CN109505858B - 用于维持轴上弹簧球位置的装置和方法 - Google Patents

用于维持轴上弹簧球位置的装置和方法 Download PDF

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Abstract

用于球面轴承的球和轴装置(10)包括有球形外表面(12E)和由在其第一轴端(12A)及第二轴端(12B)间延伸的内表面(14)限定的内部区域(13)的弹簧球(12)。内表面(14)限定至少第一内径(D1)和狭缝(15)，狭缝从第一轴端(12A)延伸过弹簧球(12)到达第二轴端(12B)。狭缝(15)配置为允许弹簧球(12)径向弯曲。轴(20)有形成在其上的球接收表面(22)并至少部分设置在弹簧球(12)的内部区域(13)中。周向运动限制器与弹簧球(12)和轴(20)连通并构造成防止弹簧球(12)相对轴(20)周向旋转。轴向运动限制器系统形成在部分弹簧球(12)和轴(20)中并与周向运动限制器分开，并且构造成限制弹簧球(12)相对轴(20)轴向运动。

Description

用于维持轴上弹簧球位置的装置和方法
技术领域
本发明总体涉及一种球和轴装置，所述球和轴装置具有用于维持轴上弹簧球的轴向和周向位置的、周向运动限制器和轴向运动限制器系统，更确切地，涉及一种阻止弹簧球在轴上旋转的轴向销和键槽配置，所述轴向销和键槽配置与从轴径向延伸的、用于限制弹簧球在轴上的轴向运动的凸缘相结合。
背景技术
欧洲专利说明书第EP 2,986,862B1号公开了一种具有弹簧球配置的关节轴承，如现有技术图1所示，下文通常称为弹簧球轴承300。现有技术的弹簧球轴承300包括内部构件312A，该内部构件具有球形外表面315和大致圆柱形的内表面325，该内表面限定内部构件312A的内部区域319。内部构件312A具有穿过其延伸的轴向狭缝330。内部构件312A还具有两个孔360，孔360沿径向延伸穿过内部构件312A。内部构件312A安装在轴340上，使得圆柱形内表面325装配在轴340的圆柱形外表面342上。轴340具有在其中沿径向延伸的两个孔370。孔360和孔370中的每一个被配置为在其中接收径向延伸的销380，以保持球312A相对于轴340的轴向和周向位置。弹簧球轴承300包括外座圈314，外座圈314限定内部球形表面316，该内部球形表面316的轮廓形状与球312A的球形外表面315的形状互补。轴向狭缝300允许内部构件312A沿径向方向弹性扩张与收缩，以补偿磨损并且保持使内部构件312A相对于外座圈314旋转所需的相对恒定的操作扭矩。
然而，需要一种改进的配置和组装方法，用于保持内部构件312A相对于轴340的轴向和周向位置，同时允许内部构件312A沿径向方向弹性扩张与收缩。
发明内容
本文公开了一种用于球面轴承的球和轴装置，其包括弹簧球，所述弹簧球包括球形外表面和由在其第一轴端和第二轴端之间延伸的内表面限定的内部区域，所述内表面限定至少第一内径、狭缝和轴向延伸的第一键槽，所述狭缝从所述第一轴端延伸穿过所述弹簧球到达所述第二轴端，所述狭缝被配置为允许所述弹簧球径向弯曲。轴具有形成在其上的球接收表面，并且部分地设置在弹簧球的内部区域中。周向运动限制器(例如，键)与弹簧球和轴连通。周向运动限制器构造成防止弹簧球相对于轴周向旋转。轴向运动限制器系统形成在部分弹簧球和轴中。轴向运动限制器系统与周向运动限制器分离并且构造成限制弹簧球相对于轴的轴向运动。
