CN104662317B - 永久可视指示器、直径对轴向关系计量器及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于在轴上安装轴承组件的系统和方法，所述系统包括内部法兰、外部法兰和套筒。所述内部法兰可固定于轴承组件，并且具有向外延伸的位移销，所述位移销限定轴承组件相对于轴的初始位置。外部法兰经由穿过细长孔的紧固件固定于内部法兰。外部法兰具有构造成接收位移销的开口。外部法兰在利用紧固件连接于内部法兰时可在第一位置与第二位置之间旋转，在第一位置，外部法兰开口不与位移销对准，在第二位置，外部法兰开口与位移销对准。套筒具有逐渐缩减的外径，并且可与外部法兰相接合。

Description

永久可视指示器、直径对轴向关系计量器及其使用方法
技术领域
本发明涉及在轴上机械地安装元件的技术领域。更具体地说，本发明涉及一种用于将轴承组件或其它机械元件安装到轴上的新型锥形套筒系统。
背景技术
回转式机械系统包括各种元件，例如轴承，这些元件允许相应部分之间的相对旋转运动。例如，回转式系统可以包括经由轴承组件支撑旋转轴的固定外壳。轴承组件典型地直接安装到轴上，并允许固定外壳与旋转轴之间的相对旋转运动。
用于将轴承组件或其它机械元件安装到轴上的各种安装系统都是已知的，并且可从市场上买到。这些系统中有些系统利用了锥形套筒，所述锥形套筒紧致地配合在轴的外周与轴承组件的内环之间。套筒的渐缩外径接合轴承组件的渐缩内径，并使套筒与内环和轴两者形成干涉配合。这种配置的变型可以包括减轻对轴或轴承环上的锥形件的需求的多个套筒，以及用于压紧或拉动套筒至紧密接合状态的各种机械配置。
本领域技术人员熟悉这种系统的操作及其使用的局限。第一个局限涉及零件公差和这些零件之间的初始间隙的问题(即轴外径、套筒宽度、轴承组件的内径等问题)。这些是每个机械系统所固有的，这是因为每个部件都是在一定的公差范围内被制造，每个组件都具有一些初始间隙以允许用户组装和初始定位这些零件。用户通过将这些零件组装到初始位置或"基准零点"而消除该变化，所述初始位置或“零基准位置”表示所有这些公差和零件之间的初始间隙已经被消除的位置。该初始位置可能导致的问题在于，在没有精确建立初始位置的情况下，可能导致如下所述的其它组装问题。
除公差和所有配合零件之间的初始间隙之外，轴承组件本身还具有轴承内部件之间的初始内部间隙。太大量的内部间隙，并且尤其是太小的内部间隙，例如由内环过载引起的情况，可能导致轴承损坏，最终导致机械系统故障。
锥形套筒安装系统的另一个局限涉及驱动或拉动锥形套筒进入轴承组件和轴之间的接合的方式。在这些系统中，通常使用驱动螺纹推动锥形套筒到位。该驱动螺纹常常结合到套筒本身的外径中，因而需要螺纹不小于轴径。因为这些系统可以在很大的轴径(例如，10英寸和更大)上使用，所以螺纹本身必须也相对较大。因此，常常需要专用工具扭转接合尺寸过大的螺纹的大部件。而且，大直径螺纹的接触面积大，因而摩擦损耗增大。这些力结合锥形系统本身的摩擦力时导致必须施加在部件上以使套筒适当旋拧而接合的力矩非常大。而且，螺纹上的摩擦力可能变化很大，导致接合该螺纹所需的扭矩具有大量不确定性。因为该扭矩值常常用于确定初始位置和/或完全接合位置，所以这会成为问题。在该扭矩不是恒定的情况下，用户可能在其并未到达初始位置时不正确地认为其已经到达了初始位置，或者用户可能在其已经到达初始位置时认为其并未到达初始位置。这两种不希望的结果可能导致轴承损坏和/或机械系统故障。
发明内容
所以，本领域需要固定旋转部件、尤其是轴承和轴的技术，该技术减轻或解决现有技术的这些缺陷中的至少一些缺点。特别是需要组装套筒系统的方法，该方法允许精确判断套筒在轴承和轴之间或在任意两个同心配合的元件之间的初始接合状态和最终接合状态。
附图说明
