不接触。一旦子组件插入在外圈12中，就可以使内圈14枢转，以便向外提供空槽并将缺失的滚柱插入其中。

自然地，可以设想各种变化形式。对于某些申请，内圈14可能相对于其横向中间平面不对称。同样地，外圈12未必具有横向对称的平面。内圈未必是以单一件的形式。构成槽40的窗可以通过任何合适的机械加工方法获得。构成保持架16的金属片可以经受表面处理。使用的金属片可以是钢片、铝片或黄铜片。滚柱18可以具有凹口，端圈28、30具有进入这些凹口的相应突起部，以便有助于对滚柱18的引导。

Claims (15)

1.一种保持架(16)，用于球面轴承(10)的至少一排滚柱(18)，所述保持架(16)界定几何旋转轴线(Z)，并包括：

两个端圈(28、30)，其将中心定在所述几何旋转轴线(Z)上，沿着所述几何旋转轴线(Z)彼此隔开，并具有不同的直径；

桥件(32)，其连接所述两个端圈(28、30)，并成对地与所述端圈(28、30)一起对容纳所述滚柱(18)的槽(40)定界，所述桥件(32)中的每一个桥件(32)包括：

两个端部部分(82、86)，其各自连接到所述两个端圈(28、30)中的一个端圈，以及

中间部分(84)，其连接所述两个端部部分(82、86)并具有朝着所述旋转轴线(Z)指向的内面(74)，所述桥件(82)的所述中间部分(84)一起界定包括所有所述中间部分(84)的所述内面(74)的单一中间截头锥形几何表面，

其特征在于，考虑到所述槽(40)中的每一个槽(40)以及对所讨论的所述槽(40)定界的所述桥件(32)中的每一个桥件，所讨论的所述桥件(32)的所述中间部分(84)包括朝着所讨论的所述槽(40)突出的至少两个突出部(90)，所述突出部(90)中的每一个突出部(90)具有周边引导小面(94)，所述周边引导小面(94)朝着所讨论的所述槽(40)指向，并与所讨论的所述桥件(32)的所述中间部分(84)的所述内面(74)一起形成内脊部(96)，突出到所讨论的所述槽(40)中的所述突出部(90)的所述周边引导小面(94)与围绕所讨论的所述槽(40)的特征几何轴线(92)的同一旋转表面相切，所述槽(40)的所述特征几何轴线(92)与所述保持架的所述旋转轴线(Z)一起形成等于所述中间截头锥形几何表面的立体角的一半的角。

2.根据权利要求1所述的保持架，其特征在于，所述槽的所述特征轴线(92)位于同一原始截头锥形几何包络上，所述原始截头锥形几何包络径向定位在所述中间截头锥形几何表面的内侧或与所述中间截头锥形几何表面重合。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的保持架，其特征在于，所述旋转表面具有以圆弧形式的母线。

4.根据前述权利要求中任一项所述的保持架，其特征在于，每一个引导小面(94)具有平行于所述内脊部(96)的外脊部(98)，且所述外脊部(98)位于与所述内脊部(96)的距离比所述内脊部(96)的长度的一半大的位置处。

5.根据前述权利要求中任一项所述的保持架，其特征在于，所述槽中的每一个槽具有由所述两个端圈(28、30)形成的两个端部引导面(50、52)，所述两个端部引导面(50、52)是平坦的、垂直于所述槽(40)的所述特征轴线(92)并以距离L彼此隔开。

6.根据权利要求5所述的保持架，其特征在于，考虑到所述槽(40)中的每一个槽(40)以及对所讨论的所述槽(40)定界的所述桥件(32)中的每一个桥件(32)，位于所讨论的所述桥件(32)上的所述周边引导小面(94)以大于使所讨论的所述槽(40)的所述两个端部引导面(50、52)分开的所述距离L的三分之一的距离彼此隔开。

7.根据权利要求5或6中任一项所述的保持架，其特征在于，考虑到所述槽(40)中的每一个槽(40)以及对所讨论的所述槽(40)定界的所述桥件(32)中的每一个桥件(32)，所讨论的所述桥件(32)的每一个周边引导小面(94)以小于使所讨论的所述槽(40)的所述两个端部引导面(50、52)分开的所述距离L的四分之一并优选小于五分之一的距离与所述两个端部引导面(50、52)中的一个端部引导面隔开。

8.根据权利要求5到7中任一项所述的保持架，其特征在于，每一个内脊部(96)具有位于使所述两个端部引导面(50、52)分开的所述距离L的十分之一到五分之一之间的长度。

9.根据前述权利要求中任一项所述的保持架，其特征在于，连接到所述两个圈中具有较小直径的圈(30)的所述桥件(32)中的每一个桥件(32)的所述端部部分(86)各自具有朝着所述旋转轴线(Z)指向并与关于所述旋转轴线(Z)描述的同一截头锥形端部表面相切的内面(76)。

10.根据权利要求9所述的保持架，其特征在于，所述截头锥形端部表面具有比所述中间截头锥形表面的立体角大的立体角。

11.根据前述权利要求中任一项所述的保持架，其特征在于，连接到所述两个圈中具有较大直径的圈(28)的所述桥件中的每一个桥件的所述端部部分(82)各自具有朝着所述旋转轴线(Z)指向并与关于所述旋转轴线(Z)描述的同一圆柱形端部表面相切的内面(72)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的保持架，其特征在于，所述保持架(16)是以由金属片制成的单一件的形式，所述金属片优选是压制金属片。

13.一种球面轴承(10)，包括：

单件式外圈(12)，球面滚道(20)在其上形成；

内圈(14)，两个滚道(22)在其上形成；

根据前述权利要求中任一项所述的两个保持架(16)，所述两个保持架(16)各自相应于所述内圈(14)的所述两个滚道中的一个滚道；以及

滚柱(18)，其被设置在所述两个保持架的槽(40)中，在所述内圈(14)和所述外圈(16)之间，并且使得形成两排滚柱(18)，每一排滚柱(18)在所述两个滚道(20、22)中的一个滚道上滚动。

14.根据权利要求13所述的球面轴承，其特征在于，对于所述两个保持架中的每一个保持架来说，当所述滚柱(18)在所述内圈(14)的相应滚道(22)上滚动时，所述内脊部(96)径向定位在通过所述滚柱(18)的旋转轴线(47)描述的截头锥的外部。

15.根据权利要求13到14中任一项所述的球面轴承，其特征在于，每一个保持架(16)的较小直径圈(30)包括径向朝着内部指向且面向径向向外指向的所述内圈(14)的相应表面(26)的圆柱面(48)。

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