CN104565074A - 具有底切以改进柄脚灵活性的内圈 - Google Patents

Abstract

一种用于以可旋转的方式支承轴构件的轴承组件，该轴承组件具有外圈和内圈，外圈具有第一轴承滚道，内圈具有第二轴承滚道。所述滚道相对于彼此相对地间隔开。内圈包括以悬臂式构型从内圈的至少一个端部延伸出的多个柄脚构件，所述多个柄脚构件具有形成在其间的狭槽。轴承构件定位在第一轴承滚道与第二轴承滚道之间的空间中并且与第一轴承滚道和第二轴承滚道接合。底切凹槽沿着内圈的内表面周向地延伸，该底切凹槽大体上邻近多个柄脚构件。该底切凹槽能够操作成增大多个柄脚构件的有效悬臂距离。该组件还包括锁紧构件，该锁紧构件接合多个柄脚构件并且将压缩力施加在多个柄脚构件上以将内圈联接至轴。

Description

具有底切以改进柄脚灵活性的内圈

技术领域

本公开涉及轴承组件、并且更具体地涉及具有内圈的轴承组件，该内圈具有底切以提供改进的柄脚灵活性(tang flexibility)。

背景技术

本部分提供了与本公开有关的背景信息，该背景信息并不一定是现有技术。本部分提供了本公开的总体发明内容，但并不是本公开的全部范围或者其所有特性的全面公开。

用于将轴承组件的轴承内圈固定到旋转轴上的各种布置在本领域中是已知的。这种布置包括接合固定螺钉的轴以及环绕轴的锁紧轴环。这种锁紧轴环包括通常为一个或多个锁紧螺钉形式的锁紧装置或紧固装置。在此结合到本文中并作为本教示的一部分的美国专利No.4,537,519和No.6,908,230中公开的布置中，提供了一种轴承组件，在该轴承组件中，内圈包括均等地间隔开的内圈指状延伸件或柄脚，该内圈指状延伸件或柄脚在与单个螺钉锁紧轴环锁紧时用来将轴和内圈紧密地夹持并保持就位，从而允许内圈与轴的改进的同心度以及更高的轴速度。

本教示可与用于将轴承组件固定至轴的一些已知力施加装置中的任一者结合利用，并且特别地适用于已知的装置的可压缩轴环和内圈指状延伸件，从而产生了如下的前述优点：改进的轴-圈同心度、在高负载下进行锁紧的增强的能力以及高速轴操作。

通常，这些轴承组件被提供用于与穿过该轴承组件的轴一起使用。具体地，轴承组件可包括具有凹槽滚道的环形内圈，该凹槽滚道被磨损硬化以延长轴承寿命。以与环形内圈间隔开的关系环绕环形内圈的是环形外圈，环形外圈中设置有与内圈滚道成相对的关系的凹槽滚道。该滚道用于接纳与其成嵌套关系地安装在滚动元件保持架的滚动元件袋状部中的多个间隔开的滚珠或滚动元件。轴承外圈中设置的润滑通道与轴承组件壳体或轴台中的通道对准，轴承组件安装在该轴台中。为了密封滚动元件保持架组件，其间具有环形密封件的环形内部指状件和环形外部指状件在已加载的滚动元件保持架的每一侧上分别压配合在轴承外圈和轴承内圈上。以这种方式，滚动元件可以提供轴相对于轴承组件在内圈和外圈的硬化滚道中旋转时的减小的摩擦旋转。

内圈可包括从内圈突出并环绕该轴的前述内圈指状延伸件或柄脚。这些指状延伸件或柄脚然后在一定程度上围绕该轴塌陷以限定现在组合的组件的同心度。

然而，通过最近的分析已经发现，在使用商用等级的轴——可能缺乏较高等级的轴的被研磨和抛光的光洁度——的一些应用中，这会导致已结合的内圈和轴组件失去同心度。也就是说，具有降低的公差要求的较低等级的轴的使用会需要内圈指状延伸件或柄脚适应更大程度的挠曲并且/或者需要内圈指状延伸件或柄脚适应从一个延伸件到另一个延伸件的不同程度的挠曲。然而，已经发现，至少部分地由于这种更大程度的挠曲以及从一个延伸件到另一延伸件的不同程度的挠曲，因此在安装锁紧轴环时轴承滚道可能会扭曲。这会进一步导致内圈与外圈之间的不一致的滚道尺寸，从而导致降低的轴承性能和减少的使用寿命。

