CN1095046C - 滚动轴承 - Google Patents

Abstract

一种用于将外机器构件(12)转动连接到内机器构件(13)上的滚动轴承。为连到至少一个机器构件上，该轴承包括相应的螺旋弹簧(14/15)形状的外和内主件，螺旋弹簧绕制成形成支撑轴承滚动体的滚动面的部分(16/22)，滚动体设置在环形座圈(17)中。从上述支撑部分伸出的绕制弹簧至少在一个轴向方向形成一连接部分(19/24)。这些连接部分设置成与轴承的其它工作部分相连。连接的例子包括将上述滚动面的支撑部分与另外的支撑部分连接以形成多排轴承。其它的功能是形成一个或多个部件，用以将螺旋弹簧组装到相应的机器构件(12，13)上，这些部件如为属于内机器构件的轴而设置的在外机器构件或外轮廓上的密封件。

Description

滚动轴承

技术领域

本发明关于一滚动轴承，它安置成连接到转动的其它机器构件的轴颈上，该滚动轴承包括多个安置成绕轴承转动中心在环形轴承座圈中滚动的滚动体，一个在上述环形轴承座圈外侧的圈形或管形的外主件，它相对于滚动体的滚动表面基本朝内面向上述环形轴承座圈的转动中心，一个内主体，它相对于滚动体的滚动表面基本朝外离开上述环形座圈的转动中心。

背景技术

上面提到的用以连接机器的转动构件的这类滚动轴承相对于滚动体的设计分为滚珠轴承、滚子轴承和滚针轴承。尤其是前两种轴承工具有多种不同的尺寸和设计，它们用于或多或少的载荷和不同类型的载荷中。它们的例子包括带槽的滚珠轴承、角接触滚珠轴承和自对准轴承。

在市场上见到的一种轴承是标准设计的轴承、即“商品目录的产品”，它具有圆柱形外壳和圆柱形轴孔，这种轴承基本限制在用作轴承的功能，相互连接的机器部件必须在它们分别连到轴承外壳或轴孔上之前进行机械加工。

另外有一种滚动轴承，除了用作轴承外，还可用来连接特殊的机器部件，一个典型的例子是自行车的前轮的轴承。在这种轴承中，一部分呈轮毂轴形式，用作轴承滚动体的滚珠安置在座圈的内端。相对的内座圈设计成具有螺纹孔的盘，螺纹孔设计成使两个盘能螺接在具有轮毂轴的轮子的安装轴上。该轮毂轴具有带孔的外法兰，用以固定轮子的轮辐。因此这种轴承设计成一个完整的轮毂组件，它宜于与轮子的轴装在一起，并形成轮辐的安装装置。这种类型的产品在下面被称为“特定的轴承”，通常制成批量产品并可广泛用于某些产品组中。

最后，一种轴承可称作为“整体轴承”。该轴承整体装入一个大的复杂的结构中，其中机器的构件除用作轴承外，还有其它功能。一个例子是汽车轮子用的轮毂组件，在汽车工业中常称作为“轮毂装置”。这里的轮毂组件是按特殊型号的车辆设计的，它除了包括作为轴承的必须的零件外，还包括：用以安装轮子的外轮毂件，以及与轮子悬挂装置和驱动件一起的内轮毂件。

在所有的上述类型的滚动轴承中，通常滚动面设计成与滚动体的形状相宜的座圈，这些座圈必须进行高精度抛光，在形成座圈的主要零件上必须采用高强度钢。在以这种方式制造滚动轴承时，这种设计所用的材料及机加工成本使其价格相当高。因此，人们已力图以其它方式来制成座圈。一种已知的方法是用高强度钢筒来衬垫座圈。在该方法中，不必用高质量材料来制造整个轴承组件，可以通过加压或选择长寿命材料来使薄的钢筒制成具有很高质量的材料。在DEA384914的专利说明书中，Thalheimer建议该衬件由螺旋缠绕的线制成，还示出它被迭层滚压并安置成形成滚动轴承的滚子的支撑件。从DEA846646(Franke)的专利说明书中可知道另一种建议，其中座圈由贴靠滚珠形式的滚动体的环形线圈形成。采用这种装置，可相互转动的轴承的主要零件的机加工作大大减少了，从研磨整个座圈到切割可固定线圈的槽。该线圈可用加压后的高强度钢制成，用作滚动体的支撑。这样，就可在某种程度上补偿在主件和滚动体之间的与座圈相比而减小的接触表面。

