CN109877234A - 用于关节轴承的可胀滚铆装置及其滚铆方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于关节轴承的可胀滚铆装置及其滚铆方法，主要包括：固定盘、滚铆轮、连接轴、顶杆、弹性环、锁紧螺栓、连接球副、垫圈、滚针轴承、缸塞推杆和稳定弹簧，其方法技术为：在滚铆装置下压过程中，其滚铆轮可在工具主轴径向扩张运动。滚铆轮在下压进给运动、公转回转运动、自转回转运动的基础上，增加了向外侧的水平运动，便可实现可胀滚铆。滚铆轮向外侧的水平运动是通过液压驱动，液压油推动缸塞推杆，传递到连接轴，连接轴施加到滚铆轮，增加了滚铆轮在翻边方向的作用力，减小了滚铆轮对外圈的镦粗效果，提高了滚铆固定安装质量。

Description

用于关节轴承的可胀滚铆装置及其滚铆方法

技术领域

本发明属于一种关节轴承的固定方法与装置，特别是针对航空关节轴承的翻边安装固定，提供一种用于关节轴承的可胀滚铆装置及其滚铆方法。

背景技术

关节轴承是一种球面滑动轴承，其结构简单紧凑、承载能力大，可实现灵活摆动连接，被广泛应用于航天航空和军工装备等高精尖装备中。其中航空自润滑关节轴承的安装固定技术是其关键制造技术之一，安装固定效果影响其性能，成熟规范的固定技术能大大降低故障率，提高产品的可靠性。不同种类的关节轴承，其选择的安装固定方式也不同。针对航空中普遍被采用的外圈带V型翻边铆接安装槽结构的关节轴承，通常采用铆接方法将外圈翻边与座圈贴合形成固定连接，铆接方法主要有三类，第一种是压铆，如专利CN201710950846.5，它是采用与V型槽相配合的整圈环形压铆头，挤压V型槽，使其外侧变形翻边到座圈上，其特点是铆压力大、下压行程短、铆压力不易控制，易产生有害变形，若压力过大，导致关节轴承的外圈塑性变形过大则造成轴承抱死，过小V型槽外侧没有完全贴合到座圈上则轴承固定后承载力不足，因此，这种铆接方法难以保证安装的质量；第二种是滚铆，如专利ZL201110083785.X，它是采用可旋转的滚铆轮，滚铆轮在下压过程中在V型槽内，同时实现自转与公转，使V型槽的外侧变形翻边到座圈，这种方法具有铆压力小、碾压面粗糙度小等优点。但滚铆轮铆头制造精度要求高、装配精度要求高，工具结构复杂；第三种是辊铆，是采用装配在铆压工具头中均布的多个圆柱形或圆锥形小辊，多圈辊压使V型槽翻边到座圈，这种方法铆压力小、翻边表面质量好，同样，多辊铆头结构复杂，制造精度难以保证。

综上所述，滚铆方法具有成形力小、固定质量较好的优点，因此常常被用于加载力受限的场合。但是，由于向下的加载力只能在竖直方向通过滚铆轮施加到关节轴承V型槽的翻边上，通过滚铆轮外侧与V型槽的翻边处的接触，向下的加载力使得V型槽的翻边塑性变形，同时也对外圈产生镦粗问题，使得外圈挤压内圈，造成内外圈间活动性降低，启动力矩增大，影响关节轴承安装后的质量。因此，需要研发一种降低外圈镦粗效应的滚铆装置及其滚铆方法，以提高滚铆方法的质量。

发明内容

为了提高关节轴承在滚铆方法中的安装质量和安装效率，本发明提供一种用于关节轴承的可胀滚铆装置及其滚铆方法，采用可旋转的滚铆轮铆头，在铆压力作用下，滚铆轮铆头经过多圈旋转，滚铆装置逐点下压轴承外圈，使V型槽外侧翻边到座圈，从而贴附在轴承座上。通过滚铆轮的轴向移动，实现滚铆轮的滚铆运动的公转直径增加，即实现可胀滚铆，该发明可有效的解决关节轴承安装中的镦粗问题。

