CN1478270A - 带有摩擦套筒的盒式轴承 - Google Patents

Abstract

轴承盒套筒的外表面设置有增加介于盒套筒和放置在盒周围的公差环之间的摩擦系数的部件。然后，盒和环一起压配入致动器的孔内。该在盒和环之间增加的摩擦阻止两者之间的滑动，消除了在环、孔和轴承之间增加压力的需要。

Description

带有摩擦套筒的盒式轴承

相关申请

本申请要求对2000年11月6日提出的美国临时专利申请60/246,169的优先权。

技术领域

本发明一般地涉及硬盘驱动数据储存器领域，具体来说(但不是借此限制)，涉及盘驱动致动器的旋转运动。

背景技术

以“温切斯特”(Winchester)盘驱动器著称的盘驱动器型，或硬盘驱动器在工业界是众所周知的。这种盘驱动器用磁性方法在一个或多个硬盘的表面上的多个圆形同心数据磁道上记录数字数据。为了转动，诸盘通常安装在一无电刷的直流(DC)心轴电机的毂上。在目前一代的盘驱动器中，心轴电机以高达15,000RPM的速度转动诸盘。

数据存入盘和从盘中取出是通过一列垂直对齐的读/写头组件或磁头进行的，它们由一致动器组件控制从磁道到磁道之间的移动。读/写头组件通常由承载在空气支承的滑动件上的电磁传感器组成。该滑动件与由旋转盘而拖曳的空气薄层保持协同的气动力学的关系，使读/写头组件保持紧密靠近盘表面的关系飞翔起来。为了保持读/写头组件与盘之间的合适的飞翔关系，读/写头组件借助于连接在致动器上的挠曲件而被连接和支承。

用来在磁道之间移动磁头的致动器组件，历来呈现为许多种形式，目前一代的大多数盘驱动器包括有被称之为旋转音圈致动器型的致动器。典型的旋转音圈致动器包括一固定连接在盘驱动器紧靠盘外直径的外壳底部件上的枢转轴。安装枢转轴使其中心轴线垂直于盘的转动平面。致动器通过在轴承壳内的精密球轴承组件安装在枢转轴上。致动器支承一悬置在一列永久磁体的磁场内的平线圈，诸永久磁体固定地安装在盘驱动器外壳底部件上。这些磁体通常安装在磁靴上，它们在其每一端上通过垫片保持在垂直互相隔开的位置上。

在与音圈相对的致动器轴承壳的一侧，致动器组件通常包括多个垂直对齐、径向延伸的致动器磁头安装臂，上述的磁头悬置件安装在该安装臂上。这些致动器臂在盘间延伸，其中，它们在靠近盘表面的所要求的位置处支承磁头组件。当受控的DC电流施加到音圈上时，在音圈周围形成一磁场，音圈与永久磁体的磁场互相作用，以众所周知的洛伦兹关系转动致动器轴承壳，连同附连的磁头悬置件和磁头组件。当致动器轴承壳旋转时，磁头通常沿一弧形路径跨越盘的数据磁道径向地移动。

如上所述，致动器组件通常包括一致动器本体，它绕设置在其中间部分的枢转机构枢转。枢转机构的功能对于满足与致动器组件的定位相关的性能要求是至关重要的。典型的枢转机构具有两个球轴承，一静止的轴固定在内轴承圈，而一套筒固定在外轴承圈。套筒还固定在一致动器本体的一孔内。静止轴通常连接在盘驱动器的底板和顶盖上。

轴承盒以各种方式安装在致动器孔内。有些简单地将盒压配入孔中；另一些则用塑料制成致动器的孔，以便于这样的压配。还有一些在致动器本体上提供延伸入孔内的螺钉，它们或者用作压靠在盒套筒上的固定螺钉，或者与盒套筒上的螺纹啮合，以拉盒与孔紧密接触。然而，所有这些方法存在着附加的问题：简单的压配具有损坏孔和盒的危险；塑料孔易于热膨胀和收缩，以及疲劳；而提供螺钉及其孔，则要求有附加的零件、制造步骤和成本。