在一个实施例中，周向运动限制器包括形成在弹簧球的内表面中的轴向延伸的第一键槽和形成在球接收表面中的轴向延伸的第二键槽。第一键槽和第二键槽彼此对齐，键设置在第一键槽和第二键槽中。
在一个实施例中，轴向运动限制器系统包括具有第一凸缘和第二凸缘的轴，第一凸缘和第二凸缘中的每一个从球接收表面径向向外延伸。弹簧球的第一轴端抵接第一凸缘的一部分，弹簧球的第二轴端抵接第二凸缘的一部分。
在一个实施例中，(a)周向运动限制器包括形成在弹簧球的内表面中的轴向延伸的第一键槽和形成在球接收表面中的轴向延伸的第二键槽。第一键槽和第二键槽彼此对齐，键设置在第一键槽和第二键槽中；(b)轴向运动限制器系统包括具有第一凸缘和第二凸缘的轴，第一凸缘和第二凸缘中的每一个从球接收表面径向向外延伸。弹簧球的第一轴端抵接第一凸缘的一部分，弹簧球的第二轴端抵接第二凸缘的一部分。
在一个实施例中，第一凸缘和第二凸缘围绕轴周向延伸。在一个实施例中，第一凸缘围绕轴周向延伸。在一个实施例中，第二凸缘围绕轴周向延伸。
在一个实施例中，第一凸缘具有第一外径，第二凸缘具有第二外径，并且球接收区域具有第三外径。第一外径大于第二外径和第三外径，第二外径大于第三外径。
在一个实施例中，弹簧球构造成径向弯曲，使得第一内径大于第一外径，以便从轴上安装和移除弹簧球。
在一个实施例中，弹簧球构造成径向弯曲，使得第一外径小于第二外径。
在一个实施例中，弹簧球的内表面的一部分是圆柱形的。在一个实施例中，内表面的一部分是圆锥形的并且朝向弹簧球的第二轴端沿径向向内逐渐变细。在一个实施例中，(a)弹簧球的内表面的一部分是圆柱形的；(b)内表面的一部分是圆锥形的并且朝向弹簧球的第二轴端沿径向向内逐渐变细。
在一个实施例中，轴的球接收表面的一部分是圆柱形的。在一个实施例中，球接收表面的一部分是圆锥形的并且朝向第二凸缘沿径向向内逐渐变细。在一个实施例中，(a)轴的球接收表面的一部分是圆柱形的；(b)球接收表面的一部分是圆锥形的并且朝向第二凸缘径向向内逐渐变细。
在一个实施例中，第二凸缘包括轴向向内的肩部和径向外表面，该径向外表面包括锥形部分，所述锥形部分沿径向向内、沿轴向远离所述轴向向内的肩部逐渐变细。
本文公开了一种用于球面轴承的球和轴装置，其包括可拆卸地安装在轴上的弹簧球。弹簧球具有球形外表面和由在其第一轴端和第二轴端之间延伸的内表面限定的内部区域。内表面限定第一内径。弹簧球具有从第一轴端延伸穿过弹簧球到达第二轴端的狭缝。狭缝被配置为允许弹簧球径向弯曲。弹簧球还具有形成在内表面中的轴向延伸的第一键槽。轴具有形成在其上的球接收表面。此外，轴具有第一凸缘和第二凸缘，每个凸缘从球接收表面径向向外延伸。轴还包括形成在球接收表面中的轴向延伸的第二键槽。弹簧球围绕球接收表面的一部分，使得第一键槽和第二键槽彼此对齐。弹簧球的第一轴端抵接第一凸缘的一部分，弹簧球的第二轴端抵接第二凸缘的一部分，以防止弹簧球相对于轴轴向运动。键设置在第一键槽和第二键槽中，以防止弹簧球相对于轴的圆周方向转动。
在一个实施例中，第一凸缘和第二凸缘围绕轴周向延伸。在一个实施例中，第一凸缘围绕轴周向延伸。在一个实施例中，第二凸缘围绕轴周向延伸。
在一个实施例中，第一凸缘具有第一外径，第二凸缘具有第二外径，且球接收区域具有第三外径。第一外径大于第二外径和第三外径。第二外径大于第三外径。
弹簧球被配置为径向弯曲，使得第一内径大于第一外径，用于从轴安装和拆卸弹簧球。例如，弹簧球被配置为径向弯曲，使得第一外径小于第二外径。
在一个实施例中，弹簧球的内表面的一部分是圆柱形。在一个实施例中，内表面的一部分是圆锥形的，并朝向弹簧球的第二轴端径向向内逐渐变细。