图1是安装系统的分解透视图，示出了本发明的当前构思的实施例中的轴承组件、内部法兰、外部法兰、锥形套筒和紧固件；
图2是安装系统的截面视图，显示了位移销，所述位移销包括用于将外部法兰相对于内部法兰布置在基准零点位置的直销。
图3是图1的安装系统的另一视角的截面视图，显示了用于将外部法兰相对于内部法兰布置在基准零点位置的凸肩销。
图4显示了图1中的在基准零点位置的安装系统。
图5显示了图1中的在最终装载位置的安装系统。
图6是在外部法兰处观察的安装系统的正视图，其中外部法兰相对于内部法兰处于基准零点位置。因而，图6的视图是图4中视图的侧视图。
图7是图1中安装系统的端视图，显示了外部法兰抵接内部法兰的情况下的处于最终装载位置的安装系统。
具体实施方式
下面的公开内容提供了解决上述后果和问题中的一些问题或全部问题的方法。在一个实施方式中，概括来说，该系统或成套工具总体上可以包括内部法兰、轴承组件(或其它轴安装元件)、外部法兰、锥形套筒和多个紧固件。该系统通过拉动锥形套筒进入轴与轴承组件(或其它轴安装元件)之间的组装位，将轴承组件(或其它轴安装元件)安装到轴上。在一个实施例中，通过如下方式预组装并预设定该系统：内部法兰安装到轴承组件上，用多个紧固件将外部法兰安装到内部法兰上，并将外部法兰螺纹连接于套筒。位移销使外部法兰保持与内部法兰间隔布置。该系统可以滑动进入轴上的适合位置。外部法兰和内部法兰可以作为一个单元相对于套筒旋转，优选用手旋转，以拉动套筒进入组装位置，在组装位置中，套筒固定在轴与内圈的内径表面之间。该初始位置或基准零点("ZRP")是公差以及配合零件之间的初始间隙已经被消除的位置。
当确定了初始位置或基准零点位置时，就可以使用多个紧固件将组件固定在最终位置上。从内部法兰向外、在内部法兰和外部法兰之间延伸的位移销设定套筒相对于轴承组件或其它轴安装元件的初始位置和最终位置之间的合适距离。位移销的长度可以等于合适安装所需的、套筒相对于轴和轴承轴向运动的量。外部法兰具有开口，所述开口可以是凹口，这样，当外部法兰相对于内部法兰旋转时，位移销可以与外部法兰上的开口对齐，从而允许内部法兰和外部法兰被拉动而发生抵接接触。紧固件可以在系统运行期间保持在适合位置，确保套筒不会脱离轴承。
该装载系统降低了驱动机构的摩擦损耗，不需要用户克服过大的驱动螺纹阻力。这也带来了非常重要的好处，即允许用于精确确定和可靠地量化套筒在被驱动进行接合时的初始位置。进一步的描述如下。
现在转到附图，图1示出了示例性锥形套筒安装系统或成套工具的元件。图2和3是图1的安装系统沿着图1中线2-2截取的截面视图。在示例性实施例中，轴承系统或成套工具10包括安装到内部法兰14上的锥形孔轴承12。虽然在图中示出了锥形孔球面滚子轴承，但是，本说明书不局限于这些特定类型的轴承或甚至一般的轴承产品，并且为便于说明，只显示了轴承的内环。轴承组件12可以具有渐缩内径16和导套18，该导套用于径向定位内部法兰14并与内部法兰的内径20配合。该系统或成套工具10还可以包括外部法兰22，所述外部法兰可以经由多个紧固件26固定到内部法兰14的前面24上，所述多个紧固件接合位于内部法兰的前面上的螺纹孔28。外部法兰22中的细长孔30允许紧固件26穿过外部法兰并对外部法兰的前面32加载，从而将两个法兰耦合在一起。可以使用垫片34结合紧固件以在外部法兰22的前面32上分配载荷。
位移销36可以安装到内部法兰14中的位移销孔37中。位移销36可以从位移销孔突出，并从内部法兰14的前面24延伸到外部法兰22的后面38，正如下文更详细地解释的。位移销36可以机加工成使之与内部法兰14上形成的相应孔压配合。如图2所示，位移销36可以具有恒定的圆柱形表面，并且可以以一定深度压配合到内部法兰中，所述深度使该销突出正确的高度，以产生所需的轴向位移量和所需的直径间隙减少量。如图3所示，位移销36可以机加工成带有一肩部，使得该销的较大直径部分的高度等于在安装系统和轴承组件内提供所要求的直径间隙减少量所需的轴向位移量。依照本公开内容，位移销36提供了用于指示轴承部件已被适当地安装的状态的可视指示器。因此，轴承制造商可以通过精确设定位移销36从内部法兰14突出的距离以及以该距离(即，销尺寸)利用紧固件26固定外部法兰22和内部法兰，设定所需的轴向位移"x"。
