CN116917632A - 分体式滚动轴承 - Google Patents

Abstract

一种分体式滚动轴承外套环(5)，包括：两个大体上半圆形部分(15、16)，它们经由锯齿构造的多个相应配合接触表面可脱开地可接合在一起以形成大体上圆形部件；每个所述相应配合接触表面形成切面(21、22、23、24)；所述切面的相交部形成所述锯齿的顶峰线(20、26)和凹谷线(25、27)；其中，每个相交部(顶峰或凹谷)线与垂直于套环轴线的平面形成相应第一角度，并且其中，每个切面与包含套环轴线的平面形成相应第二角度。相应第一角度中的至少一个在15至55度之间。

Description

分体式滚动轴承

技术领域

本发明涉及一种改进的分体式滚动轴承。特别地，本发明涉及一种分体式滚动轴承的改进外套环及其制造方法。

背景技术

传统设计的分体式滚子轴承采用内套环和外套环圈，在内套环与外圈之间通过保持架以一定间隔关系保持一系列滚子。滚子可安装在这些套环的滚动表面上或套环中形成的滚子轨道中。轴承可分为尺寸大致相同的两个半部，每个半部轴承由半圆形内套环和外套环部件以及半圆形保持架部件组成。分体式滚动轴承在包括船舶推进轴、输送机滚筒、工业风扇、搅拌机等许多应用场景中有所使用。

在重新组装分体式轴承时，重要的是内套环和外套环的相应半部准确对齐。内套环通常被夹持或以其他方式固定到轴承所围绕其定位的轴，并且这一过程的一部分是将内套环的两个半部对齐。外套环并不是以这种方式固定的，在对齐分体式滚子轴承的两个外圈半部时，所依赖的传统手段存在某些问题。

将两外套环半部对齐所采用的传统手段包括通过销钉或接合螺钉上的肩部将两外套环半部接合在一起，但此手段的问题在于，必须在相应的外圈半部内形成精确的开口，以接收销钉或接合螺钉。

另一种传统手段是经由“V”形裂口将外套环分成两个大致相等的部分，在“V”形裂口处两个半部相互抵靠，并且没有机械连接将两个半部固定在一起。当轴承是“固定的”时、即当轴承位于适于容纳轴承的壳体内，该壳体的尺寸定成能容纳轴承，轴承在壳体内移动的“游隙”几乎没有时，这种布置是令人满意的。这样的固定轴承提供了轴的轴向定位。然而，有些轴承并不是固定的(例如，当轴上有不止一个轴承，但只需其中一个轴承被固定，而其余轴承可轴向自由移动，以适应例如轴在使用期间的热膨胀时)，在这种情况下，两个半部之间缺乏机械连接会导致两个半部在壳体中楔开。

替代手段是通过依靠“W”形裂口来使两个半部对齐，其中，裂口表面包括多个切面，当轴承套环被重新形成时，这些切面相互配合以定位该轴承套环。

在需要允许外套环在壳体内移动的情况下，有利的是提供围绕外套环的套管以支持轴承套环的两个半部在轴向和径向方向上的对齐，并将轴承套环的两个半部保持在一起，防止它们在壳体内楔开，例如EP19708620.0中所述的那样，然而具有这样的套环增加了工序的一层复杂性。虽然可以通过使厚的外套环结合将轴承套环的两个半部固定在一起的装置，以及可能地使用键槽、暗销等组合来避免这种情况，但这种系统也具有缺点。例如，键槽和暗销只能根据特征的加工公差将两个半部对齐，在硬质材料中提供这些特征具有挑战性，而当材料仍处于软质状态时加工特征随着热处理会丧失精度。