在一个实施例中，轴的球接收表面的一部分是圆柱形。在一个实施例中，球接收表面的一部分是圆锥形的，并朝向第二凸缘径向向内逐渐变细。
在一个实施例中，第二凸缘具有轴向向内的肩部和径向外表面，该径向外表面包括锥形部分，该锥形部分径向向内、轴向远离轴向向内的肩部逐渐变细。
本文还公开了一种用于将球安装在轴上的方法。该方法包括：提供弹簧球，该弹簧球具有球形外表面和由在其第一轴端和第二轴端之间延伸的内表面限定的内部区域。内表面限定第一内径。狭缝从第一轴端延伸穿过弹簧球到达第二轴端，且轴向延伸的第一键槽在内表面中形成。该方法包括提供轴，该轴具有形成在其上的球接收表面。该轴具有第一凸缘和第二凸缘，每个凸缘从球接收表面径向向外延伸。该述轴具有形成在球接收表面中的轴向延伸的第二键槽。该方法还包括提供键。键设置在第一键槽或第二键槽上，然后弹簧球在第二凸缘之上展开。使弹簧球滑过第二凸缘，以便使键设置在第一键槽和第二键槽中。然后使弹簧球从第二凸缘上滑下，使弹簧球位于第一凸缘和第二凸缘之间。当弹簧球从第二凸缘上滑下时，弹簧球围绕轴的球接收表面收缩。
附图说明
图1是具有弹簧球配置的现有技术球面轴承的分解图；
图2是本发明的弹簧球和轴装置的透视图，以初始组装状态示出；
图3是本发明的弹簧球和轴装置的透视图，以中间组装状态示出；
图4是本发明的弹簧球和轴装置的透视图，以已组装状态示出；
图5是截取自图4的截面5-5的弹簧球和轴装置的横截面图，并且示出为具有外环；
图5A是图5的包含密封件的细节5A的放大图；
图6是截取自图4的截面6-6的弹簧球和轴装置的横截面图；
图7是图6的细节7的放大图；以及
图8是可选的弹簧球实施例的透视图。
具体实施方式
如图2所示出，用于球面轴承的球和轴装置通常用数字10表示。球和轴装置10包括弹簧球12。弹簧球12具有球形外表面12E和由内表面14限定的内部区域13，该内部区域13在弹簧球12的第一轴端12A和第二轴端12B之间延伸。
如图6所示出，内表面14在内表面14的圆柱形部分14C上具有第一内径D1。在过渡线14X处，内表面14过渡到锥形内表面14D。锥形内表面14D朝向弹簧球12的第二轴端12B径向向内以相对于圆柱形部分14C的角度α(如图6所绘出)逐渐变细。在一个实施例中，角度α为8至23度。锥形内表面14D具有逐渐减小的第二内径D2和第三内径D3，其中第三内径D3小于第二内径D2。尽管弹簧球12经示出并被描述为具有锥形内表面14D，但是本发明在这方面不受限制，因为可以采用其他内表面配置，包括但不限于如图8所示出的弹簧球12’的完全圆柱形的内表面14D’或完全锥形的内表面。
如图2所示出，弹簧球12具有从第一轴端12A延伸穿过弹簧球12到达第二轴端12B的狭缝15。狭缝15被配置为允许弹簧球12径向弯曲。球和轴装置10包括周向运动限制器(例如，键30)，其与弹簧球12和轴20连通。弹簧球12具有形成在内表面14中的轴向延伸的第一键槽12K。第一键槽12K具有半圆形横截面。然而，本发明在这方面不受限制，因为可以采用第一键槽12K的其他横截面配置，包括但不限于直线形和三角形横截面。另外，第一键槽12K可仅部分地在弹簧球12的第一轴端部12A和第二轴向部12B之间延伸。
如图2所示出，球和轴装置10包括轴20，该轴上形成有球接收表面22。球和轴装置10具有轴向运动限制器系统，该系统包括第一凸缘24和第二凸缘26，每个凸缘从轴20的球接收表面22径向向外延伸。球接收表面22围绕轴20周向延伸360度且在第一凸缘24和第二凸缘26之间连续轴向延伸。第一凸缘24和第二凸缘26围绕轴20周向延伸360度。球接收表面22具有从第一凸缘24延伸到过渡线22X的圆柱形外表面22C。如图5所示出，圆柱形外表面22C具有如图6所示出的第一外径D1。在过渡线22X处，如图5所示出，球接收表面22过渡到外锥形表面22D。外锥形表面22D朝向第二凸缘26径向向内逐渐变细。外锥形表面22D具有逐渐减小的第四外径E4和第五外径E5，其中，如图6所示出，第四外径E4小于第五外径E5。