成套工具或系统还可以包括带有渐缩外径52的套筒50，所述渐缩外径接合轴承组件12的渐缩内径16。套筒的外部分可以从渐缩外径过渡到套筒的前面56附近的均匀外径54。套筒50还可以具有与均匀直径部分54相邻的螺纹58，所述螺纹螺旋地接合外部法兰22的内径上的驱动螺纹60。在使用紧固件26将外部法兰安装到内部法兰14上的情况下，外部法兰和内部法兰可以作为一个单元相对于套筒50旋转，使得外部法兰螺纹60和套筒螺纹58配合以驱动套筒进入轴承组件中，从而在初始位置将轴承组件初始固定到轴上。锥形套筒可以具有均匀内径66和轴向切口68，从而允许其在渐缩直径一起被驱动时夹紧在圆形轴上。应当注意，本系统可以采用不同构造的部件，由此(insomuch as)尤其是涉及接合锥形件的方面。例如，为避免轴承环本身是渐缩式的，可以在组件中插入另一个套筒，其具有与内轴承环的内径接合的表面，以及接触套筒的渐缩外径的渐缩内表面。
内部法兰14也可以经由卡环84轴向固定于内环。卡环可以通过环形凸轮表面82压缩，从而允许内部法兰14滑动到轴承组件12的内环上，直到卡环跳进卡环凹槽中的位置。
外部法兰22可以设置有间隙凹口90，所述间隙凹口90其间可以具有角位移，所述角位移与安装在内部法兰14上的位移销36的角位移相匹配。为允许自由旋转，凹口90的尺寸可以大于位移销的直径。同样，细长孔30的形状可以是细长的、弧形的，以允许外部法兰22相对于内部法兰14旋转，从而当内部法兰在轴承系统处于最终装载位置的时候被朝着外部法兰驱动时，允许位移销36与间隙凹口90对准，然后接收在间隙凹口中。除此之外或作为替换，可以在外部法兰的后面上设置间隙孔或开口，用以接收位移销。外部法兰上的凹口90也可以对应于活动扳手凹口，或者构造成接收另一工具以旋转外部法兰。
安装系统可以定位在轴上，外部法兰22和内部法兰14所形成的单元可以与套筒50接合，以使组件进入初始位置或基准零点位置。当在初始位置或基准零点位置时，紧固件26可以稍微旋松，以允许外部法兰22相对于内部法兰14旋转，但不允许外部法兰相对于内部法兰进行明显的轴向运动。可以旋转外部法兰22，直到位移销36与外部法兰的间隙凹口90相对齐。这提供了表明系统准备好移动到最终装载位置的可视指示器。然后，紧固件26可以拧紧，以向外部法兰拉动内部法兰，从而消除之前位移销所形成的空隙。当内部法兰和外部法兰进入抵接接触时，所述间隙凹口可以容纳位移销。大小为距离"x"的相对轴向运动导致内套筒50被驱动抵接到轴承12的内环上而使所述轴承扩张，从而使直径间隙减小至所要求的大小。换句话说，沿套筒50将轴承组件12从初始位置(在该初始位置，外部法兰的后面38与内部法兰的前面24间隔开的距离为位移销36从内部法兰前面向外突出的量)拉动到外部法兰后面抵接内部法兰的最终位置。位移销从内部法兰的前面延伸的距离等于驱动套筒从初始位置到套筒完全接合在轴承与轴之间的合适的最终位置所需的轴向位移。因而，仅仅通过使两个法兰配合，就能够自动地、精确地设定减小轴承的内部间隙所需的径向扩展的准确量，或轴承与轴之间的套筒的紧密接合状态。因此，销和间隙凹口为轴承提供了永久可视指示器和直径对轴向关系计量器，而不需要特定设备或外部设备。
紧固件26在运行期间可以保持在适当位置，并且通过在前加载表面上保持恒定载荷来有助于确保套筒不会脱离轴承组件。螺钉也用以通过旋转地锁定内部法兰14、外部法兰26、锥形套筒50和轴承组件12，来将零件键合在一起。这能够防止这些零件之间的任何相对运动，否则这些相对运动可能产生摩擦热，从而导致系统最后失效或计划外的维修。