发明内容

本发明针对解决与两个套环半部的精确对齐以及在使用时维持这种对齐相关联的困难。

特别地，本发明针对分体化滚动轴承的外套环，包括经由呈锯齿状构造的多个相应配合的接触表面可脱开地可接合在一起以形成大体上圆形部件的两个大体上半圆形部分。每个相应配合的接触表面形成切面，各切面的相交部形成锯齿的顶峰线和凹谷线。每个相交部(顶峰或凹谷)线与垂直于套环轴线的平面形成相应第一角度，同时每个切面与包含套环轴线的平面形成相应第二角度。

优选地，相交部线在一点处会聚。

优选地，会聚点在轴承的膛孔内，使得接触表面是向外斜削的表面。

优选地，会聚点在轴承的膛孔外，使得接触表面是向内斜削的表面。

优选地，相应第一角度中的至少一个在15至55度之间、和/或在25至40度之间。

优选地，第二角度在15至50度之间、和/或在25至40度之间。

优选地，相交部包括中心相交部，其第一角度为零。

优选地，接触表面是平面的。

优选地，每个接触表面经由相应接触表面的斜削性质被推向并保持抵靠着对应的相应接触表面。

优选地，多个相应配合接触表面提供了两个接合部，每个接合部包括4至8个之间的接触表面。

优选地，每个接合部包括6个接触表面。

优选地，多个配合接触表面包括锯齿的内切面和外切面，各内切面由间隙分开。

优选地，各部分可经由位于相应顶峰和凹部处的接合装置附接在一起。

优选地，接合装置是螺钉或螺栓。

本发明还针对制造分体式滚动轴承的外套环的方法，包括执行在滚动轴承外套环上的切割步骤，以形成可脱开地可接合在一起以重新形成轴承的两个大体上半圆形部分，切口路径提供了锯齿构造中的多个相应配合接触表面，其中，每个相应配合接触表面形成切面，并且其中，各切面的相交部形成锯齿的顶峰线和凹谷线。每个相交部(顶峰或凹谷)线与垂直于套环轴线的平面形成相应第一角度，并且每个切面与包含套环轴线的平面形成相应第二角度。

优选地，切割步骤包括沿切口路径厚度近似一致的切口。

优选地，切割步骤包括沿口割路径的不同厚度的切口，以适于沿切口路径补偿切口的方向与接合处接合方向的不同角度。

优选地，切口厚度在每个接合部的每一端处的外侧成对切面上维持大致恒定的厚度，但该切口厚度大于内侧切面，其中，大致恒定对应在20微米、10微米或5微米的精准度内。

优选地，由放电加工(EDM)执行切割步骤。

优选地，EDM切割机床具有第一机头和导轨以及第二机头和导轨，并且在切割操作期间，机头之一进入部件的膛孔中。

优选地，在切口表面中提供接合装置，每个接合装置的中心提供为与顶峰和凹谷大致重合。

优选地，接合装置是适于容纳螺钉或螺栓的开口。

附图说明

现在将仅以示例的方式并且参照附图描述本发明的优选实施例，其中：

图1A示出了根据本发明的分体式轴承套环的一个半部的侧视图，

图1B示出了图1A的套环的立体图，其示出了垂直于套环轴线的平面，

图1C示出了图1的套环的立体图，其示出了包含了套环轴线的平面，

图1D示出了转过90°的图1A的套环的示图，

图2示出了图1A的套环的剖视图，显示了接合部的锯齿状构型，

图3示出了包括如图1A所设的各半部的套环的分解图，

图4示出了图1A的半个套环的立体图，

图5示出了带有接合装置的套环的细节，

图6A和6B分别示出了“向外斜削”和“向内斜削”布置。

具体实施方式

图1A和图1B示出了包括“锯齿”形裂口的接触表面的多个切面，这些接触表面位于分体式轴承套环的一个半部的切口端处。图1A示出了侧视图，指示了在套环重新形成时垂直于套环5轴线的平面10和包含套环轴线的平面11。图1B示出了图1A的套环，指示了垂直于套环轴线12的平面10。图1C示出了图1A的套环，指示了包含套环轴线的平面11。