虽然第一凸缘24和第二凸缘26被示出并描述为围绕轴20周向延伸360度，但是本发明在这方面不受限制，因为第一凸缘24和/或第二凸缘26可以部分地或间歇地围绕轴20周向延伸。
如图2-5所示出，轴20具有轴向延伸的第二键槽22K，该第二键槽形成在球接收表面22中并在第一凸缘24和第二凸缘26之间延伸。第二键槽22K具有半圆形横截面。然而，本发明在这方面不受限制，因为可以采用第二键槽22K的其他横截面配置，包括但不限于直线形和三角形横截面。另外，第二键槽22K可仅部分地在第一凸缘24和第二凸缘26之间延伸。圆周运动限制器或键30沿轴向装配到第一键槽12K和第二键槽22K中，以防止弹簧球12相对于轴20周向旋转，如本文所述。
如图4所示出，弹簧球12经示出为组装在轴20上使得弹簧球12围绕球接收表面22，以此使得第一键槽12K和第二键槽22K彼此对齐，弹簧球12的第一轴端12A抵接第一凸缘24的一部分，弹簧球12的第二轴端12B抵接第二凸缘26，以防止弹簧球12相对于轴20轴向运动。键30(例如，具有圆柱形配置的销)设置在第一键槽12K和第二键槽22K中，以防止弹簧球12相对于轴20的圆周方向转动。虽然键30被示出并描述为具有圆柱形横截面的销，但是本发明在这方面不受限制，因为可以采用其他键配置，包括具有直线横截面的键。
如图5所示出，弹簧球12具有围绕弹簧球12的外表面12E模锻(swage)的外环50(例如，具有球形内表面的外环)。密封件28(如图5A所示)从轴20中的密封槽29延伸到弹簧球12的外表面12E。密封件28保护弹簧球12的内表面14和键50之间的区域以及弹簧球12的内表面14和球接收区域22之间的区域不受碎屑的污染。密封件28还防止碎屑进入第一键槽12K和第二键槽22K。参考图6所示，第二凸缘26具有截头圆锥形外表面，该截头圆锥形外表面相对于水平轴线成锥形凸缘角度β。在一个实施例中，角度β为6至12度。
如图6所示出，第一凸缘24具有第一外径E1，第二凸缘26具有第二外径E2。球接收区域22在内表面14的圆柱形部分14C上具有第三外径E3。第一凸缘24的第一外径E1大于第二凸缘26的第二外径E2。第一凸缘24的第一外径E1大于内表面14的圆柱形部分14C的第三外径E3。第二外径E2大于第三外径E3。
弹簧球12被配置为径向弯曲(例如，径向向外扩张)，使得弹簧球12的第一内径D1、第二内径D2和第三内径D3大于第二凸缘26的第二外径E2，用于使弹簧球12越过第二凸缘26安装到轴20上(例如，组装)并从其上拆卸(例如，拆开)。
如图6所示出，第一凸缘24具有轴向向内的肩部24A，该肩部抵接弹簧球12的第一端12A的一部分。第二凸缘26具有轴向向内的肩部26B，该肩部径向向内的部分抵接弹簧球12的第二轴端12B，如图7所示出。第二凸缘26包括径向向外的表面26E，其包括：(1)圆柱形部分26C；(2)锥形部分26D，其径向向内、沿轴向远离轴向向内的肩部26B逐渐变细。锥形部分26D可用于为轴向向内的肩部26B提供足够的径向深度D44，用于与弹簧球12的第二轴向端部12B的部分接合。