一种用于关节轴承的可胀滚铆装置，包括固定盘、滚铆轮、连接轴、顶杆、弹性环、锁紧螺栓、连接球副、滚针轴承、缸塞推杆、稳定弹簧和定位环，所述固定盘设有进油口和通孔，所述通孔的两端为螺纹接口，所述螺纹接口与所述锁紧螺栓相连，所述锁紧螺栓的内侧与所述弹性环的第一端相连，所述弹性环的第二端与所述顶杆相连，所述顶杆通过所述连接球副与所述连接轴相连，所述连接轴上设有所述滚铆轮，所述连接轴通过球副与所述缸塞推杆相连；所述固定盘为对称结构，所述滚铆轮、所述连接轴、所述顶杆、所述弹性环、所述锁紧螺栓、所述连接球副、所述滚针轴承和所述缸塞推杆的数量均为两个，且沿所述对称面对称分布，两个缸塞推杆间通过所述稳定弹簧相连；所述固定盘通过所述定位环与关节轴承的内圈相连，所述定位环与所述进油口的轴线重合，所述通孔与所述进油口的轴线垂直。

优选地，所述连接轴的两端直径相等，均通过所述滚针轴承与所述通孔实现可动连接。

优选地，所述进油口和所述通孔垂直相通，所述滚铆轮、所述顶杆、所述弹性环、所述锁紧螺栓、所述滚针轴承、所述缸塞推杆均与所述通孔的轴线重合。

优选地，所述滚铆轮与所述连接轴为过盈配合，所述滚针轴承与所述连接轴为过渡配合。

优选地，滚铆运动包括以下步骤：S1、所述滚铆轮跟随所述固定盘旋转，并同时向关节轴承方向移动；S2、当所述滚铆轮与关节轴承的V型槽接触后，滚铆轮因与V型槽的摩擦作用，绕连接轴的轴线自转；S3、在液压油的压力驱动下，所述滚铆轮沿连接轴的轴线移动，所述滚铆轮绕实现扩张运动，完成可胀滚铆运动。

优选地，通过控制液压油的供给速度和供给油量，能控制两个滚铆轮的移动速度和移动距离，以实现不同尺寸规格的关节轴承的滚铆。

本发明与现有技术相比有以下优点：

滚铆装置工作时，利用滚铆轮可移动结构将铆压力分解到水平与竖直两个方向，减少关节轴承外圈在竖直方向的受力，从而减小了关节轴承在安装固定上的镦粗效果，从而提高关节轴承安装固定的质量。同时我们会根据关节轴承的尺寸控制给油的速度和给油量进而控制连接轴与滚铆头的移动距离安装不同规格轴承的安装与固定。

附图说明

图1(a)是传统滚铆方法与可胀滚铆方法示意图之一；

图1(b)是传统滚铆方法与可胀滚铆方法示意图之二；

图2是滚铆方法的关节轴承安装固定装置剖面图；

图3(a)是可胀滚铆方法滚铆轮运动示意图之一；

图3(b)是可胀滚铆方法滚铆轮运动示意图之二；以及

图4是旋转铆头的关节轴承安装固定装置轴测图。

附图标记：

固定盘1；滚铆轮2；连接轴3；顶杆4；弹性环5；锁紧螺栓6；连接球副7；垫圈8；滚针轴承9；缸塞推杆10；稳定弹簧11；定位环12；支撑底座13；关节轴承内圈14；关节轴承外圈15；座圈16。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案具体如下：

本发明用于关节轴承的可胀滚铆方法为：在滚铆过程中，通过外加的液压力，其滚轮可实现扩张运动。滚铆轮在沿进油口进给运动、绕进油口轴线公转运动、绕自身轴线自转运动的基础上，增加了沿连接轴3轴线向外侧的水平运动，便可实现可胀滚铆。

在图1(a)所示的传统滚铆方法中，滚铆轮在铆压力的作用下只做竖直方向的位移Δh，且滚铆轮作用与关节轴承外圈的力是竖直向下的F_y＝F；在可胀滚铆方法中，滚铆轮在铆压力的作用下沿着竖直方向的位移为Δh，滚铆轮受轴向作用力向外侧的位移为ΔS，滚铆轮作用到关节轴承外圈的合力与水平方向夹角为β，F_x＝cosβ，F_y＝sinβ<F，与传统滚铆方法相比，图1(b)所示的可胀滚铆方法中，关节轴承的轴向力小于传统滚铆方法的轴向力，这就消除了关节轴承在滚铆安装过程中，由于压力过大导致关节轴承的外圈塑性变形过大而造成轴承抱死的现象，也解决了关节轴承在安装中的镦粗问题。