解决这些问题的一种方法是在套筒的外表面上提供一槽，然后在槽内定位一公差环。公差环通常由可压缩而有弹性的片材(例如，波纹钢板)制成。轴承盒和公差环组件然后压配入致动器本体的孔内，公差环在孔内将盒保持就位，同时具有足够的屈服性，这样，压配操作的结果不会造成盒和孔的损坏。这种方法已被证明得到很大的满意度。

然而，即使这样的结构也引起其它的问题。轴承和公差环通常因钢的高强度而由钢材制成。由于铝具有相对轻的重量和低的成本，所以，致动器孔的内表面通常由铝制成。铝是远比钢软的材料，于是，当轴承盒和公差环压入致动器孔内时，经铝的缓和变形，钢的波形板趋于咬入软的铝材孔，导致环和孔之间大的摩擦。然而，由于轴承盒由钢材制成，所以，在盒和环之间不会形成其间的摩擦。这大大地提高在震动事件中轴承盒和公差环之间的轴向滑移的危险。事实上，试验已经证实，环和盒之间的滑移仅发生在环和致动器孔之间滑移所要求力的大约20％之时。

然后，为了防止盒和公差环之间的滑移，通常要求将组装力提高到一很高的程度。其结果，通过在孔、环和盒之间形成一较紧的配合，消除了盒和公差环之间的滑移。过分紧的配合会造成使组件具有更加多问题、提高盒或致动器损坏的风险的诸多附加结果，还导致远超过防止其间滑移所要求力的环和孔之间的摩擦力。

现有技术缺少这样一种轴承盒安装结构，即，它容易地组装，但又在承受轴向力时，阻止其间的滑移。

发明内容

本发明涉及一种容易组装的轴承盒安装结构。在将轴承盒安装在致动器孔之前，将一公差环放置在盒的周围。盒套筒的外表面设置有增加盒套筒和公差环之间摩擦系数的部件。然后，盒和环一起压配入致动器孔内。盒和环之间增加的摩擦阻止这两个部件之间的滑移，而不需在环、孔和轴承之间增加压力。在参阅附图和随后的描述后，另外的特征和优点将会变得明晰。

附图的简要说明

图1示出包括本发明的轴承安装组件的盘驱动器的分解视图。

图2示出包括本发明的轴承安装组件的致动器的分解视图。

图3示出安装在致动器内的轴承的截面图。

图4示出夹在轴承盒和致动器孔之间的公差环的截面图。

图5示出带有形成在套筒内的槽的盒。

图6示出带有形成在套筒内的滚花的盒。

图7示出带有设置在套筒上的粘结剂的盒。

图8示出带有设置在套筒上的弹性材料的盒。

具体实施方式

现回转到诸附图中，尤其是图1，其示出一本发明特别应用于其中的盘驱动器100的一实例的分解视图。盘驱动器100包括一所有部件直接或间接地安装在其上的底板110和一顶盖120，顶盖120连同底板110一起形成盘驱动器的外壳，外壳包容内部精细的部件，并将这些部件与外部污染物隔绝。

盘驱动器100包括多个盘200，为了转动，它们安装在一心轴电机上(未示出)。盘200在其表面上包括多个圆形、同心的数据磁道210，通过一列垂直对齐的磁头组件(其中一个示为310)，将数据记录在磁道上。磁头组件310由连接在致动器300的臂部分上的挠性件320支承。致动器300安装在轴承组件400上，轴承组件包括一静止的、致动器300绕其转动的枢转轴410。

驱动致动器300绕枢转轴410转动的动力是由一音圈电机(VCM)提供。VCM由一由致动器300支承的音圈组成，音圈位于具有隔开的上和下磁体340的永久磁体组件的磁场内。磁体340安装在隔开的磁靴350上，磁靴350固定在底板110上并通过垫片360而进一步互相隔开。电子线路设置在安装在底板110的下侧上的一印刷线路板(PCB，未示出)上。驱动VCM的控制信号通过一柔性的印刷线路电缆(PCC)380而在PCB和移动的致动器300之间传送，印刷线路电缆(PCC)380也传输数据信号进出磁头310。

