CN114922911A - 用于更换轴承的滚珠的装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于更换轴承的滚珠的装置和方法，所述轴承包括外圈、内圈、位于所述外圈与所述内圈之间的滚珠保持架、以及由所述滚珠保持架保持的滚珠，所述外圈上设置有润滑油注入孔，所述润滑油注入孔的内径大于所述滚珠的直径，所述用于更换轴承的滚珠的装置包括：用于将所述轴承的所述外圈保持固定的轴承固定装置；以及滚珠吸附系统，所述滚珠吸附系统包括真空发生装置、与所述真空发生装置连通的吸附柄、以及设置在所述吸附柄末端的吸嘴，所述吸附柄以及所述吸嘴能够插入所述润滑油注入孔以吸附所述滚珠。根据本发明，不仅可以显著降低成本，而且还可以显著提高生产效率。

Description

用于更换轴承的滚珠的装置和方法

技术领域

本发明涉及在对轴承维护时用于更换轴承的滚珠的装置和方法。

背景技术

在半导体工业中对芯片进行封装时，需要将芯片的基板放置在直接驱动旋转电动机上进行封装作业，由于需要在基板上很小的区域内设置很多个元器件，因此对于直接驱动旋转电动机的运行精度要求非常高，尤其是对于轴向窜动值以及刚度要求极为苛刻。通常运行时的轴向窜动被限制在10微米之内，在100牛顿的力作用下的刚度变形应小于8微米。如果超出这个范围，将影响例如晶片在基板上的粘合质量，进而严重影响最终的成品率。

图1示意地显示了常用的直接驱动旋转电动机。如图1所示，直接驱动旋转电动机1大体包括定子3、通过轴承5相对于定子可转动地安装的转子7、以及用于防护各种外来物质的防护罩9，其中，转子7通过沿着周向设置的多个第一螺钉11被固定到轴承5的外圈上，而防护罩9通过沿着周向设置的多个第二螺钉13被固定到轴承5的内圈上。在组装好的直接驱动旋转电动机1中，轴承5被防护罩9挡住而是不可见的，为了便于理解轴承的结构，在图1中的直接驱动旋转电动机1上方单独示出了轴承5。轴承5通常包括外圈15、内圈17、位于外圈15与内圈17之间的滚珠保持架、以及由保持架保持的滚珠，在外圈15上设置有润滑油注入孔19，以便向滚珠注入润滑油。基于大量的故障数据分析发现，直接驱动旋转电动机99％的故障都是与轴承密切相关的，而轴承的主要故障表现为润滑问题以及与其相关的滚珠磨损问题。在这种轴承中，滚珠不仅数量庞大，例如两圈滚珠多达418个，而且尺寸很小，例如直径通常小于2mm，现有方法几乎无法更换滚珠。因而，对于滚珠磨损后的轴承，通常采用新轴承来更换，购买这种精密轴承不仅需要花费较高成本，而且需要较长的前导时间，影响生产效率。

为此，需要一种在对轴承维护时用于更换轴承的滚珠的装置和方法。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的至少一种缺陷，提出一种在对轴承维护时用于更换轴承的滚珠的装置和方法，这种装置和方法能够克服上述现有技术中的至少一种缺陷。

根据本发明的一方面，提出一种用于更换轴承的滚珠的装置，所述轴承包括外圈、内圈、位于所述外圈与所述内圈之间的滚珠保持架、以及由所述滚珠保持架保持的滚珠，所述外圈上设置有润滑油注入孔，所述润滑油注入孔的内径大于所述滚珠的直径，所述用于更换轴承的滚珠的装置包括：

用于将所述轴承的所述外圈保持固定的轴承固定装置；以及

滚珠吸附系统，所述滚珠吸附系统包括真空发生装置、通过导管与所述真空发生装置连通的吸附柄、以及设置在所述吸附柄末端的吸嘴，所述吸附柄以及所述吸嘴能够插入所述润滑油注入孔以吸附所述滚珠。