同时，本发明给出的用于关节轴承的可胀滚铆装置包括：固定盘1、滚铆轮2、连接轴3、顶杆4、弹性环5、锁紧螺栓6、连接球副7、垫圈8、滚针轴承9、缸塞推杆10、稳定弹簧11。

其中，如图2所示在固定盘1上设有通孔，通孔里的锁紧螺栓6的端面直接顶着弹性环5，弹性环5一端直接顶着顶杆4、顶杆4通过连接球副7与连接轴3相互作用，滚铆轮2通过过盈配合套在连接轴3上，滚铆轮2相对连接轴3静止，通过滚针轴承9，滚铆轮2与连接轴3能相对固定盘1转动，即滚铆轮2会绕自身轴线做自转，连接轴3的另一端通过连接球副7与缸塞推杆10的一端相互作用，两个缸赛推杆10通过稳定弹簧11保持相对的位置。固定盘1上加工成直径为d的通孔，在孔的两端车出一定的螺纹，为了方便锁紧螺栓6的安装，弹性环5的大径d₁<d，给弹性环5预留一定的变形空间，连接轴3设计成阶梯型的，与滚铆轮2相邻的轴肩将在安装过程中承受滚铆轮2对轴的作用力，连接轴3与滚铆轮2轴向移动距离为b。

如图2所示，工件支撑部分包括定位环12、支撑底座13、关节轴承内圈14、关节轴承外圈15和座圈16。定位环12通过螺纹连接在固定盘1的下方，在支撑底座13的上部设有座圈16，在支撑底座13和座圈16的中部均设有径向通孔。在支撑底座13的上表面，临近通孔的位置设有圆环形凹槽。在座圈16中部的通孔内放置关节轴承内圈14和关节轴承外圈15，关节轴承外圈15的内壁与关节轴承内圈14的外壁相邻，整个定位环12下移到关节轴承内圈14的上部，关节轴承内圈14的下部卡接在支撑底座13的上表面的圆环形凹槽内。

关节轴承的滚铆固定安装方法主要用于外圈带有“V”型槽或倒角的轴承固定。图2中的关节轴承为外圈带有V型槽的轴承，内外圈之间含有自润滑衬垫。滚铆轮2通过销轴安装在旋铆固定盘1中，旋铆固定盘1与机床主轴联接，主轴带动滚铆轮2绕主轴轴线旋转，进给系统带动滚铆装置沿轴向运动。图3(a)为滚铆轮2的初始位置，在下压的过程中滚铆轮2与V型槽外侧接触，产生摩擦力矩，此时滚铆轮2会绕自身轴线做回转，以实现滚动接触，同时液压系统开始工作，液压油通过油孔进入到缸体中推动缸塞推杆10向外侧运动，缸塞推杆10连接球副7推动连接轴3带动滚铆轮2一起发生位移，从而使下压力分解在水平方向，减小关节轴承镦粗，通过控制滚铆装置一定转速和压力，V型槽外侧不断被碾压变形并使其贴合在座圈倒角上，以实现关节轴承轴向固定，结束位置如图3(b)所示。

当滚铆轮2从初始位置的到结束位置，滚铆轮2在水平方向发生△S的位移，在竖直方向△h的位移。当关节轴承达到翻边要求后，液压系统卸油，锁紧螺栓6顶着弹性环5，弹性环5回弹推动顶杆4，顶杆4推动连接轴3使连接轴3和滚铆轮2复位。为防止座孔中的关节轴承在下压力的作用下被推出座孔，需将待固定的轴承放置在下部的支撑底座13上，然后用专用夹具加紧座圈16。

为了实现连接轴3的转动与移动，在连接两端与缸塞推杆10以及顶杆4的连接通过球副实现，由于缸塞推杆10与顶杆4的尺寸，所以连接的球副直径也不一样。

滚铆轮2可以实现在固定盘1的通孔中实现轴向移动，根据弹性环5的压缩量，控制液压油的进给量，实现连接轴3与滚铆轮2不同的移动距离，从而实现不同尺寸规格关节轴承的安装与固定。