可以在外部法兰22的外侧设置盖子100，该盖子用穿过外部法兰的外面上的紧固件孔104的机械紧固件102固定到外部法兰上。
最后，如整个讨论所述的，本安装系统不局限于轴承组件，可以用来在轴上安装其它机械元件。例如，系统可以用以安装用于使一个轴耦合于另一个轴的机械耦合件。为完成该耦合，一机械元件(典型地为耦合"半")直接地安装到轴上。本系统可以用来将这种元件和许多其它元件直接安装到轴上，从而提供与上述相同的所有有益效果和优点。
虽然已经在上文的详细说明书中详细描述，并且在附图中示出了具体的实施例，但是，本领域技术人员还应当明白，按照本公开内容的总体指导，可以开发本发明的那些所述细节的各种修改和变型。因此，所公开的具体实施例和所公开的特定范围仅仅是说明性的，不是对本发明范围的限制，本发明的范围将由附带权利要求书及其任何和全部等同的全面内容给出。

Claims (25)

1.一种用于在轴上安装轴承组件的系统，所述系统包括：
轴向固定于所述轴承组件的内部法兰，所述内部法兰具有向外延伸一定销尺寸的至少一个位移销；
经由多个紧固件联接于所述内部法兰的外部法兰，所述多个紧固件穿过在所述外部法兰中形成的孔，所述外部法兰具有构造成接收所述至少一个位移销的至少一个开口，所述孔相对于所述多个紧固件具有足够的尺寸，以允许当所述外部法兰利用所述多个紧固件联接于所述内部法兰时，所述外部法兰能够在第一位置与第二位置之间旋转，在所述第一位置，所述外部法兰的所述至少一个开口不与所述至少一个位移销对准，在所述第二位置，所述外部法兰的所述至少一个开口与所述至少一个位移销对准；以及
具有渐缩外径的套筒，所述套筒适合于与所述外部法兰相联接，所述套筒构造成能够设置在所述轴承组件与所述轴之间。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述销尺寸限定了在所述套筒相对于所述轴承组件和所述轴的初始位置与所述套筒相对于所述轴承组件和所述轴的最终位置之间的距离。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述初始位置和最终位置之间的距离等于使所述轴承组件适当地安装到所述轴上所需的套筒的相对轴向运动的大小。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，当所述系统移动到所述最终位置、所述位移销被接收在所述外部法兰的所述开口中的时候，所述外部法兰抵接所述内部法兰。
5.根据权利要求2所述的系统，其中，当所述系统从所述初始位置朝所述最终位置移动时，所述多个紧固件朝着所述外部法兰拉动所述内部法兰。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述外部法兰螺纹连接于所述套筒。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述开口包括延伸穿过所述外部法兰的外周的凹口。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述凹口构造成接收工具来旋转所述外部法兰。
9.一种用于将元件安装到轴上的系统，所述元件具有渐缩内径，所述系统包括：
轴向固定于所述元件的内部法兰，所述内部法兰具有向外延伸一定销尺寸的至少一个位移销；
经由至少一个紧固件联接于所述内部法兰的外部法兰，所述至少一个紧固件穿过在所述外部法兰中形成的至少一个细长孔，所述外部法兰具有构造成接收所述至少一个位移销的至少一个开口，所述外部法兰在利用穿过所述外部法兰的所述至少一个细长孔的所述至少一个紧固件联接于内部法兰时，所述外部法兰能够在第一位置与第二位置之间旋转，在所述第一位置，所述外部法兰的所述至少一个开口不与所述至少一个位移销对准，在所述第二位置，所述外部法兰的所述至少一个开口与所述至少一个位移销对准；以及