优选地，所述滚珠吸附系统还包括与真空发生装置或者导管连通的真空计，所述真空计用于指示所述吸嘴是否吸附到所述滚珠。

优选地，所述滚珠吸附系统还包括与所述真空发生装置连通的消音器。

优选地，所述轴承固定装置包括轴承固定座，所述轴承固定座上形成有用于接收所述轴承的U形槽，所述轴承固定座上还设置有贯穿所述U形槽的两侧壁的两个通孔，所述两个通孔的位置和之间的距离选择成与所述外圈上的螺纹孔的位置和之间的距离相对应，使得定位销能够穿过所述通孔以及所述螺纹孔，从而将所述轴承直立地保持在轴承固定座上。

优选地，所述用于更换轴承的滚珠的装置还包括用于发射光以通过所述润滑油注入孔来照亮所述轴承的内部的照明系统。

优选地，所述照明系统包括可调节支架、安装在所述可调节支架上的灯座、以及安装在所述灯座上的照明光源。

优选地，所述灯座上形成有观察通孔，所述照明光源包括环绕所述观察通孔布置在所述灯座底侧的环形灯带或者多个发光二极管。

优选地，所述照明光源是发射蓝光的光源。

优选地，所述轴承固定装置、所述滚珠吸附系统和所述照明系统中的至少一个设置在底座上。

优选地，在所述润滑油注入孔周围的所述外圈上覆盖有吸光层，以防止所述外圈反光。

优选地，所述轴承是芯片封装作业中使用的直接驱动电动机的轴承。

根据本发明的另一方面，利用如上所述的用于更换轴承的滚珠的装置来更换轴承的滚珠的方法，所述轴承包括外圈、内圈、位于所述外圈与所述内圈之间的滚珠保持架、以及由所述滚珠保持架保持的滚珠，所述外圈上设置有润滑油注入孔，所述润滑油注入孔的内径大于所述滚珠的直径，所述用于更换轴承的滚珠的方法包括：

将所述轴承的所述外圈固定在所述轴承固定装置上；以及

将所述滚珠吸附系统的所述吸嘴插入所述润滑油注入孔以吸附所述滚珠；

从所述润滑油注入孔取出吸附所述滚珠的所述吸嘴并且切断真空源以释放所述滚珠；

将吸附有新滚珠的所述吸嘴插入所述润滑油注入孔并且切断真空源以释放所述新滚珠。

优选地，所述方法还包括通过手动转动所述内圈，使得所述滚珠移动到与所述润滑油注入孔大体对齐的位置。

优选地，所述方法还包括利用环绕灯座上的观察通孔布置的照明光源照射所述润滑油注入孔，所述吸嘴穿过所述观察通孔插入所述润滑油注入孔或者从所述润滑油注入孔取出。

优选地，所述方法还包括在所述润滑油注入孔周围的所述外圈上覆盖吸光层，以防止所述外圈反光。

根据本发明，在轴承滚珠出现磨损时，不需要更换整个使用过的轴承，只需要将使用过的轴承中的滚珠更换为新滚珠即可。采用本发明的用于更换轴承的滚珠的装置来更换使用过的轴承中的滚珠，不仅可以节约大量费用、显著降低成本，而且不需要较长的前导时间，可以显著提高生产效率。

附图说明

图1示意地显示了常用的直接驱动旋转电动机；

图2以立体图示意性地显示了根据本发明的用于更换轴承的滚珠的装置，其中，轴承已经被安放在该装置上；

图3是图2所示装置的另一立体图；以及

图4是图2所示装置的主视图。

具体实施方式

以下将结合附图详细描述本发明的优选实施例。本领域技术人员应理解的是，这些示例性实施例并不意味着对本发明形成任何限制。

图2以立体图示意性地显示了根据本发明的用于更换轴承的滚珠的装置，其中，轴承已经被安放在该装置上，图3是图2所示装置的另一立体图，以及图4是图2所示装置的主视图。如图2-4所示，根据本发明实施例的用于更换轴承的滚珠的装置20包括底座21和固定地设置在底座21上的轴承固定座23，轴承固定座23上形成有U形槽25，U形槽25的宽度与轴承5的外圈和内圈的厚度大体相同或者略大以便将轴承5安放在U形槽25中。在轴承固定座23上还设置有贯穿U形槽25两侧壁的通孔27，两个通孔27的位置和之间的距离选择成与轴承5的外圈15上的螺纹孔15a的位置和之间的距离相对应，使得定位销(未示出)可以穿过通孔27以及轴承5的外圈15上的螺纹孔15a，从而将轴承5固定地保持在轴承固定座23上。当然，应理解的是，轴承固定座23也可以用其它轴承固定装置例如轴承夹具来代替。