发明内容

本教示提供了一种轴承组件的改进的内圈构型，该改进的内圈构型能够适应更大程度的轴变化并且进一步抑制滚道变形。此外，本教示提供了一种改进的内圈构型，该改进的内圈构型容易地制造从而将改进的同心度的益处提供至更大范围的轴尺寸和条件。此外，本教示提供了一种内圈构型，该内圈构型能够减小轴承滚道的滚珠路径变形以改进操作和磨损。

因此，根据本教示的原理提供了一种用于以可旋转的方式支承轴构件的轴承组件，该轴承组件具有有利的结构。该轴承组件具有外圈和内圈，外圈具有第一轴承滚道，内圈具有第二轴承滚道。该滚道相对于彼此相对地间隔开。内圈包括以悬臂式构型从内圈的至少一个端部延伸出的多个柄脚构件，该多个柄脚构件具有形成在其间的狭槽。轴承构件定位在第一轴承滚道与第二轴承滚道之间的空间中并且与第一轴承滚道和第二轴承滚道接合。底切凹槽沿着内圈的内表面周向地延伸，该底切凹槽大体上邻近多个柄脚构件。该底切凹槽能够操作成增大所述多个柄脚构件的有效悬臂距离。该组件还包括锁紧构件，该锁紧构件接合多个柄脚构件并且将压缩力施加在所述多个柄脚构件上以将内圈联接至轴。

通过文中提供的描述，进一步的应用领域将变得明显。本发明内容中的描述和具体示例仅意在说明的目的，并不意在限制本公开的范围。

附图说明

出于说明性的目的，文中描述的附图仅用于所选择的实施方式而并非所有可能的实施方案，并且不意在限制本公开的范围。

图1为示出了根据本教示的原理的轴承组件的立体图；

图2为示出了根据本教示的原理的具有底切凹槽的内圈的截面图；

图3为示出了根据本教示的原理的轴承组件的截面图，其中为了清楚起见移除了一些部分；

图4为示出了根据本教示的原理的具有底切凹槽的内圈的放大截面图；

图5为示出了内圈的磨损硬化区域的放大截面图；

图6A为示出了根据本教示的一些实施方式的具有底切凹槽的内圈的截面图；以及

图6B为示出了根据本教示的一些实施方式的具有底切凹槽的内圈的截面图；

贯穿附图中的数个视图，相应的附图标记表示相应的零件。

具体实施方式

现在将参照附图对示例实施方式进行更充分地描述。

提供了示例实施方式，从而使本公开将是全面的，并且将范围完全地传达给本领域中的技术人员。陈述了诸如具体部件、装置和方法的示例之类的许多具体细节，以提供对本公开的实施方式的全面理解。对本领域技术人员而言显而易见的是，具体细节不需要被采用、示例实施方式可以以许多不同的形式实施以及这两者都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施方式中，不对公知的过程、公知的装置结构以及公知的技术进行详细描述。

文中所使用的术语仅出于描述特定示例性实施方式的目的而不意在进行限制。如文中所使用的，除非上下文另外清楚地表示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”可以意在也包括复数形式。术语“包括”、“包括有”、“包含”以及“具有”是包括在内的并且因此指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其构成的组的存在或增加。除非具体表明执行的顺序，否则文中所描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求按所讨论或所说明的特定顺序来执行。还应当理解的是，可以采用增加的步骤或替代性步骤。

当元件或层被称为“在另一元件或层上”、“接合至”、“连接至”、或“联接至”另一元件或层时，元件或层可以直接在另一元件或层上、直接接合至、连接至或联接至另一元件或层，或者可以存在介于中间的元件或层。相反地，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接接合至”、“直接连接至”或“直接联接至”另一元件或层时，可以不存在介于中间的元件或层。用于描述元件之间的关系的其他术语应当以相同的方式解释(例如，“位于……之间”对“直接位于……之间”，“相邻”对“直接相邻”等)。如文中所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个所列项的任一组合和所有组合。