具有渐缩外径的套筒，所述套筒适合于与所述外部法兰相联接，所述套筒构造成能够设置在所述元件与所述轴之间。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述销尺寸限定了在所述套筒相对于所述元件和所述轴的初始位置与所述套筒相对于所述元件和所述轴的最终位置之间的距离。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述初始位置和最终位置之间的距离等于使所述元件适当地安装到所述轴上所需的所述套筒的相对轴向运动的大小。
12.根据权利要求11所述的系统，其中，当所述系统移动到所述最终位置、所述位移销被接收在所述外部法兰的所述至少一个开口中的时候，所述外部法兰抵接所述内部法兰。
13.根据权利要求10所述的系统，其中，当系统从初始位置朝所述最终位置移动时，所述至少一个紧固件朝着所述外部法兰拉动所述内部法兰。
14.根据权利要求9所述的系统，其中，所述套筒被轴向剖开，从而允许所述套筒在渐缩外径部被接合时夹紧所述轴。
15.根据权利要求9所述的系统，其中，所述至少一个开口包括延伸通过所述外部法兰的外周的凹口。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述凹口构造成接收工具来旋转所述外部法兰。
17.根据权利要求9所述的系统，其中，所述外部法兰螺纹连接于所述套筒。
18.一种用于将轴承组件安装到轴上的方法，所述方法包括：
接入轴承成套工具，所述轴承成套工具包括内部法兰、外部法兰、锥形套筒和轴承组件，其中，所述内部法兰具有从所述内部法兰的表面向外轴向延伸一定销尺寸的至少一个位移销，所述内部法兰轴向固定于所述轴承组件，所述外部法兰利用多个紧固件安装到所述内部法兰上，使得所述外部法兰与内部法兰以所述销尺寸间隔开，所述外部法兰具有构造成接收所述多个紧固件的细长孔，所述外部法兰具有构造成接收所述至少一个位移销的至少一个开口；
使所述锥形套筒与所述外部法兰接合，以将所述锥形套筒相对于所述轴承组件和所述轴定位在初始位置；
在所述多个紧固件处于所述细长孔中的情况下，使所述外部法兰相对于所述内部法兰旋转，使得所述外部法兰的所述至少一个开口与所述至少一个位移销对齐；并且
使所述多个紧固件接合在所述外部法兰和所述内部法兰之间，以朝着所述外部法兰移动所述内部法兰，并且沿所述锥形套筒拉动所述轴承组件，使得所述锥形套筒从所述锥形套筒相对于所述轴承组件和所述轴的初始位置移动到最终位置。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，当所述锥形套筒在所述最终位置、所述位移销被接收在所述外部法兰的所述至少一个开口中的时候，所述外部法兰抵接所述内部法兰。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述销尺寸等于所述初始位置和所述最终位置之间的距离。
21.根据权利要求19所述的方法，所述方法包括：使所述多个紧固件接合在所述外部法兰和所述内部法兰之间，以防止所述锥形套筒在操作期间进行相对运动。
22.根据权利要求18所述的方法，其中，所述锥形套筒被轴向剖开，从而允许所述锥形套筒在渐缩外径部被接合时夹紧所述轴。
23.根据权利要求18所述的方法，其中，所述开口包括延伸通过所述外部法兰的外周的凹口。
24.根据权利要求23所述的方法，所述方法还包括：将一工具施加到所述凹口上，以旋转所述外部法兰。
25.根据权利要求18所述的方法，其中，所述外部法兰螺纹联接于所述锥形套筒。
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