图1D示出了锯齿形裂口的细节，包括裂口表面的切面(在图3中标识为21、22、23、24)。图1D示出，与套环5的外边缘50、51相邻的每对切面21、22在顶峰20处相交，顶峰20处的相交部与垂直于套环轴线的平面10形成角度30。出于最佳效果的考虑，而设置25°至40°之间的角度30。

应注意，根据本发明，这些最外侧切面的相交部20一般不形成与套环轴线径向的线(顶峰和凹谷)，而通常与其成一定角度。然而，在相交部的会聚点落在中心(即中心相交部26)处的情况下，顶峰和凹谷将是径向的。

25°至40°之间的角度具有克服表面之间的摩擦和自对齐的优点。特别地，如果角度太小(即小于约25°)，那么无论如何努力将它们紧固在一起，表面之间的摩擦都会阻止它们自行滑动到对齐。然而，如果角度在25°至40°之间，那么两个表面之间的力的特定分量就会大于摩擦力，这样两个表面就会相互滑动，直到顶峰和凹谷正确接合。

图2示出了图1A至1D的套环的更多细节，示出了接合部的锯齿状构型，特别是示出了每个切面的侧视图。从图2可见，锯齿提供了成对的中心切面23、24，以及成对的邻近套环外缘的切面21、22(见图3)，以及可能在中间切面和最外侧切面之间提供的任何其他切面(未示出)。

从图2可见，切面与包含套环轴线的平面成25°至40°之间的另一角度31。

图2提供了根据本发明的锯齿的一个示例，即仅有六个切面的锯齿，但应用了类似于不止6个切面的情况下所有成对切面之间的相交部。特别地，所考虑的所有相交部与传统相交部的不同之处在于，相交部一般与垂直于套环轴线的平面10(如图1B所示)形成25°至40°之间的角度，另外，形成相应相交部的切面一般也与套环轴线所在的平面11(如图1C所示)形成25°至40°之间的角度。

虽然相交部一般处于这些角度，但本发明也提供了相交部的角度为零的子集的可能性。

作为示例，对于至少一个相交部，可以考虑相交部与垂直于套环轴线的平面10的角度为零。

特别地，在一些实施例中，可以考虑中心相交部与垂直于套环轴线的平面的角度为零。

图3示出了根据本发明的分体式外套环5，示出了每个半部15、16和锯齿状接合部。图3提供了接合部的细节，包括切面21、22、23、24。在该实例中，示出了6个切面，但可以考虑依赖不同数量的切面。图3也示出了切面相交的相交部20、25、26、27(顶峰和凹谷)。可以看出，各相交部分别与垂直于套环轴线的平面10成角度，并且各切面又分别与包含套环轴线的平面11成另一角度。

图4示出了分体式外套环的一个半部15，示出了更多细节。特别地，图4示出了将各半部接合在一起的其他装置，即接触表面中的开口40，开口40位于相交部20、25、26、27处，使得引入通道41的螺钉进入开口40，以将两个半部固定在一起：螺钉接合得越紧，两个接触表面就结合得越牢固，两个接触表面平衡了向相反方向推动的力。从图4可见，可以考虑中心相交部不包括开口，也没有经由螺钉或任何其他接合方式与套环的另一半部的对应相交部接合。另外，在一些应用场景中，可以考虑所有这样的通道和开口都可以是可选的，特别地，可以考虑在没有这样的接合装置的情况下，也可以实现这种布置。