根据本发明实施例的用于更换轴承的滚珠的装置20还包括滚珠吸附系统29，滚珠吸附系统29也可以设置在底座21上。滚珠吸附系统29包括真空发生装置31、通过导管33与真空发生装置31连通的吸附柄35、以及设置在吸附柄35末端的吸嘴37。由于轴承5的外圈15上设置有向滚珠注入润滑油的润滑油注入孔19，并且润滑油注入孔19的尺寸大于滚珠的尺寸且润滑油注入孔19与轴承5的外圈15和内圈17之间的滚珠保持架对齐，因此，本发明考虑采用滚珠吸附系统29的吸附柄35来从轴承中取出磨损的滚珠并且将新滚珠送入轴承中。为此，吸附柄35的尺寸设计成小于润滑油注入孔19的尺寸，以便在将封堵润滑油注入孔19的柱塞拔下之后可以将吸附柄插入润滑油注入孔19中。吸附柄35的长度可以设计成略微长于润滑油注入孔19的深度。例如，对于常用的具有深度为24.75mm的润滑油注入孔19的轴承而言，吸附柄35的长度可以为27.45mm到32.75mm。此外，在吸附柄35的末端用于吸附滚珠的吸嘴37的尺寸可以根据滚珠的尺寸来选择，以确保滚珠能够被可靠地真空吸附。在适用于不同尺寸滚珠时，可以只需要更换相应尺寸的吸嘴37就可以满足使用要求。

滚珠吸附系统29还可以包括与真空发生装置31或者导管33连通的真空计39。当吸嘴37上没有吸附到滚珠时，真空计39的读数大体为零。当吸嘴37上吸附到滚珠之后，真空计39的读数大体为负值，例如，-70Kpa。这样，通过观察真空计39的读数可以可靠地确定滚珠是否被吸附住。滚珠吸附系统29也可以包括与真空发生装置31连通的消音器41，以降低在真空发生装置31产生真空的过程中所产生的噪音。

根据本发明实施例的用于更换轴承的滚珠的装置20还可以包括照明系统43，用于发射光以通过润滑油注入孔19来照亮轴承内部，以确认是否存在滚珠以及滚珠是否被移动到正对润滑油注入孔19的合适位置。照明系统43可以包括安装在底座21上的可调节支架45、安装在可调节支架45上的灯座47、以及安装在灯座47上并且可以向着安放在轴承固定座23上的轴承5的润滑油注入孔19发出光线的照明光源。通过调节可调节支架45，可以移动灯座47，以便安放轴承或者在安放轴承之后将光投射到轴承5的润滑油注入孔19。为了防止灯座47阻挡操作人员的观察视线，灯座47上形成有观察通孔49，照明光源(图中不可见)包括环绕观察通孔49布置在灯座47底侧的环形灯带或者多个发光二极管。尽管可以采用白光或者其它颜色的光，考虑到尽可能少的反光以及减轻人眼的疲劳，优选采用能够发射蓝光的光源。此外，光源的设置高度也会影响照明效果，优选地将照明光源设置在到轴承5的外圈上的润滑油注入孔19为2.7cm至8cm距离处。

以下将描述根据本发明实施例的用于更换轴承的滚珠的装置的操作。

首先，将照明系统43的灯座47从轴承固定座23的正上方移开，以便放置轴承。

接着，将需要更换滚珠的轴承5放置在轴承固定座23上的U形槽25中，调节轴承5的位置使得轴承固定座23上的两个通孔27与轴承5的外圈15上的与润滑油注入孔19大体径向相对的两相邻螺纹孔15a对准，并将定位销插入通孔27以及与其对准的轴承5的外圈15上的螺纹孔15a中，从而将轴承5固定地保持在轴承固定座23上。此时，轴承5处于直立状态并且润滑油注入孔19大体处于最高位置。

随后，将灯座47移到轴承固定座23的正上方，使得灯座47上的观察通孔49与轴承5的外圈15上的润滑油注入孔19大体对齐，并且打开照明光源，以便观察是否存在滚珠以及滚珠是否与润滑油注入孔19大体对齐。在没有看到滚珠以及滚珠没有与润滑油注入孔19大体对齐的情况下，手动转动轴承5的内圈，使得滚珠移动到与润滑油注入孔19大体对齐的位置。在用光源照射滚珠的过程中，为了防止轴承外圈反光导致操作人员眼睛疲劳，还可以在润滑油注入孔19周围的轴承外圈上覆盖有吸光层，例如贴上不反光的胶带。