图2示出包括本发明的轴承组件的致动器300的局部的分解立体图。致动器300具有一通过其间形成的孔370，它可接受地接合一轴承组件。所示轴承组件包括一轴承盒400和一压迫地插在轴承盒400和孔370之间的公差环450，以将轴承盒400保持在孔370中。盒400和公差环450的安装这样进行：首先，将公差环450放置在盒400的周围，然后，沿轴向将盒和环组件插入致动器孔370内。

图3示出带有安装在致动器孔370内的轴承盒400和公差环450的致动器300的截面图。盒400具有静止不动的枢转轴410，它在其下端具有用来固定安装到底板110上的螺纹突出415。盒400还包括一外套筒420，其在上端和下端被一对球轴承430隔开。静止不动的轴410还可包括一上螺纹开口440，用来接纳将固定轴410连接到顶盖120上的紧固件(未示出)。很容易理解的是，在不脱离本发明精神的前提下，可用不同于本文所公开的其它方法，将轴410连接到底板110和顶盖120上。这样，可以理解到，静止不动的轴410被刚性地支承，而套筒420可绕静止不动轴410转动。轴承盒400的套筒420形成一上肩部、一下肩部和在两肩部之间直径减小的槽部。公差环450在轴承盒400放入到孔370之前坐落在槽内。应该理解的是，为便于组装，环450的宽度实际上短于槽的宽度。

如图2所示，公差环450通常是一开裂的环件，其形成一圆柱形内表面460和一圆柱形外表面470，在外表面上具有多个突出的波纹形成的一波纹表面。这样的公差环是众所周知的，可用于多种用途，这样环的实例是由USATolerance Ring制造。

从图4中可以理解到，公差环450是夹在套筒420的槽和致动器300的孔370的表面之间。套筒420和公差环450组合成一大于孔370的直径的有效的外表面。这样，套筒420和公差环450的组合可压配入孔370中。如图4所示，压配操作压迫波纹480，图中的虚线表示插入孔370之前的波纹480的形状。施加于公差环450的波纹480的压迫作用，形成足够的摩擦阻力，以将公差环450保持在孔370内，防止公差环450相对于致动器沿轴向和径向的位移。

介于公差环450和致动器孔370之间的摩擦阻力大于环450和盒套筒420之间的摩擦阻力。这主要由于由钢制成的环450的诸波纹480，实际上“咬”入制成致动器孔370的较软的铝中。然而，轴承盒套筒420是由钢制成，套筒420的经金加工的表面和公差环450的内表面460之间形成的摩擦阻力远小得多。其结果，即使当公差环450牢固地轴向地位于孔370内，如果未采取措施防止的话，但滑移仍可发生在盒400和公差环450之间。正是由于这个原因，摩擦元件设置在盒套筒420的外表面上。

本发明的一个实施例示于图2、3和5中，其中，周向的水平槽422设置在盒套筒420的外表面上。对这些槽422的金加工形成边缘和凹口，它们有效地“咬”入公差环450的内表面460，没有在环450和致动器孔370之间不必要地增加摩擦阻力的情况下，减小其间滑动的可能性。由于盒套筒420的外表面不管怎样，总车削到精确的规格，所以，诸槽可同时进行金加工。这样做的优点在于，制造成本不因在套筒420上形成槽422而显著地增加。槽422还可容易地检查，以确保它们符合公差和规格书要求。水平方向的槽422对于防止盒400和套筒450之间的轴向滑动特别有效。

图6示出本发明的另一实施例，其中，套筒420的外表面有滚花424。再者，滚花424提供大量的边缘和凹口，它们使套筒420“咬”入公差环450的内表面460。滚花424除了防止轴向的滑动之外，还具有有效防止转动滑移的附加优点。尽管转动滑移的可能性远不如轴向滑移(假定盒套筒420绕枢转轴410自由转动)，但可以想像得到，在某些应用中，严重的转动震动事件在没有摩擦元件424存在的情况下可造成转动滑移。

图7示出本发明的另一实施例，其中，套筒420的外表面设置粘结剂426。粘结剂426在盒套筒420上提供一公差环450可粘结在其上的黏性表面，这样，防止环450和套筒420之间的轴向和转动向的滑移。