将套环分割成两个半部的切口被考虑为在整个切口路径上厚度恒定的切口，但这对于确保接合部对齐并不是必要的，对于本发明概念也不是必要的。

另外，如果依赖恒定厚度的切口，那么当套环的两个半部放置在一起以重新形成套环时，并不需要所有的切面都接触在一起。

例如，当两个半部彼此靠近以接合在一起以重新形成套环时，套环的一个半部上的切面可能会与另一半部上的对应切面在与另一对切面不同的时刻发生接触，即使该切口在几何上是完美的。如果制造一个垂直于两个半部的接合方向的简单切口将套环分割，即沿着包含套环轴线的平面简单切口，那么两个半部必须移动以重新对接在一起的距离是切口的厚度。相反，如果分割切口与包含套环直径的平面成角度，但各部分仍沿径向方向一起移动，则各部分必须移动的距离大于切口的厚度，因为在各部分一起移动的方向上，切口的有效厚度大于切口的实际厚度。如果我们考虑厚度完美恒定的切口，例如，随着绷紧线材料穿过部件而移除绷紧线材的厚度来形成切口，并且完美精确地控制切割过程以形成成角度的切面，那么很明显，线材在切割每个切面时的角度都不同，在中心切面上更接近径向，而在切割外侧切面时角度更大。因此，如果现在移动各部分使其重新对接，即使以恒定厚度切割它们，接合方向上的有效切口厚度在不同切面之间实际上是不同的，所以某些切面将首先接合，并且部件变形，否则其他切面将保持不接合。即使间隙只有几微米，这也会对接合对齐的效果产生显著影响。看来很可能是效果较差的中心切面首先接合，并且由于它们不能有效地将两个半部对齐，因此各半部的相对位置可以位于外侧切面中的间隙所允许的两端之间的任何位置。

另外，切口厚度不可避免地会因被切割材料的厚度等因素而略有不同，导致整个切口的变化。

当四个外侧切面对首先接合、即在内侧切面对之前接合时，可实现两个半部切面在径向方向上的最佳对齐。因此，可以考虑将成对中心切面切得稍厚一些、即间隙大一些，使得与垂直于套环轴线的平面(例如见图1D)形成较大角度的两对最外侧切面(在套环的每个最外侧边缘50、51上)就会先于中心切面接触，从而提供更好的对齐效果。

图5示出了一种布置方式，其中，接合装置40、41并非位于接合部的顶峰和凹谷，而是例如位于切面的中间。

如图5中箭头所示，当接合装置、比如螺钉被拧紧时，套环的上半部趋向于沿着切面滑动。虽然其余的切面通过将套环的两个半部相互锁定和对齐来抑制这一趋势，但这一特征可能会导致局部错位。

本方法的优点是切割布置的精度并不重要。例如，只要切割方法提供了一致的切口厚度，切口的几何形状就不需要非常精确。特别地，如果切口位置偏差几毫米，或者如果切面中的一个的角度是29°而不是30°，或者如果一个顶峰高于另一个顶峰，只要切口厚度一致，接合部就能形成互锁和自对齐的几何形状。

事实上，如果各切面之间的角度不同，将导致切口的有效宽度不同，这可能会造成错位，因为接合部的某些切面可能会先于其他切面接合。正如已讨论的示例，如果一个切面以是29°而不是30°进行切割，那么严格来说，就会导致切口的有效宽度不同。特别地，以29°而不是30°切割意味着至少在切口路径的一些部分上会偏离位置，然而由此造成的对齐误差只是切割中位置误差的一小部分。相比之下，如果切割的是键槽，那么潜在的对齐误差与切口的位置误差直接相关。因此，对齐误差的幅度要比导致对齐误差的几何误差小得多。例如，这样的对齐误差不太可能大于约5微米。

图1-4所示的切口包括会聚在理论点上的相交部(顶峰和凹谷)，如图6A和6B所示。在图6A中，各线会聚在部件膛孔内的一点处：所示的切口产生的切面形成在顶峰和凹谷之间的平面。这生成了切口“向外斜削”的几何形状。在图6B中，顶峰和凹谷会聚于部件外的理论点处。这生成了切口“向内斜削”的几何形状。

在“向外斜削”的布置中，平面更接近于垂直于滚子在其上转动的套环膛孔，这被考虑为是更理想的效果。在“向内斜削”的布置中，接合部的平面与滚道或任何滚道形成相当锐利的角度，这可能会导致薄弱点。