接着，打开滚珠吸附系统29的真空发生装置31以产生真空，并将末端装有吸嘴37的吸附柄35穿过灯座47上的观察通孔49且通过润滑油注入孔19插入轴承5。此时，在真空吸附作用下，吸嘴37将吸附住相应的滚珠。通过观察真空计39的读数可以可靠地确定滚珠是否被吸附住。在确定吸嘴37已经吸附住相应的滚珠之后，将吸附柄35从润滑油注入孔19和观察通孔49抽出并且移动到废弃滚珠收集箱上方，通过切断真空源以使滚珠落入废弃滚珠收集箱。通过手动转动轴承5的内圈，并且重复这个吸出滚珠的过程，直至所有滚珠从轴承中取出。

随后，将吸附柄35插入装有新滚珠的容器中吸附新滚珠，并且在润滑油注入孔19与保持架上的滚珠安放位置对齐的情况下将吸附有新滚珠的吸附柄35穿过灯座47上的观察通孔49且通过润滑油注入孔19插入轴承5。通过切断真空源可以使滚珠落入到轴承5内的滚珠保持架上的预定位置。通过手动转动轴承5的内圈，并且重复这个安放滚珠的过程，直至预定数目的滚珠被安放到轴承5内的滚珠保持架上，从而完成更换轴承滚珠的过程。

在图示的轴承中，轴承内圈上也有12个螺纹孔，在将内圈从其上一个螺纹孔与润滑油注入孔19对齐的位置旋转到紧邻的另一个螺纹孔与润滑油注入孔19对齐的位置时，内圈大体转动30°,对于例如一圈包括209个滚珠的轴承而言，每转动30°可以取出或者安放17或者18个滚珠。通过计数滚珠数目，也可以初步判断是否完全取出或者安放所有滚珠。

在优选实施例中，诸如轴承固定座的轴承固定装置、滚珠吸附系统和照明系统都设置在底座上，应理解的是，它们中的任何一个或者全部都可以分立地设置。此外，在优选实施例中，轴承被直立地固定在轴承固定座上，应理解的是，轴承也可以被水平地固定在轴承固定座上。

通过实验测试，通过这种方式更换了滚珠的轴承在运行时的轴向窜动远小于10微米，在100牛顿的力作用下的刚度变形也小于8微米，完全符合轴承出厂标准。

根据本发明，在轴承滚珠出现磨损时，不需要订购新的轴承来更换整个使用过的轴承，只需要将使用过的轴承中的滚珠更换为新滚珠就可以了。采用本发明的用于更换轴承的滚珠的装置来更换使用过的轴承中的滚珠，不仅可以节约大量费用、显著降低成本，而且不需要较长的前导时间，可以显著提高生产效率。

尽管已经结合芯片封装作业中使用的直接驱动电动机的轴承对本发明优选实施例进行了详细描述，但应当理解的是，这种详细描述仅是用于解释本发明而不构成对本发明的限制，例如本发明的用于更换轴承的滚珠的装置也可用于任何轴承外圈上具有润滑油注入孔且润滑油注入孔的内径大于滚珠直径的轴承。本发明的范围由权利要求限定的技术方案来确定。

Claims (15)

1.一种用于更换轴承的滚珠的装置，所述轴承包括外圈(15)、内圈(17)、位于所述外圈(15)与所述内圈(17)之间的滚珠保持架、以及由所述滚珠保持架保持的滚珠，所述外圈(15)上设置有润滑油注入孔(19)，所述润滑油注入孔(19)的内径大于所述滚珠的直径，所述用于更换轴承的滚珠的装置包括：

用于将所述轴承的所述外圈保持固定的轴承固定装置；以及

滚珠吸附系统(29)，所述滚珠吸附系统(29)包括真空发生装置(31)、通过导管(33)与所述真空发生装置(31)连通的吸附柄(35)、以及设置在所述吸附柄(35)末端的吸嘴(37)，所述吸附柄(35)以及所述吸嘴(37)能够插入所述润滑油注入孔(19)以吸附所述滚珠。

