CN109877232B - 一种外胀式关节轴承翻边压铆装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种外胀式关节轴承翻边压铆装置及方法，此装置通过锥面配合结构使得在压铆翻边工作过程中，压铆头向下运动的同时沿工具的径向胀开，增加了向外侧的水平运动，增加了向外翻边的作用力。其装置包括芯轴、压铆头、波形弹簧以及螺母。本发明通过压铆头及带锥度芯轴之间的锥面配合，使压铆头沿锥面运动，实现了压铆头前段的外胀翻边运动，使得V形槽易于翻边成形，减少对外圈的镦粗影响，避免启动力矩增加与失效、内外圈抱死，提高关节轴承安装固定的工艺质量，并且，工具结构简单，方法易实现。

Description

一种外胀式关节轴承翻边压铆装置及方法

技术领域

本发明属于关节轴承的安装技术，特别涉及一种外胀式关节轴承翻边压铆装置及方法。

背景技术

在航空制造业中，关节轴承普遍采用V形槽翻边安装固定方法，即，将外圈带V形槽的关节轴承的V形槽，翻边成形到座圈上，实现安装固定。因为翻边成形的质量直接关系到机构连接的安全性与使用寿命，所以研发高质量的压铆安装工艺及工具十分重要。

目前，翻边成形V形槽的工艺主要有三种：第一种是压铆，采用按照航空标准要求形状的压铆头，挤压V形槽外侧材料，使其变形翻边到座圈上；第二种是旋铆(也称滚铆)，采用可旋转的滚轮铆头，在铆压力作用下，旋压V形槽的外侧，滚轮铆头经过多圈旋转与下压，使V形槽外侧翻边到座圈。第三种是辊铆，采用均布在铆压工具前端中的多个圆柱形或圆锥形小辊，在铆压力作用下，多圈辊压使V形槽外侧翻边到座圈。

以上这些工艺方法，与V形槽外侧接触而施加压铆力的是工具前段的齿尖、滚轮或小辊，它们的运动都不包含关节轴承径向运动分量即外胀开的运动。如目前生产中常用的压铆方法，在压铆过程中，施加向下的压铆力，通过压铆头的齿尖外侧面对关节轴承外圈V形槽的挤压作用，使关节轴承外圈V形槽外侧翻边到座圈上，在这过程中，齿尖始终向下运动，向下的压铆力，一部分分解为对V形槽的向外侧翻边变形所需要的力，大部分分解为对外圈下压而产生镦粗变形的力，这样使得压铆力较大，外圈镦粗作用大，下压运动产生的大部分能量被用于关节轴承的外圈轴向镦粗，只有少部分的能量被用于关节轴承外圈V形槽翻边的成形，因此，压铆容易造成关节轴承外圈的镦粗变形，从而使得关节轴承内外圈配合变紧，启动力矩增加与超标，甚至抱死失效。而翻边成形过程主要是V形槽的外侧材料，沿关节轴承径向向外侧的变形，如工具前段的齿尖、滚轮或小辊的运动存在径向向外的运动，必然使得V形槽易于翻边成形，减少对外圈的镦粗影响。针对当前安装质量需求即翻边质量好，启动力矩影响小，需要开发一种新的翻边压铆固定工艺与工具，使其能够减小关节轴承外圈所受到的轴向力，从而避免关节轴承外圈的镦粗变形、内外圈抱死。

发明内容

为了解决当前翻边压铆的上述问题，本发明提供一种能够减小压铆对关节轴承外圈的镦粗变形作用的装置及方法。其能够减小关节轴承外圈所受到的轴向力，从而避免关节轴承外圈的镦粗变形、内外圈抱死。