采用具有圆柱形外壳、圆柱形孔和弧形设计的座圈的标准轴承，如上所述人们可以知道在先有技术上的某些发展趋势。其中一个趋势是如上所述的特定轴承和整体轴承。在这些类型的轴承中，除了纯粹的轴承的功能外，还具有某些不属于标准轴承情况的、进一步的功能。这里描述的其它发展趋势包括除了将滚动面研磨成轴承的主件外的形成座圈的方法。这项发展趋势与改进效率、减少制造成本和为材料选择提供更大的自由度有密切的关系。这项发展趋势可与标准轴承、特定轴承和整体轴承组件有关。

本发明的目的

本发明的目的是提供一种轴承主件的设计，使它能以少量的操作、高效和低成本方式来制成，并使具有附加功能的特定的滚子轴承和整体的轴承除了纯粹的轴承功能外，还可提供大量的设计机会。这样，包括滚动轴承的组件可在比具有轴承功能的采用标准滚动轴承可能的成本要低的成本上制成。本发明主要想用在轻型操作的组件上。

本发明的基本特征。

本发明提供一种滚动轴承，包括两个同轴安置的轴承体，一个位于另一个外侧；其中两个轴承体具有两个相对的面，在相对的面之间放置多个如滚珠或滚子那样的转动装置，其中上述相对的面做成槽形从而使该装置保持在两个轴承体的两个相对的面的槽形部分中，至少一个轴承体为筒状的螺旋弹簧形式，螺旋弹簧绕制时产生槽形部分，该螺旋弹簧的尺寸做成能吸收来自转动装置的力；它可经受轴向力，从而转动装置能被加到螺旋弹簧的两个缠绕圈之间。

附图描述

下面将参照附图描述本发明的几个实施例，其中：

图1是本发明具有数排球轴承的剖视图，

图2是具有数排球轴承的不同实施例的剖视图，

图3是具有柔性转动轴的柔性设计中具有数排球轴承的剖视图，

图4是具有锁定功能的弹簧的角接触球轴承的剖视图，和

图5是具有弹性悬挂件的轴承的剖视图。

优选实施例：

下面图示和描述的是机器的结构部件，机器的结构部件由本发明的滚动轴承装置相互连接以进行转动。就此而言，机器结构的两个构件分为“外件”和“内件”，内件还可称为“轴件”。这些构件的一个连到如座子那样的大的复杂的车体或类似件上，而另一个构件可作为可转动或可旋转构件。固定的构件可以是外件，也可是如轴件那样的内件。例如一个车轮可以具有连到车架上的共同转动的轴，因此它就代表固定构件。另外，该轮子还可具有外件，它连接在固定附着到较大结构部分上的轴上。

图1表示数排滚珠轴承。机器结构的外件在这里表示为套筒1，它的内件是轴2。套筒1可带有轮子或其它转动件，轴固定地安装在一侧或两侧上。另外，轴可带有一个或数个可转动的构件，而套筒1是固定安装的。轴承的外主件由螺旋弹簧3形成，该弹簧绕制成形成多个(图中为4个)向外弯曲的部分4，该部分4具有处在中间的圆柱部分5。部分4形成放置在环形轴承环中的滚动体6的座圈。这里示出的滚动体是滚珠，它可由滚子替代，在用滚子替代的情况下，向外的弯曲部分4做成水平的座圈，座圈做成具有横向朝内弯曲的绕制线圈，从而配合相应的部分5并形成保持滚子定位的部件。

如图所示，外件由螺旋弹簧3形成，它具有两个主要功能：一是形成滚动体的座圈，另一是形成支撑件，它的尺寸做成能吸收滚动体的裁荷而不需要任何单独的中间支撑件。该弹簧还完成其它功能，如它的部分5形成连接件，这就能通过适用于预计功能的绕制圈直径在同一主件上具有多个座圈。因此该弹簧不仅形成主件的座圈，而且还在其一侧或两侧延伸，通过轴向的进一步的绕制的圈来形成相互连接数个座圈的上述部分5，如图1的实施例所示。

轴2是圆柱形的并具有槽，该槽与滚动体6轮廓相符，形成滚动体环形轴承环的内座圈。对于滚子轴承，代替圆形槽的轴承环的是该轴可具有水平的槽状环，由槽的边缘将轴进行相对于外件1的轴向固定。如果上述固定不需要，滚子轴承的轴可以是水平的。另一方面，如果滚子是由轴上的槽边缘固定的，上述弹簧3的朝内转的部分可以省略，在此情况下，外件1仍需以其它方式进行轴向固定。然而在外件和内件中的图示的滚动体的轴向引导装置应具有多种设计。