尽管术语第一、第二、第三等可在文中用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅可用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分进行区分。除非上下文清楚地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其他数值术语在文中使用时不意指次序或顺序。

因而，在不脱离该示例实施方式的教示的情况下，下面论述的第一元件、部件、区域、层或部分可被称为第二元件、部件、区域、层或部分。

为了便于描述一个元件或特征与如图所示的另一(多个)元件或特征的关系，可以在文中使用空间上相关的术语，例如“内”、“外”、“在…下方”、“在…之下”、“下部”、“在…上方”、“上部”等。空间上相关的术语可以意在包括在使用或运行中的装置的除图中所描绘的取向之外的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征部件的“下方”或“之下”的元件随后将被定向在其他元件或特征的“上方”。因此，示例术语“在…之下”可以包括上和下两个取向。该装置可以被另外定向(旋转90度或在其它取向处)并且相应地解释了文中所使用的空间上相关的描述。

根据本教示的原理，在附图中示出并在文中描述了具有有利结构的轴承组件10。具体参照图1至图3，轴承组件10构造为用于与轴构件12(图3)一起使用。更具体地，轴承组件10可包括轴承壳体14，该轴承壳体14具有以可旋转的方式设置在轴承壳体14内的外圈18内的环形内圈16。内圈16可通过定位在内圈16外侧和外圈18内侧周围的多个轴承构件或其他抗摩擦构件20而至少间接地支承为用于随轴构件12旋转。以这种方式，多个轴承构件20可定位在周向滚道22内，该周向滚道22在内圈16与外圈18之间延伸。具体地，滚道22可包括沿着内圈16的外表面周向地形成的凹槽滚道24以及沿着外圈18的内表面周向地形成的相对的凹槽滚道26。

内圈16的凹槽滚道24和外圈18的凹槽滚道26成彼此间隔开的关系以限定滚道22。在一些实施方式中，为了改善轴承寿命和操作，凹槽滚道24和/或凹槽滚道26为磨损硬化的。在一些实施方式中，多个轴承构件20可捕获在轴承保持架25内。

在一些实施方式中，一个或多个密封构件28可用于接合内圈16、外圈18、轴承构件20和/或轴承壳体14的相对端部以将润滑剂(例如油脂)保持在容纳轴承构件20的容积内。该润滑剂可经由油脂装配件30(图3)插入该容积内。

具体参照图1至图4，内圈16包括多个柄脚构件32，所述多个柄脚构件32以环形悬臂的形式从内圈延伸出以环绕轴构件12。柄脚构件32设置有平行于轴旋转轴线的多个狭槽34，以允许由环绕狭槽的锁紧轴环36径向压缩。然而，应当理解的是，可以使用除轴环36之外的替代性锁紧力装置。

继续参照图1至图4，在一些实施方式中，内圈16还包括沿着内圈16的内表面42延伸的底切凹槽40。所述底切凹槽40可围绕内圈16的内表面42周向地延伸以限定完整且连续的凹槽。底切凹槽40可定位成与狭槽34的近端44大体上邻近并且/或者与狭槽34的近端44交叉。底切凹槽40可至少部分地用于延长柄脚构件32的有效悬臂梁长度，从而在既不增加内圈16的宽度也不影响内圈16的凹槽滚道24的硬化区域的情况下，提供了改进的梁挠曲范围，如将在文中进行更详细地论述。

通过背景技术，具体地参照图4，应当理解的是，具有指状延伸件或柄脚的现有内圈设计具有实际的柄脚长度X，该柄脚长度X从内圈的抵接面或肩部46延伸至柄脚的远端48。可以理解，这种减小了的实际柄脚长度X导致了最小的柄脚挠曲能力——其直接限制了多个柄脚适应如文中所述的不同轴构件尺寸的能力。然而，根据本教示，底切凹槽40的添加将有效柄脚长度增加至Y，该有效柄脚长度Y从柄脚32的远端48延伸至底切凹槽40的内侧或近端侧50。这种增加了的有效柄脚长度Y提供了柄脚32适应不同轴构件尺寸和失圆状态的改进能力。