本发明装置的工作过程具体如下：

在滚铆过程中，主轴带着固定盘1运动，包括沿关节轴承回转轴线的进给运动和绕关节轴承回转轴线的转动。滚铆轮2与连接轴3过盈配合，作同步运动，当滚铆轮2接触到关节轴承外圈15时，一方面，固定盘1继续向下移动且旋转，连接轴3受关节轴承外圈15的摩擦力而相对滚针轴承9旋转，另一方面，液压油通过油孔进入缸体中推动缸塞推杆10，缸塞推杆10将力通过连接球副传递到连接轴3上，连接轴3带动滚铆轮2沿连接轴3的轴线向外侧移动，弹性环5因为挤压发生变形，锁紧螺母顶着顶杆4防止弹性环5发生错位。此时连接轴3与滚铆轮2将做四种运动形式，第一种是跟随固定盘1的进给运动；第二种是跟随固定盘1的公转运动；第三种是绕滚铆轮2自身回转轴线的自转运动；第四种就是受液压油作用，滚铆轮2随连接轴3向外侧的移动。如图3所示，当滚铆轮2从初始位置到结束位置，滚铆轮2在水平方向移动△s的距离，在竖直方向移动△h的距离；当滚铆轮2完成滚铆安装后，主轴回升，液压系统卸油，弹性环5恢复原形将顶着顶杆4，顶杆4推动连接轴3使连接轴3和滚铆轮2恢复初始位置。

本发明滚铆装置及其滚铆方法的特点在于：

滚铆装置工作时，利用滚铆轮2的可移动结构将铆压力分解到水平与竖直两个方向，减少关节轴承外圈15在竖直方向的受力，从而减小了关节轴承在安装固定上的镦粗效果，从而提高关节轴承安装固定的质量。同时该滚铆装置能根据不同关节轴承的尺寸控制给油的速度和给油量，进而控制连接轴3与滚铆轮2的移动距离和移动速度，以完成不同规格轴承的安装、固定及滚铆。

以上是本申请的优选实施方式，不以此限定本发明的保护范围，应当指出，对于该技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于关节轴承的可胀滚铆装置，包括固定盘、滚铆轮、连接轴、顶杆、弹性环、锁紧螺栓、连接球副、滚针轴承、缸塞推杆、稳定弹簧和定位环，其特征在于，

所述固定盘设有进油口和通孔，所述通孔的两端为螺纹接口，所述螺纹接口与所述锁紧螺栓相连，所述锁紧螺栓的内侧与所述弹性环的第一端相连，所述弹性环的第二端与所述顶杆相连，所述顶杆通过所述连接球副与所述连接轴相连，所述连接轴上设有所述滚铆轮，所述连接轴通过球副与所述缸塞推杆相连；

所述固定盘为对称结构，所述滚铆轮、所述连接轴、所述顶杆、所述弹性环、所述锁紧螺栓、所述连接球副、所述滚针轴承和所述缸塞推杆的数量均为两个，且沿所述对称面对称分布，两个缸塞推杆间通过所述稳定弹簧相连；

所述固定盘通过所述定位环与关节轴承的内圈相连，所述定位环与所述进油口的轴线重合，所述通孔与所述进油口的轴线垂直。

2.根据权利要求1所述的用于关节轴承的可胀滚铆装置，其特征在于，所述连接轴的两端直径相等，均通过所述滚针轴承与所述通孔实现可动连接。

3.根据权利要求2所述的用于关节轴承的可胀滚铆装置，其特征在于，所述进油口和所述通孔垂直相通，所述滚铆轮、所述顶杆、所述弹性环、所述锁紧螺栓、所述滚针轴承、所述缸塞推杆均与所述通孔的轴线重合。

4.根据权利要求1所述的用于关节轴承的可胀滚铆装置及其滚铆方法，其特征在于，所述滚铆轮与所述连接轴为过盈配合，所述滚针轴承与所述连接轴为间隙配合。

5.一种基于权利要求1-4任一项所述用于关节轴承的可胀滚铆装置的滚铆方法，其特征在于，滚铆运动包括以下步骤：

S1、所述滚铆轮跟随所述固定盘旋转，并同时向关节轴承方向移动；

S2、当所述滚铆轮与关节轴承的V型槽接触后，滚铆轮因与V型槽的摩擦作用，绕连接轴的轴线自转；

S3、在液压油的压力驱动下，所述滚铆轮沿连接轴的轴线移动，所述滚铆轮绕实现扩张运动，完成可胀滚铆运动。

6.根据权利要求5所述的用于关节轴承的可胀滚铆装置的滚铆方法，其特征在于，通过控制液压油的供给速度和供给油量，能控制两个滚铆轮的移动速度和移动距离，以实现不同尺寸规格的关节轴承的滚铆。