套在弹簧3上的是一个收缩管9，它在图示的两侧上伸出，超过滚动体的最外的座圈。在管中的塑料张紧并在室温下保持张紧的尺寸。因此该管的尺寸做成使它能套在弹簧上。如果它的温度上升，由于材料力图继续其“座落位置”，它将收缩。正如图1所示，该管将贴靠在弹簧的外轮廓上，与它的轮廓一致。图中示出超出滚动体的最外座圈的管已收缩，从而使它的终端部分10贴靠轴2。这样形成了轴的密封件，防止灰尘和湿气进入带滚动体的座圈，也可防止润滑剂从轴承内逸出。

在制造图1所示的实施例中的轴承时，首先制造轴2和弹簧3。然后通过将轴放在弹簧中来安装成品的滚动体6，在放置滚动体时推出相应的向外弯曲的部分4，再将滚动体放置成与轴2的相应的槽8接触。滚动体的座圈可以填装成在滚动体之间仅留下一很小的空间，这样可以省掉滚动体的保持件，如果在滚动体之间存在较大的内部空间，则必须使用这种保持器。因此除了能提供具有导向边缘的座圈外，座圈还可全用滚动体装成，这就不必提供保持器，这在主件做成具有不间断的轴承环边缘的单圈的轴承上是不可能的。当所有的滚动体安装以后，收缩管9套在弹簧上，并对它加温，使它收缩到如图所示的形状。此后将轴承装置插入外件、即套筒1，套筒1的尺寸稍小一点，使套筒形成摩擦连接。由于管可以使弹簧组件气密，可以通过在套筒内的收缩管周围涂上密封合成物或胶来进一步固定和密封轴承。

从下面的对进一步的实施例的描述可清楚地看出，从相应座圈延伸出的部分起到了将主件连接到机器部件上的相互连接的作用。

图2表示数排的球轴承。它做成使本发明的弹簧件用来形成外和内座圈。该弹簧分别绕制成外和内接触表面，分别直接安装成贴靠具有光滑孔的外部机器构件和贴靠光滑的轴。在图2中，具有光滑的孔的机器组件的外部构件记作12，光滑的轴记作13，外弹簧记作14，内弹簧记作15。弹簧14的特征是具有向外弯曲部分16，它以前面描述的方式形成滚动体的座圈，这里记作17。在部分16之间延伸着连接部分18，起初从部分16的端部缠绕圈向外并进一步伸出以形成圆柱形部分19。因此这些部分形成圆柱形的、连续的外轮廓，它们宜插入外部机器构件12的孔中。

内簧15以相应的方式设计，在这里它具有形成座圈向内弯曲的部分22，该部分从同样的连接部分23的边缘上延伸，连接部分进一步向内弯曲以形成内部部分24。它们一起形成一个圆柱形的内包络面，该内包络面的内径宜在其中插入光滑的轴13。

如果轴13插入内簧15，就可很容易地组装该部件了。此后将外簧14在内簧上方推动，通过如上所述拉出外簧来放置滚动体，最后将整个装置插入外部构件12的孔中。

这种设计可使连接机器的构件以很简单的方式加工出来。外件可通过切割一根管子而简单地加工出，内件可通过切割一根杆材制成。在这里描述的最简单的设计中，轴承完全不密封，当然它可借助于图1所示的收缩管来加强密封。另外，轴和外件的孔可具有传统类型的密封件、如套式密封件或O形圈等。

图3所示的实施例说明如何利用基本与图2设计对应的设计来连接柔性转动轴。外簧28具有基本与图1所示的簧3相同的设计，图示的内簧29具有基本与图2所示的内簧15相同的设计。相对于内外主件28和29，形成座圈的部分记作32和连接部分为33。滚动体记作30。

图示的外簧28具有收缩管31，它使轴承具有更大的稳定性。然而可以预想到该轴承能够弯曲，以适应转动轴的弯曲。如果弹簧具有收缩管，可能弯曲起来更困难一些。如果在组装前能预计出某一点上轴的弯曲度，可将轴承弯曲成相应的形状，然后由装在其上的收缩管来固定。

这种设计可潜在地用于两种不同类型的柔性轴上。在一种类型中，轴受固定安装的手动工具的马达的驱动进行转动，然后该轴连接在外套筒上，在操作期间，整个组件必须是非常柔性的。图示的轴承可插入外套筒中以沿其整个的延伸件或某些部分来连接该轴。另外，这种轴承还可做成使轴和套筒以后放置。通常对柔性轴来说，它通常设计成密集绕制的、长的螺旋弹簧的形状。在本发明中，可允许轴承的、绕制成座圈的弹簧29也形成动力传输的柔性轴。