本发明还涉及一种制造这样的分体式外套环的方法。

首先，常规地，外套环作为整个套环经历初始加工。这包括初始车削操作(不加工到成品尺寸)和加工诸如接合螺孔(如果要使用)和所需的任何提升和润滑孔等特征。另外，在后可以依赖的开口40和41也在此刻机加工。

然后，通过线切割-EDM(放电加工)切割套环。该机床通常具有上机头和导轨，以及下机头和导轨，线材在它们之间连续通过。将线材放在浸入去离子水中的部件上，线材与部件之间的放电会腐蚀掉部件。通常，将部件保持在一个位置中，同时机床的上下导轨移动，以生产所需的切口几何形状。

在任何一瞬间，切口都考虑为以直线的形式(因为其是由绷紧线材形成的)，但其不需要是棱柱形的，因为不需要在相同的路径上移动机床的上机头和下机头。然后在切割期间，线材并不是竖直的，而是在不同的瞬间会处于不同的角度。

在本例中，所依赖的EDM机床包括的特征是，上机头可以进入部件的膛孔内，从而允许独立切割每个接合部。这并不完全符合常规，因为在大多数EDM机床中，上机头位于待切割工件的上部，而下机头则位于待切割工件的下部，这意味着不可能实现本例所要求的独立切割每个接合部。

对于每个接合部，切口考虑为沿切口路径的厚度大致恒定。在大多数情况下，偏差仅为几微米。

如上所述，可以考虑切割步骤可包括沿切口路径的不同厚度的切口，以沿切口路径补偿切口的方向相对于接合部接合方向的不同角度。

还可以进一步考虑，轴承外边缘上的每对切面的切口厚度比最内侧每对切面的切口厚度薄，使得当套环的两个半部彼此靠近以重新形成套环时，轴承外边缘上的成对切面可以首先接触。这样的布置可以使套环的两个半部更牢固地对齐，并使套环的两个半部更牢固地固定在一起。

在使用时，可通过对套环进行初始机加工以包括用于比如用于将润滑剂引入轴承或螺孔等的任何开口，为分割套环做好准备。然后，可使用EDM机床将套环切割成大致相等的两个半部，该机床可分别切割每个接合部。切割表面在两个半部之间提供了大体上平面的接触表面，各平面表面的相交部形成了呈锯齿状结构的顶峰和凹谷，各平面表面提供了接合部的切面。

切割工艺使这些相交部(顶峰或凹谷)在重新形成套环时与垂直于套环轴线的平面成角度。另外，切割工艺还进一步规定，在重新形成套环时，各切面与包括套环轴线的平面分别成角度。

切割工艺可提供沿切口路径厚度一致的切口表面，然而如上所述，切口路径的厚度可能会有偏差。这样的偏差通常很小，最多几微米。可以考虑，切口路径厚度的偏差可使最外侧的成对对应切面比最内侧的任何一对切面更早地接合在一起，而这可能引起轴向和径向方向上的最佳对齐。EDM机床倾向于在较厚的材料上生成较宽的切口，这与本发明所希望的恰恰相反，因为在最好先接合的外侧切面上，被切割的材料较厚，切口角度较大(这也有效地提供了较宽的切口)。根据本发明，切口厚度的优选偏差需要通过改变切割参数来刻意诱导，以中心切面的切口较厚；它不会“自然”出现。

本发明不限于前述实施例的细节。例如，各半部不一定相等。接触表面不一定是平面的。顶峰和凹谷的线与垂直于套环轴线的平面形成的角度在重新形成时可在15°与55°之间。在重新形成时，切面与包括套环轴线的平面形成的角度可在15°与55°之间。

Claims (22)

1.一种分体式滚动轴承外套环，包括：

两个大体上半圆形部分，所述两个大体上半圆形部分经由锯齿构造中的多个相应配合接触表面能可脱开地接合在一起以形成大体上圆形部件；

每个所述相应配合接触表面形成切面；

所述切面的相交部形成所述锯齿的顶峰线和凹谷线；

其中，每个所述相交部(顶峰或凹谷)的线与垂直于所述套环的轴线的平面形成相应第一角度，其中，所述相应第一角度中的至少一个在15至55度之间，并且其中，每个所述切面与包含所述套环的所述轴线的平面形成相应第二角度。