如可以参照图4、图6A和图6B理解的，在沿着与轴构件12的旋转轴线平行的平面观察时，底切凹槽40可以包括多种截面构型中的任何一种截面构型。具体地，在一些实施方式中，底切凹槽40可以包括大体上弧形的凹槽形状，该凹槽形状具有大体上平行的边缘——即近端侧面50和远端侧面52。侧面50、52在底切凹槽40内可从内表面42延伸至终端弧形表面54。

替代性地，在如图6A示出的一些实施方式中，侧面50、52可从内表面42延伸至内倒角56和内部平面表面58。该内部平面表面58为大体平坦的。类似地，在如图6B所示的一些实施方式中，侧面50、52可从内表面42延伸至内部平面表面58(无内倒角56)。此外，应该认识到，具体的大小和尺寸可以根据操作和预期情况变化。例如，如图6B中所示，底切凹槽40的宽度和深度可以变化。

应当理解的是，底切凹槽40可具有诸如矩形、半圆形或梯形之类的任何截面几何形状，该截面几何形状提供将材料从内圈移除并且隔离柄脚区域的特性。

然而，在一些实施方式中，各种尺寸关系导致有利的折衷和改进的操作。

具体地参照图4，在一些实施方式中，已经发现下列尺寸关系导致减轻了柄脚32的区域中的压力。也就是说，尺寸A可以大体上等于尺寸B，尺寸A为在底切凹槽40与抵接表面46之间延伸的最小厚度，尺寸B为柄脚32的沿着与轴构件12的旋转轴线正交的方向——大体上为柄脚32的厚度减小的部分——所取的最小厚度。通过确保尺寸A和尺寸B彼此大致相等，建立了底切凹槽40的深度F，这导致减轻了柄脚32中的应力。

此外，在一些实施方式中，已经发现下列尺寸关系在不负面影响内圈16的磨损硬化的轴承滚道24的可靠性的情况下导致了底切凹槽40的改进操作。如文中所讨论的，期望内圈16的磨损硬化的轴承滚道24以提高轴承寿命并且改进操作。轴承滚道24的磨损硬化导致了大体上由图4和图5中的截面表示的硬化材料区域60。该硬化区域60可以限定沿着内圈16的外表面的尺寸为Z的边缘到边缘的宽度(图5)。硬化区域60还可以限定沿着内圈16的内表面42的小于尺寸Z的边缘到边缘的宽度，从而大致产生向内渐缩的截面。参照图4，底切凹槽40的宽度E可结合硬化区域60的尺寸Z以及硬化区域60的远端点62与底切凹槽40的近端侧50之间的偏移距离C来确定(应该指出的是，距离C是沿着与轴构件12的旋转轴线平行的单个轴线(例如轴向方向)测量的)。具体地，尺寸C可以大于或等于尺寸E的常数K倍。因而尺寸C表示底切凹槽40的近端侧50与硬化区域60之间的最小间距，该最小间距转而限制底切凹槽40的宽度E。这种布置抑制了或至少减小了在围绕柄脚32应用锁紧轴环36之后对内圈16的滚道24的负面影响。因此，滚道24可保持合适的截面形状以及距相对的滚道26的间距，从而提供了改进的轴承寿命和操作。在一些实施方式中，对于更小的应用，常数K可大约为0.6。

应当理解的是，底切凹槽40的截面形状可影响内圈16在初始机加工之后的热处理过程。在某些情况下，为内圈16设定的不合适尺寸可能导致内圈内的内部裂纹。因此，已经发现在采用热处理的应用中，尺寸C也应该为尺寸Z的至少一半以提供足够的相隔距离从而确保适当的热处理。

再次参照图3，在一些实施方式中，轴环36的宽度与柄脚构件32的长度X基本相等，这有利于轴环在组装期间的安装以确保与轴环36的底座或方形件对准。然而，应当理解的是，轴环36可限定更大或更小的宽度尺寸。

在一些实施方式中，柄脚构件32可包括以与远端部48间隔开的关系围绕柄脚构件32的外表面周向地延伸的周向凹槽或凹部64。在一些实施方式中，凹部64的宽度为锁紧轴环36的宽度的大约一半。

根据本教示的原理，轴承组件、并且更具体地为内圈允许增加柄脚构件的挠曲，并且因而能够在不负面影响轴承滚道的圆度值的情况下适应轴构件的更大的公差范围，从而在保持可靠且有效的轴承操作时提供更大范围的可接受的轴构件尺寸。这种构造导致了改进的轴承寿命和性能。