另一类型的柔性轴具有固定件，并通常用于一些机件的遥控件上，轴所伸出的延伸件宜于安装控制轴。这种轴必须能在不同的位置上弯曲，在这些位置上出现了异常的高量级的应力，这些应力宜由滚动轴承吸收。图3所示的轴承特别适用于这种用途，它可制成“整件产品”，并可按不同产品和设备切成所需要的长度。

图4表示本发明实施例的角接触滚珠轴承。其中在两个环状轴承环、接触座圈中、滚动体的接触中心相互相对于转动轴反向倾斜。这样，采用单个轴承，提供的载荷吸收特别有利于抵御倾斜轴的力。

在图4中，机器组件的外件示作为一个轮毂35，该轮毂具有用于轴承外主件的座36，座36具有底部37。在另一侧上，该座可用盖38封闭。轴承的外主件记作40，它包括带朝内弯曲的端部41的弹簧，端部41加工成接触滚动体42，图中示出是一个滚珠，基本接触滚珠面的、相对于机器组件、轴44的内件转动中心的一个象限、约45°角上。弹簧的绕制圈在形成滚动面的弹簧部分41之间延伸以提供一连接部分43。座36宜分别通过底37和盖38以及接触连接部分43来支撑弹簧40和两侧。

轴承的内主件由弹簧45形成，它具有终端的圆柱形连接部分46，该部分宜套在轴44上。向外弯曲的连接部分47延伸在弹簧每端上的滚珠42的接触部分48之间。接触部分48放置在外簧40接触部分41的对面。因此球42可得到上述成角度的接触，在图中示出的点划线51穿过与轴成一角度的接触座圈的相应中心。

内簧45的外圆柱部分的终点在缠绕制成弹簧的线的向内转的终端部分49，这就可扣压到轴上的槽50中。这样，内簧45相对于轴轴向固定，进而由于外簧固定在座36中而相对于外件35固定了。通过扣紧部分49和槽50来轴向固定还可用在不是图示所示的情况中。同样外簧可相应地固定在一个槽形座的槽中。

图5表示形成轴承座圈的弹簧是如何用于弹性悬挂件的。这里假定轮子54连到具有两支腿的支架55上。这里所示的轴承具有非常简单的设计，它具有弹簧58形式的座圈57，形成轴承的内主件。轴承的外主件由轮子54构成，在轮子上已制成一个槽59，以此形成外座圈。滚珠60形的滚动体放置在弹簧部分和槽59之间，它们可利用弹簧的弹性来安装。弹簧从滚珠60的座圈57向两侧延伸，使连接部分61具有一定的长度。这些部分的端部装到支架55上，这可由插入支架腿的孔中或用一搭钩来做到。另外，还可利用自由成形的弹簧的各种可能性、如可用类似于如图4所示的扣压部分61、或弹簧做成在其端部具有套环，该套环可简单地钩挂在支架腿上的钩类件上，这种弹簧宜延伸成能稍稍接触其安装位置。

因此图5的实施例中用单个构件、即本发明的弹簧58为轮子提供连接和弹性悬挂件。这种弹性悬挂件不必安装双侧弹簧。另外，弹簧可在座圈后的一个方向上终止，具有与部分61相对应的延伸部分的端部做成以牢固的方式安装的单侧悬挂件。这种用单个元件以简单方式来得到连接和弹性悬挂的方法可用于多种轴承设计中，如图1和图2例子中的一个中，其中轴承的外主件还可设计成弹簧的形状。

弹簧的阻力可通过选择弹簧的长度、直径和弹簧钢丝的直径确定的弹簧刚度来进行调节。另外通过放置一阻尼件或在弹簧上套一管子也能减小弹力或进一步调节刚度。

上面图示和描述的实施例仅为本发明的原理性的示例，即螺旋形弹簧形成滚动轴承滚动体的座圈及具有非轴承功能的功能的部件，还提到如何用弹簧来连接一排座圈，连接到机器构件上并提供弹性悬挂件。除此之外，采用本发明的原理可制成用于各种各样产品的特定的滚动轴承和整体轴承组件。上面未提到的其它设计细节也包括在本发明之内。