本发明包括一种用于将弹簧球12安装在轴20上的方法。该方法包括提供弹簧球12，其具有球形外表面12E和由内表面14限定的内部区域13，该内部区域在弹簧球12的第一轴端12A和第二轴端12B之间延伸，如图2所示出。内表面14限定第一内径D1。弹簧球12具有从第一轴端12A延伸到第二轴端12B的狭缝15。弹簧球12具有形成在内表面14中的轴向延伸的第一键槽12K。
该方法包括提供轴20，该轴具有形成在其上的球接收表面22。轴20具有第一凸缘24和第二凸缘26，每个凸缘从球接收表面22径向向外延伸。轴20具有形成在球接收表面22中的轴向延伸的第二键槽22K。本发明还提供键30。
如图2所示出，在初始组装状态下，键30设置在第二键槽22K中。然而，本方法在这方面不受限制，因为键30可以设置在第一键槽12K中。
如图3所示出，在中间组装状态下，弹簧球12在第二凸缘26上扩张(图3中被弹簧球12遮住)。弹簧球12沿箭头Q的方向越过第二凸缘26朝向第一凸缘24滑动，使得键30设置在第一键槽12K和第二键槽22K中。如图4中的已组装状态所示出，弹簧球12从第二凸缘26上轴向朝向第一凸缘24滑下，使得弹簧球12径向向内收缩，并定位在第一凸缘24和第二凸缘26之间，以防止弹簧球12相对于轴20轴向运动。弹簧球12的径向向内收缩允许轴向向内的肩部26B的一部分抵接第二轴端12B；并且允许轴向向内的肩部24A抵接弹簧球12的第一轴端12A的部分，以将弹簧球12轴向地保持在轴20上，并保持在第一凸缘24和第二凸缘26之间。在一个实施例中，该方法包括使弹簧球12围绕轴20的球接收表面22收缩(例如，弹性收缩)。
尽管已经参考本发明的某些实施例公开和描述了本发明，但是应注意，可以进行其他变化和修改，并且所附权利要求旨在覆盖在本发明的真实范围内的变化和修改。

Claims (12)

1.一种用于球面轴承的球和轴装置(10)，其特征在于，所述球和轴装置包括：
弹簧球(12)，所述弹簧球(12)包括球形外表面(12E)和由在其第一轴端(12A)和第二轴端(12B)之间延伸的内表面(14)限定的内部区域(13)，所述内表面(14)限定至少第一内径(D1)和狭缝(15)，所述狭缝(15)从所述第一轴端(12A)延伸穿过所述弹簧球(12)到达所述第二轴端(12B)，所述狭缝(15)被配置为允许所述弹簧球(12)径向弯曲；
轴(20)，所述轴(20)具有形成在其上的球接收表面(22)，所述轴(20)至少部分地设置在所述弹簧球(12)的内部区域(13)中；
周向运动限制器，所述周向运动限制器与所述弹簧球(12)和轴(20)连通，所述周向运动限制器构造成防止所述弹簧球(12)相对于所述轴(20)周向旋转；以及
轴向运动限制器系统，所述轴向运动限制器系统形成在所述弹簧球(12)和所述轴(20)的部分中，所述轴向运动限制器系统与所述周向运动限制器分开，所述轴向运动限制器系统被构造成限制所述弹簧球(12)相对于所述轴(20)轴向运动；
所述周向运动限制器包括形成在所述弹簧球(12)的内表面(14)中的轴向延伸的第一键槽(12K)，形成在所述球接收表面(22)中的轴向延伸的第二键槽(22K)，所述第一键槽(12K)和第二键槽(22K)相互对齐，键(30)设置在所述第一键槽(12K)和所述第二键槽(22K)中；以及
所述轴向运动限制器系统包括第一凸缘(24)和第二凸缘(26)，所述第一凸缘(24)和第二凸缘(26)中的每一个从所述轴(20)的所述球接收表面(22)径向向外延伸，所述弹簧球(12)的第一轴端(12A)抵接所述第一凸缘(24)的一部分，所述弹簧球(12)的第二轴端(12B)抵接所述第二凸缘(26)的一部分。