本发明提供一种外胀式关节轴承翻边压铆装置，其包括螺母、压铆头、芯轴以及波形弹簧，所述螺母设置在所述芯轴上，所述螺母的配置用于调节所述波形弹簧的压缩位移，

所述压铆头的齿尖及其下端开设有六个沿圆周均匀分布的槽缝，所述槽缝的配置用于使压铆头相对芯轴实现锥面相对滑动运动从而产生径向外扩运动，所述压铆头的内侧设置有斜面，

所述芯轴为阶梯轴，所述芯轴包括第一部分、第二部分、第三部分、第四部分以及第五部分，所述第一部分的外表面设置有螺纹，所述第二部分与所述第三部分均为外表面光滑的圆柱结构，所述第二部分的圆柱的横截面小于所述第三部分的圆柱的横截面，所述第三部分的圆柱的端面用于支撑所述波形弹簧，所述第四部分为圆锥结构，所述圆锥结构与压铆头的内侧斜面形成锥面配合，所述第五部分为定位段圆柱面，所述第四部分圆锥结构的锥面的端面与所述关节轴承内圈相抵靠，所述定位段圆柱面与关节轴承内圈的孔相配合。

优选地，所述压铆头为回转体结构。

优选地，所述第四部分的圆锥结构的锥面锥度为φ，锥面角度φ的计算表达式为：tgφ＝Δr/Δh，其中Δr为压铆头的齿尖的径向外扩位移，Δh为压铆头的齿尖的轴向位移。

优选地，在初始位置，所述波形弹簧处于预压缩状态，该状态下，波形弹簧用于支撑压铆头并使工具处于平衡状态。

优选地，当压铆头工作时，通过调整螺母在芯轴上的位置以压缩波形弹簧，使波形弹簧的下压量等于压铆头的齿尖的轴向位移Δh。

优选地，本发明还提供一种外胀式关节轴承翻边压铆方法，其包括以下步骤：

S1、在压铆翻边过程中，利用压铆头与芯轴的锥面配合，借助于向下的压铆力作用下，芯轴顶住关节轴承内圈端面，同时，压铆头的齿尖做向下运动与径向外扩运动，使关节轴承外圈V形槽外侧翻边到座圈；

S2、在压铆翻边时确定压铆头的初始定位，通过调整螺母在芯轴上的位置，来调整压铆头和第三部分圆柱的端面间距离即齿尖的轴向位移为Δh，并且波形弹簧保持受压状态，从而确定压铆头初始位置；

S3、在压铆工具工作时调整压缩波形弹簧的同步运动，压缩波形弹簧，通过压铆头与芯轴的锥面配合角度φ、使得齿尖的径向外扩位移为Δr，齿尖的轴向位移为Δh。

优选地，通过拧动芯轴第一部分圆柱上配置的螺母，对波形弹簧进行预压缩，直到压铆头和第三部分圆柱的端面间距离为Δh时，停止拧动螺母，此位置即为压铆头的初始位置。

优选地，压缩所述波形弹簧使其下压位移量同样为Δh。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

①本发明的工艺与工具，实现了压铆头前段的外胀翻边运动，能够减小关节轴承外圈所受到的轴向力，而产生的径向力使得V形槽易于翻边成形，减少对外圈的镦粗影响，避免关节轴承外圈的镦粗变形、内外圈抱死，提高V型槽翻边质量，从而提高关节轴承安装固定的工艺质量，并且，工具结构简单，工艺易实现。

②本发明在施加向下压铆力时，压铆头的齿尖不仅存在向下运动的位移分量Δh，还存在径向外扩运动的位移分量Δr，向下的压铆运动，分解为对V形槽的向外侧翻边变形的径向运动，以及对外圈产生镦粗变形的轴向运动，因径向力易于使得外圈翻边，所以压铆力的能量大部分被用于关节轴承外圈V形槽翻边的成形，只有少部分的能量被用于关节轴承的外圈轴向镦粗。

附图说明

图1为本发明的关节轴承压铆装置的示意图；

图2为本发明的波形弹簧初始位置与压铆头工作位移示意图；

图3为本发明的压铆头的三维结构示意图；

图4为本发明的芯轴结构示意图。

其中部分附图标记如下：

图中，1-螺母、2-压铆头、3-波形弹簧、4-芯轴、5-关节轴承内圈、6-齿尖、7-关节轴承外圈、8-座圈、9-支撑底座、10-槽缝、11-锥面配合、12-V型槽。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

为了解决当前翻边压铆的上述问题，本发明提供一种能够减小压铆对关节轴承外圈的镦粗变形作用的工艺及工具。

本发明的工艺与工具，实现了压铆头前段的外胀翻边运动，使得V形槽易于翻边成形，减少对外圈的镦粗影响，避免关节轴承外圈的镦粗变形以及内外圈抱死，提高V型槽翻边质量，从而提高关节轴承安装固定的工艺质量。