2.根据权利要求1所述的分体式滚动轴承外套环，其特征在于，所述相交部线会聚于一点处。

3.根据权利要求2所述的分体式滚动轴承外套环，其特征在于，所述会聚点在所述轴承的膛孔内，使得所述接触表面是向外斜削的表面。

4.根据权利要求2所述的分体式滚动轴承外套环，其特征在于，所述会聚点在所述轴承的膛孔外，使得所述接触表面是向内斜削的表面。

5.根据权利要求3或4所述的分体式滚动轴承外套环，其特征在于，每个所述接触表面经由所述相应接触表面的所述斜削性质被推向所述对应的相应接触表面，并保持抵靠着所述对应的相应接触表面。

6.根据前述权利要求中任一项所述的分体式滚动轴承外套环，其特征在于，所述相应第一角度中的至少一个在25至40度之间。

7.根据前述权利要求中任一项所述的分体式滚动轴承外套环，其特征在于，所述第二角度在：

15至50度之间，和/或

25至40度之间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的分体式滚动轴承外套环，其特征在于，所述相交部包括所述第一角度为零的中心相交部。

9.根据前述权利要求中任一项所述的分体式滚动轴承外套环，其特征在于，所述接触表面是平面的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的分体式滚动轴承外套环，其特征在于，所述多个相应配合接触表面提供了两个接合部，每个所述接合部包括4至8个之间的接触表面。

11.根据权利要求10所述的分体式滚动轴承外套环，其特征在于，每个所述接合部包括6个接触表面。

12.根据前述权利要求中任一项所述的分体式滚动轴承外套环，其特征在于，所述多个配合接触表面包括所述锯齿的内切面和外切面，并且其中，所述内切面由间隙分开。

13.根据前述权利要求中任一项所述的分体式滚动轴承外套环，其特征在于，各所述部分能经由位于相应所述顶峰和所述凹谷处的接合装置附接在一起。

14.根据权利要求13所述的分体式滚动轴承外套环，其特征在于，所述接合装置是螺钉或螺栓。

15.一种制造分体式滚动轴承外套环的方法，包括：

在滚动轴承外套环上执行切割步骤，以形成能可脱开地接合在一起以重新形成所述轴承的两个大体上半圆形部分，切口路径提供了锯齿构造中的多个相应配合接触表面，其中，每个所述相应配合接触表面形成切面，并且其中，各所述切面的相交部形成所述锯齿的顶峰线和凹谷线；

每个所述相交部(顶峰或凹谷)的线与垂直于所述套环的轴线的平面形成相应的第一角度，其中，所述相应的第一角度中的至少一个在15至55度之间，并且每个所述切面与包含所述套环的所述轴线的平面形成相应的第二角度。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，切割步骤包括沿所述切口路径厚度近似一致的切口。

17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述切割步骤包括沿所述切口路径的不同厚度的切口，以适于沿所述切口路径补偿切口方向与接合处接合方向的不同角度。

18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述切口厚度在每个所述接合部的每一端处的外侧成对切面上维持大致恒定的厚度，但所述切口厚度在内侧切面上更大，其中，大致恒定对应于：

20微米内，

10微米内，或

5微米内的精准度。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其特征在于，通过放电加工(EDM)执行所述切割步骤。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述EDM切割机床具有第一机头和导轨以及第二机头和导轨，并且在所述切割操作期间，所述机头之一进入部件的膛孔中。

21.根据权利要求15至20中任一项所述的方法，其特征在于，在所述切口表面中提供所述接合装置，每个所述接合装置的中心提供为与所述顶峰和所述凹谷大致重合。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述接合装置是适于容纳螺钉或螺栓的开口。