此外，本教示的原理提供了优于现有技术的多个优点，例如但不限于增大了柄脚的挠曲、提高了轴的保持能力以及减小了滚道处由于锁紧而造成的不圆度。这导致减少了由轴承组件产生的振动和噪声。这进一步允许适应还未被打磨和/或抛光的商用级轴构件，从而降低了制造成本和组装成本。

本教示的原理可用于滚道圆度是关键参数的所有轴环锁紧应用中以及用于需增加有效柄脚长度而无需物理地增加内圈的总长度的应用中。

出于说明和描述的目的已经提供了实施方式的前述描述。这并不意在穷举或限制本公开。特定实施方式的单独元件或特征通常并不限于该特定实施方式，但在适用的情况下即使未被具体地示出或描述，也是能够互换的并且可以用于所选择的实施方式。同样的元件或特征也可以以许多方式变化。这种变化不视为偏离本公开，并且所有这种改型均意在包括在本公开的范围内。

Claims (11)

1.一种用于以可旋转的方式支承轴构件的轴承组件，所述轴承组件包括：

外圈，所述外圈具有第一轴承滚道；

内圈，所述内圈具有第二轴承滚道，所述第二轴承滚道相对于所述第一轴承滚道相对地、环状地间隔开，所述内圈具有多个柄脚构件，所述多个柄脚构件以悬臂式构型从所述内圈的至少一个端部延伸出，所述多个柄脚构件中的每个柄脚构件均具有形成在所述多个柄脚构件之间的狭槽；

多个轴承构件，所述多个轴承构件定位在所述第一轴承滚道与所述第二轴承滚道之间的空间中并且与所述第一轴承滚道和所述第二轴承滚道接合；

底切凹槽，所述底切凹槽沿着所述内圈的内表面周向地延伸，所述底切凹槽大体上邻近所述多个柄脚构件，所述底切凹槽能够操作成增大所述多个柄脚构件的有效悬臂距离；以及

锁紧构件，所述锁紧构件接合所述多个柄脚构件并且将压缩力施加在所述多个柄脚构件上以将所述内圈联接至所述轴。

2.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，沿着所述内圈的所述内表面周向地延伸的所述底切凹槽沿着所述内圈的所述内表面连续地延伸。

3.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，所述多个柄脚构件中的每个柄脚构件均包括顶表面和底表面，所述顶表面和所述底表面从而限定了最小厚度，所述多个柄脚构件中的每个柄脚构件的所述最小厚度均大体上等于所述柄脚构件的所述顶表面与所述底切凹槽之间的最小壁厚。

4.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，所述多个柄脚构件的所述有效悬臂距离大于所述多个柄脚构件中的每个柄脚构件的实际悬臂距离，所述有效悬臂距离是从所述多个柄脚构件中的每个柄脚构件的远端到所述底切凹槽的近端侧测量的。

5.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，所述第二轴承滚道被磨损硬化以限定具有硬化材料的磨损硬化区域，所述磨损硬化区域具有沿着所述内圈的外表面测量时的宽度，所述宽度为所述磨损硬化区域的远端点与所述底切凹槽的近端侧之间的距离的至少两倍长。

6.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，所述第二轴承滚道被磨损硬化以限定具有硬化材料的磨损硬化区域，所述磨损硬化区域具有沿着所述内圈的外表面的远端点，所述远端点与所述底切凹槽的近端侧之间的轴向距离大于或等于所述底切凹槽的宽度乘以预定常数。

7.根据权利要求6所述的轴承组件，其中，所述预定常数为0.6。

8.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，沿着所述内圈的所述内表面周向地延伸的所述底切凹槽与形成在所述多个柄脚构件之间的所述狭槽中的每个狭槽均相交。

9.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，所述底切凹槽包括终止在弧形表面处的相对的平行侧面。

10.根据权利要求1所述的轴承组件，其中，所述底切凹槽包括终止在平面表面处的相对的平行侧面。

11.根据权利要求1所述的轴承组件，还包括形成在所述平行侧面中的至少一个侧面与所述平面表面之间的倒角。