本发明提供一种外胀式关节轴承翻边压铆装置，如图1所示，其包括螺母1、压铆头2、芯轴4以及波形弹簧3，螺母1设置在芯轴4上，螺母1能够在芯轴4的上下进行调节，螺母1的配置用于调节波形弹簧3的张力。

在使用时，通过调节螺母1在芯轴4上的位置就能够调节波形弹簧3的压下量。

如图3所示，压铆头2的齿尖及其下端开设有六个沿圆周均匀分布的槽缝10，槽缝10的配置用于使压铆头2相对芯轴4实现锥面相对滑动运动从而产生径向外扩运动，压铆头2的内侧设置有斜面。

如图2所示，通过调整螺母1来压缩波形弹簧3，来调整压铆头2和大圆柱的端面间的距离为Δh，确定压铆头2初始定位。

在压铆过程中，调整螺母1在芯轴4上的位置，通过锥面配合11、压铆头的槽缝10以及芯轴4锥面的端面被关节轴承内圈5顶住，在压铆头2的上部施加压铆力，使得齿尖6，实现下压及径向外扩运动，从而实现了外胀式翻边压铆方法。

其中，芯轴4为阶梯轴，如图4所示，芯轴4包括第一部分41、第二部分42、第三部分43、第四部分44以及第五部分45，第一部分41的外表面设置有螺纹410，第二部分42与第三部分43均为外表面光滑的圆柱结构，第二部分42的圆柱的横截面小于第三部分43的圆柱的横截面，第三部分43的圆柱的端面用于支撑波形弹簧3，第四部分44为圆锥结构，圆锥结构与压铆头2的内侧斜面形成锥面配合11，第五部分45为定位段圆柱面，第四部分44圆锥结构的锥面的端面与关节轴承内圈5相抵靠，定位段圆柱面与关节轴承内圈5的孔相配合。

同时，本发明还提出一种外胀式关节轴承翻边压铆方法，其工艺为在压铆翻边过程中，利用压铆头2与芯轴4的锥面配合，在向下的压铆力作用下，芯轴4顶住关节轴承内圈5端面，同时，压铆头2的齿尖做向下运动与径向外扩运动即外胀运动，使关节轴承外圈V形槽12外侧翻边到座圈。

本发明中，压铆头2与芯轴4的锥面配合11角度为φ、向下运动的位移分量为Δh，径向外扩运动的位移分量为Δr。其关系有：tgφ＝Δr/Δh，即，φ＝cotgΔr/Δh。Δh与工作时的波形弹簧3下压量相等。

将所发明的新压铆方法与原压铆方法进行对比，可知，在原压铆工作过程中，向下压铆力，压铆头2的齿尖始终向下运动，向下运动的位移为Δh，向下的压铆力，一部分分解为对V形槽12的向外侧翻边变形所需要的力，大部分分解为对外圈下压而产生镦粗变形的力，这样使得压铆力较大，外圈镦粗作用大，下压运动产生的大部分能量被用于关节轴承的外圈轴向的镦粗变形所利用，只有少部分的能量被用于关节轴承外圈V形槽12翻边的成形，因此，压铆容易造成关节轴承外圈的镦粗变形。

而本发明的压铆头在工作过程中，施加向下压铆力，压铆头的齿尖不仅存在向下运动的位移分量Δh，还存在径向外扩运动的位移分量Δr，向下的压铆运动，分解为对V形槽12的向外侧翻边变形的径向运动，以及对外圈产生镦粗变形的轴向运动，因径向力易于使得外圈翻边，所以压铆力的能量大部分被用于关节轴承外圈V形槽翻边的成形，只有少部分的能量被用于关节轴承的外圈轴向镦粗，因此，关节轴承外圈的压铆翻边较容易且不易产生镦粗变形。能够提高V型槽翻边质量，从而提高关节轴承安装固定的工艺质量。