2.如权利要求1所述的用于更换轴承的滚珠的装置，其特征在于，所述滚珠吸附系统(29)还包括与所述真空发生装置(31)或者所述导管(33)连通的真空计(39)，所述真空计(39)用于指示所述吸嘴(37)是否吸附到所述滚珠。

3.如权利要求1所述的用于更换轴承的滚珠的装置，其特征在于，所述滚珠吸附系统(29)还包括与所述真空发生装置(31)连通的消音器(41)。

4.如权利要求1所述的用于更换轴承的滚珠的装置(20)，其特征在于，所述轴承固定装置包括轴承固定座(23)，所述轴承固定座(23)上形成有用于接收所述轴承(5)的U形槽(25)，所述轴承固定座(23)上还设置有贯穿所述U形槽(25)的两侧壁的两个通孔(27)，所述两个通孔(27)的位置和之间的距离选择成与所述外圈(15)上的螺纹孔(15a)的位置和之间的距离相对应，使得定位销能够穿过所述通孔(27)以及所述螺纹孔(15a)，从而将所述轴承直立地保持在轴承固定座(23)上。

5.如权利要求1所述的用于更换轴承的滚珠的装置，其特征在于，所述用于更换轴承的滚珠的装置还包括用于发射光以通过所述润滑油注入孔(19)来照亮所述轴承的内部的照明系统(43)。

6.如权利要求5所述的用于更换轴承的滚珠的装置，其特征在于，所述照明系统(43)包括可调节支架(45)、安装在所述可调节支架(45)上的灯座(47)、以及安装在所述灯座(47)上的照明光源。

7.如权利要求6所述的用于更换轴承的滚珠的装置，其特征在于，所述灯座(47)上形成有观察通孔(49)，所述照明光源包括环绕所述观察通孔(49)布置在所述灯座(47)底侧的环形灯带或者多个发光二极管。

8.如权利要求5所述的用于更换轴承的滚珠的装置，其特征在于，所述照明系统采用发射蓝光的光源。

9.如权利要求5所述的用于更换轴承的滚珠的装置，其特征在于，所述轴承固定装置、所述滚珠吸附系统和所述照明系统中的至少一个设置在底座上。

10.如权利要求5所述的用于更换轴承的滚珠的装置，其特征在于，所述润滑油注入孔(19)周围的所述外圈上覆盖有吸光层，以防止所述外圈反光。

11.如权利要求1所述的用于更换轴承的滚珠的装置，其特征在于，所述轴承是芯片封装作业中使用的直接驱动电动机的轴承。

12.一种利用如权利要求1所述的用于更换轴承的滚珠的装置来更换轴承的滚珠的方法，所述轴承包括外圈(15)、内圈(17)、位于所述外圈(15)与所述内圈(17)之间的滚珠保持架、以及由所述滚珠保持架保持的滚珠，所述外圈(15)上设置有润滑油注入孔(19)，所述润滑油注入孔(19)的内径大于所述滚珠的直径，所述用于更换轴承的滚珠的方法包括：

将所述轴承的所述外圈固定在所述轴承固定装置上；以及

将所述滚珠吸附系统(29)的所述吸嘴(37)插入所述润滑油注入孔(19)以吸附所述滚珠；

从所述润滑油注入孔(19)取出吸附所述滚珠的所述吸嘴(37)并且切断真空源以释放所述滚珠；

将吸附有新滚珠的所述吸嘴(37)插入所述润滑油注入孔(19)并且切断真空源以释放所述新滚珠。

13.如权利要求12所述的用于更换轴承的滚珠的方法，其特征在于，所述方法还包括通过手动转动所述内圈，使得所述滚珠移动到与所述润滑油注入孔(19)大体对齐的位置。

14.如权利要求12所述的用于更换轴承的滚珠的方法，其特征在于，所述方法还包括利用环绕灯座(47)上的观察通孔(49)布置的照明光源照射所述润滑油注入孔(19)，所述吸嘴(37)穿过所述观察通孔(49)插入所述润滑油注入孔(19)或者从所述润滑油注入孔(19)取出。

15.如权利要求12所述的用于更换轴承的滚珠的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述润滑油注入孔(19)周围的所述外圈上覆盖吸光层，以防止所述外圈反光。

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