2.根据权利要求1所述的球和轴装置，其特征在于，所述第一凸缘(24)和第二凸缘(26)中的至少一个围绕所述轴(20)周向延伸。
3.根据权利要求1所述的球和轴装置，其特征在于，所述第一凸缘(24)具有第一外径(E1)，所述第二凸缘(26)具有第二外径(E2)，所述球接收表面(22)具有至少一个第三外径(E3)，所述第一外径(E1)大于所述第二外径(E2)和所述至少一个第三外径(E3)，所述第二外径(E2)大于所述至少一个第三外径(E3)。
4.根据权利要求3所述的球和轴装置，其特征在于，所述弹簧球(12)被配置为径向弯曲，使得所述第一内径(D1)大于所述第二外径(E2)，用于从所述轴(20)安装和拆卸所述弹簧球(12)。
5.根据权利要求3所述的球和轴装置，其特征在于，所述弹簧球(12)被配置为径向收缩，使得所述第一内径(D1)小于所述第二外径(E2)。
6.根据权利要求1所述的球和轴装置，其特征在于，所述弹簧球(12)的内表面(14)的至少一部分是圆柱形的。
7.根据权利要求1所述的球和轴装置，其特征在于，所述内表面(14)的至少一部分是圆锥形的，并朝向所述弹簧球(12)的第二轴端(12B)径向向内逐渐变细。
8.根据权利要求1所述的球和轴装置，其特征在于，所述轴(20)的球接收表面(22)的至少一部分是圆柱形的。
9.根据权利要求1所述的球和轴装置，其特征在于，所述球接收表面(22)的至少一部分是圆锥形的，并朝向所述第二凸缘(26)径向向内逐渐变细。
10.根据权利要求1所述的球和轴装置，其特征在于，所述第二凸缘(26)包括在轴向上面向内的肩部(26B)和径向外表面，所述径向外表面包括锥形部分(26D)，所述锥形部分(26D)径向向内、轴向远离所述在轴向上面向内的肩部逐渐变细。
11.一种用于将球安装在轴(20)上的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供弹簧球(12)，所述弹簧球包括球形外表面(12E)和由在其第一轴端(12A)和第二轴端(12B)之间延伸的内表面(14)限定的内部区域(13)，所述内表面(14)限定至少第一内径(D1)、狭缝(15)以及轴向延伸的第一键槽(12K)，所述狭缝(15)从所述第一轴端(12A)延伸穿过所述弹簧球(12)到达所述第二轴端(12B)，所述轴向延伸的第一键槽(12K)形成在所述内表面(14)中；
提供轴(20)，所述轴具有形成在其上的球接收表面(22)，所述轴(20)具有第一凸缘(24)和第二凸缘(26)以及轴向延伸的第二键槽(22K)，所述第一凸缘(24)和第二凸缘(26)中的每一个凸缘从所述球接收表面(22)径向向外延伸，所述轴向延伸的第二键槽(22K)形成在所述球接收表面(22)中；
提供键(30)；
将所述键(30)设置在所述第一键槽(12K)和第二键槽(22K)中的一个键槽内；
使所述弹簧球(12)在所述第二凸缘(26)之上扩张；
使所述弹簧球(12)滑过所述第二凸缘(26)，从而使所述键(30)设置在所述第一键槽(12K)和第二键槽(22K)中；以及
使所述弹簧球(12)从所述第二凸缘(26)上滑下，从而使所述弹簧球(12)位于所述第一凸缘(24)和第二凸缘(26)之间。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使所述弹簧球(12)围绕所述轴(20)的球接收表面(22)收缩。
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