下面对本发明的工作原理及使用方法做进一步说明：

本发明在实施过程中，首先，进行压铆工装准备：将关节轴承外圈、关节轴承内圈放入座圈中，再将其放在支撑底座上，以便于压铆固定。然后，调整工具。

具体方法为：

根据不同规格关节轴承，确定齿尖的径向外扩位移Δr及轴向位移Δh，通过调整螺母在芯轴上的位置，从而调整压铆头和大圆柱面端面间的距离为Δh，确定压铆头初始定位，压缩波形弹簧使其一直保持受压状态。

然后应用调整好的工具实施压铆，具体方法为：芯轴锥面的端面顶在关节轴承内圈端面上，在压铆头的上部施加压铆力。因为，芯轴锥面的锥面配合、压铆头的槽缝结构，以及芯轴锥面的端面被关节轴承内圈顶住，这样就使得压铆头的齿尖，实现下压及径向外扩运动，从而实现了外胀式翻边压铆方法。

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

具体实施例

图1是关节轴承压铆方法及工具示意图，其包括螺母1、压铆头2、芯轴4以及波形弹簧3，螺母1设置在芯轴4上，螺母1的配置用于调节波形弹簧3的张力。

压铆头2的齿尖及其下端开设有六个沿圆周均匀分布的槽缝10，槽缝10的配置用于使压铆头2相对芯轴4实现锥面相对滑动运动从而产生径向外扩运动。

如图2所示，通过调整螺母1来压缩波形弹簧3，来调整压铆头2和大圆柱的端面间的距离为Δh，确定压铆头2初始定位；在压铆过程中，调整螺母1在芯轴4上的位置，通过锥面配合11、压铆头的槽缝10以及芯轴4锥面的端面被关节轴承内圈5顶住，在压铆头2的上部施加压铆力，使得齿尖6，实现下压及径向外扩运动，从而实现了外胀式翻边压铆方法。

其中，芯轴4为阶梯轴，芯轴4包括第一部分41、第二部分42、第三部分43、第四部分44以及第五部分45，第一部分41的外表面设置有螺纹410，第二部分42与第三部分43均为外表面光滑的圆柱结构，第二部分42的圆柱的横截面小于第三部分43的圆柱的横截面，第三部分43的圆柱的端面用于支撑波形弹簧3，第四部分44为圆锥结构，圆锥结构与压铆头2的内侧斜面形成锥面配合11，第五部分45为定位段圆柱面，第四部分44圆锥结构的锥面的端面与关节轴承内圈5相抵靠，定位段圆柱面与关节轴承内圈5的孔相配合。

在压铆工具使用过程中，将关节轴承外圈7以及关节轴承内圈5放入座圈8中，再将其放在支撑底座9上，压铆头2从芯轴4上端插入，芯轴4的锥面端面顶在关节轴承内圈5的端面上。

工作前，根据不同规格关节轴承，确定齿尖6的径向外扩位移Δr及轴向位移Δh，通过调整螺母1来压缩波形弹簧3，来调整压铆头2和大圆柱的端面间的距离为Δh，确定压铆头2初始定位。

在压铆过程中，调整螺母1在芯轴4上的位置，通过锥面配合11、压铆头的槽缝10以及芯轴4锥面的端面被关节轴承内圈5顶住，在压铆头2的上部施加压铆力，使得齿尖6，实现下压及径向外扩运动，从而实现了外胀式翻边压铆方法。

在压铆翻边过程中，通过调整螺母在芯轴上的位置，来调整压铆头和大圆柱面端面间距离为Δh，并且波形弹簧一直保持受压状态，从而确定压铆头初始定位；

在压铆工具工作过程中，通过压铆头与芯轴的锥面配合角度φ，使得齿尖的径向外扩位移为Δr，齿尖的轴向位移为Δh，并且压缩波形弹簧使其向下运动的位移同样为Δh。如果波形弹簧的下压位移量小于Δh，造成关节轴承翻边质量不达标，不能使关节轴承外圈V形槽12外侧面完全翻边到座圈上；如果波形弹簧的下压位移量大于Δh，则会造成关节轴承的镦粗变形，内外圈抱死等。