图8示出本发明的另一实施例，其中，套筒420的外表面设置有一层弹性材料428。弹性材料428可以是橡胶、塑料或任何提供一软表面的其它类似材料，且公差环450的内表面460可“咬”入到该软表面内，这样，防止环450和套筒420之间的轴向和转动向的滑移。

当然，应当理解到，在不脱离本发明精神的前提下，轴承盒安装结构可不同于上述的实例。例如，尽管上面以波纹形公差环形式讨论了摩擦元件，但这些摩擦元件当然可用于其它的对于轴承盒要求有提高的摩擦的安装系统。此外，可提供其它的提高摩擦的方法来代替或组合上述的方法。例如，可使用喷丸处理，砂磨，或其它方法来提供粗糙表面，以便增加摩擦。

换种方式来说，本发明第一构思的实施例是用于致动器300的一安装组件，它包括具有一轴410和一绕此轴410转动的套筒420的轴承盒400。盒400构造成定位在致动器300内的孔370中。该组件还包括一保持元件450，其构造成定位在套筒420和孔370的表面之间。组件还包括至少一种定位在轴410和保持元件450之间的部件，其构造成防止套筒420和保持元件450之间的相对运动。可供选择的方案中，保持元件450可以是一波纹片450。作为另一种选择，运动防止部件可以是套筒420内的槽422。作为还有一种选择，运动防止部件可以是多个绕套筒420的周缘延伸的槽422。作为另一种选择，运动防止部件可以是位于套筒420上的粘结剂材料426。

另外的特点在于，本发明的第二构思的实施例是一盘驱动器100，它具有一外壳110，一其中有一孔370的致动器300，以及一固定在外壳110上并位于致动器孔370内的轴承盒400。盒具有一转动轴线。一弹性元件450位于盒400和孔370的表面之间。盘驱动器还包括至少一个与盒400相关并与弹性元件450接触的摩擦元件，以便阻止致动器300相对于盒400的所有轴向运动。可供选择的方案中，弹性元件450可以是一公差环。作为另一种选择，摩擦元件可以是位于套筒上的滚花突出424。作为还有一种选择，摩擦元件可以是附连在套筒上的弹性件428。

从以上所述，显然，本发明特别适于提供上述的诸多优点。尽管本文描述了本发明的特定的实施例，但落入本发明可想见范围内的诸实施例的诸多修改，会呈现在阅读本说明书的本技术领域的技术人员面前。

Claims (10)

1.一致动器安装组件，它包括：

一具有一轴和一绕此轴转动的套筒的轴承盒，轴具有一轴线且盒构造成定位在致动器内的一孔内；

一保持元件，其构造成定位在套筒和孔的表面之间；以及

至少一个定位在轴和保持元件之间的部件，其构造成防止套筒和保持元件之间沿轴线的相对运动。

2.如权利要求1所述的安装组件，其特征在于，保持元件包括一包围盒的波纹片。

3.如权利要求1所述的安装组件，其特征在于，该至少一个部件包括形成在套筒上的槽。

4.如权利要求1所述的安装组件，其特征在于，该至少一个部件包括多个绕套筒的周缘延伸的槽。

5.如权利要求1所述的安装组件，其特征在于，该至少一个部件包括位于套筒上的粘结剂。

6.一盘驱动器，它包括：

一外壳；

一在其中具有一孔的致动器；

一固定在外壳上并定位在孔内的轴承盒，该盒具有一转动轴线；

一定位在盒和孔表面之间的弹性元件；以及

至少一个与盒相关并与弹性元件接触的摩擦元件，摩擦元件构造成防止致动器相对于盒的轴向运动。

7.如权利要求6所述的盘驱动器，其特征在于，弹性元件包括一公差环。

8.如权利要求6所述的盘驱动器，其特征在于，该至少一个摩擦元件包括位于套筒上的滚花突出。

9.如权利要求6所述的盘驱动器，其特征在于，该至少一个摩擦元件包括附连在套筒上的弹性件。

10.一盘驱动器，它包括：

一轴承盒；

一连接在盒上的致动器，以便绕一轴线转动；以及

限制致动器相对于盒作轴向运动的装置。

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