可以设想到由一定尺寸的密集绕制钢丝制成的座圈使弹簧能吸收一些滚动体的载荷。在连接部分也可出现不同绕制的弹簧。为了减少所需要的钢丝的量和/或增大弹性件轴向尺寸调节的可能性，连接部分可做成具有较松的钢丝圈。采用现代绕制技术，能使上述部分做成不是圆柱形，除了锥形外，如果对将主件连到现有的机器构件上有利，还可是其它的非圆形的。

为了适用于不同的设备情况，还可采用各种质量的绕制钢丝。钢丝的原材料显然是很重要的。作为例子也可使用不锈钢。在拉丝期间，所加的压力可影响材料的硬度，在绕制后对弹簧进行硬化也可影响硬度。

如果要求座圈具有比用圆的弹簧钢丝能达到的还要大的接触面，在弹簧被绕制成初步形状时，还可磨削钢丝，甚至可使用四方形或扁平截面的钢丝来制成具有比同圆形截面的钢丝能得到的较大接触面的座圈。

螺旋形弹簧具有这样的特征：在它受到一个方向的扭转时，直径会减小，而在另一个方向扭转时直径会增大。这就在安装时提供了一种可能性：通过将它在一个或另一个方向扭转使该弹簧插入尺寸较小的孔中或装在一个尺寸较大的杆上。当取消扭转时，弹簧将通过膨胀而锁在孔中、或通过收缩而锁紧在杆上。

如上所述，在组装时可利用弹簧的弹性。已提到的一个例子是安装滚动体时，将弹簧拉出，使它拉成近似于滚动体、主要是滚珠的座圈，使滚动体可放置在弹簧的绕制的圈之间。在该方法中，该列滚动体可填装成不必采用隔开滚动体的保持器。另外，在将完整的轴承组件组装到现有的机器构件上时，弹簧的弹性提供了非常有利的可能性，正如在图4实施例的锁紧部分和前一段描述的例子那样。

本发明的特别的有利之处在于：采用现代数控技术，在自动缠绕加工中可制成非常复杂的形状的弹簧。由于采用数控而不是为每种形状准备特殊的工具，弹簧的外形符合要求而不需要高的加工成本。这样，即使特定轴承的圈数很少，本发明也能适用。总之，本发明的原理能很好地适用于轻型操作的轴承，此外还适用于经常临时使用的设备。

本发明的核心概念是：绕制时制成预定形状的螺旋弹簧，它用作一个或两个主件并构成结构件和载荷吸收构件。另外，弹簧绕制成一部分在座圈外，这就提供了除形成座圈外的具有其它功能的部件。因此该弹簧形成了具有多个整体功能的构件。

Claims (7)

1.一种滚动轴承，包括两个同轴安置的轴承体(14和15)，一个位于另一个外侧；其中两个轴承体具有两个相对的面，在相对的面之间放置多个如滚珠或滚子那样的转动装置(6，17)，其中上述相对的面做成槽形从而使该装置保持在两个轴承体的两个相对的面的槽形部分中，

其特征在于：至少一个轴承体(3)为筒状的螺旋弹簧形式，螺旋弹簧绕制时产生槽形部分(4)，该螺旋弹簧的尺寸做成能吸收来自转动装置的力；它可经受轴向力，从而转动装置(6，17)能被加到螺旋弹簧的两个缠绕圈之间。

2.如权利要求1的滚动轴承，其特征在于：构成螺旋弹簧的每个轴承体(分别为14和15)的外表面具有一个相应的罩(9)。

3.如权利要求1的滚动轴承，其特征在于：每个螺旋弹簧(分别为14和15)具有朝向由上述装置(6，17)形成的连接点的一侧或两侧的延伸件。

4.如权利要求3的滚动轴承，其特征在于：每个螺旋弹簧(分别为14和15)可装配成形成一个或多个连续的槽形段(16)。

5.如权利要求1的滚动轴承，其特征在于：具有螺旋弹簧性质的每个轴承体(分别为14，15)与固体的本体(13)合作。

6.如权利要求1的滚动轴承，其中两个轴承体(14和15)由选定长度的螺旋弹簧构成，其特征在于：螺旋弹簧具有多个槽形段(16)，产生多个连续的滚动轴承，作为一个例子该连接装置具有柔性轴的管状连接轴的性质。

7.如权利要求1的滚动轴承，其特征在于：位于内部的轴承体(61)由具有槽形外形(57)的螺旋弹簧构成，位于外部的轴承体(54)是一个固体，位于内部的轴承体(61)从轴承突出，该突出部分固定在适当的构件上。

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