步骤S3中锥面配合角度为φ、齿尖的径向外扩位移Δr和轴向位移Δh存在以下关系，其表达式为：tgφ＝Δr/Δh。通过限定锥面角度，即可限定齿尖的径向外扩位移为Δr，齿尖的轴向位移为Δh。压缩波形弹簧使其下压位移量同样为Δh。如果波形弹簧的下压位移量小于Δh，造成关节轴承翻边质量不达标，不能使关节轴承外圈V形槽外侧面完全翻边到座圈上；如果波形弹簧的下压位移量大于Δh，则会造成关节轴承的镦粗变形，内外圈抱死等。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种外胀式关节轴承翻边压铆装置，其特征在于：其包括螺母、压铆头、芯轴以及波形弹簧，所述螺母设置在所述芯轴上，所述螺母的配置用于调节所述波形弹簧的压缩位移，

所述压铆头的齿尖及其下端开设有六个沿圆周均匀分布的槽缝，所述槽缝的配置用于使压铆头相对芯轴实现锥面相对滑动运动从而产生径向外扩运动，所述压铆头的内侧设置有斜面，

所述芯轴为阶梯轴，所述芯轴包括第一部分、第二部分、第三部分、第四部分以及第五部分，所述第一部分的外表面设置有螺纹，所述螺母设置在第一部分的外表面，所述第二部分与所述第三部分均为外表面光滑的圆柱结构，所述第二部分的圆柱的横截面小于所述第三部分的圆柱的横截面，所述第三部分的圆柱的端面用于支撑所述波形弹簧，所述波形弹簧支撑于所述第三部分圆柱的上端面，所述第四部分为圆锥结构，所述圆锥结构与压铆头的内侧斜面形成锥面配合，所述第五部分为定位段圆柱面，所述第四部分圆锥结构的锥面的端面与所述关节轴承内圈相抵靠，所述定位段圆柱面与关节轴承内圈的孔相配合。

2.根据权利要求1所述的外胀式关节轴承翻边压铆装置，其特征在于：所述压铆头为回转体结构。

3.根据权利要求1所述的外胀式关节轴承翻边压铆装置，其特征在于：所述第四部分的圆锥结构的锥面角度为φ，锥面角度φ的计算表达式为：tgφ＝Δr/Δh，其中Δr为压铆头的齿尖的径向外扩位移，Δh为压铆头的齿尖的轴向位移。

4.根据权利要求3所述的外胀式关节轴承翻边压铆装置，其特征在于：在初始位置，所述波形弹簧处于预压缩状态，该状态下，波形弹簧用于支撑压铆头并使工具处于平衡状态。

5.根据权利要求4所述的外胀式关节轴承翻边压铆装置，其特征在于：当压铆头工作时，通过调整螺母在芯轴上的位置以压缩波形弹簧，使波形弹簧的下压量等于压铆头的齿尖的轴向位移Δh。

6.一种基于权利要求1至5之一所述的外胀式关节轴承翻边压铆装置的外胀式关节轴承翻边压铆方法，其特征在于：其包括以下步骤：

S1、在压铆翻边过程中，利用压铆头与芯轴的锥面配合，借助于向下的压铆力作用下，芯轴顶住关节轴承内圈端面，同时，压铆头的齿尖做向下运动与径向外扩运动，使关节轴承外圈V形槽外侧翻边到座圈；

S2、在压铆翻边时确定压铆头的初始定位，通过调整螺母在芯轴上的位置，来调整压铆头和第三部分圆柱的端面间距离即齿尖的轴向位移为Δh，并且波形弹簧保持受压状态，从而确定压铆头初始位置；

S3、在压铆工具工作时调整压缩波形弹簧的同步运动，压缩波形弹簧，通过压铆头与芯轴的锥面配合角度φ、使得齿尖的径向外扩位移为Δr，齿尖的轴向位移为Δh。

7.根据权利要求6所述的外胀式关节轴承翻边压铆方法，其特征在于：所述步骤S2中，通过拧动芯轴第一部分圆柱上配置的螺母，对波形弹簧进行预压缩，直到压铆头和第三部分圆柱的端面间距离为Δh时，停止拧动螺母，此位置即为压铆头的初始位置。

8.根据权利要求6所述的外胀式关节轴承翻边压铆方法，其特征在于：压缩所述波形弹簧使其下压位移量同样为Δh。

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