CN1752469A - 球面轴承装置 - Google Patents

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Abstract

一种球面轴承装置，其包括：轴承座；多个分离球体部分，它们一起设在轴承座内，以形成具有球面支承表面的组合球体，该组合球体具有穿过其中的孔，该孔具有中心轴线；以及固定在组合球体的孔中的衬套。还公开了一种组装球面轴承装置的方法。

Description

球面轴承装置
技术领域
本发明涉及一种球面轴承装置及其组装方法。
背景技术
球面轴承领域且实际一般的轴承需要提供精确设计的支承表面，其中必须严格遵守公差以保证轴承平滑且有效地操作。保证这些公差的结果是轴承且尤其是球面轴承的制造成本经常很高。
已经知道将球体安装到球面轴承装置的轴承座中是很困难的，这是因为任何方法都必须致使轴承的转矩基本为零。传统的方法是提供一单独的球体并将轴承座围绕该球体锻造以将球体固定地保持在其中。然而已经发现，保证将该轴承的转矩保持在预定范围内是很困难的。
球面轴承包括分离球体结构，这在某种程度上缓解了与单个球体的球面轴承相关的问题。该结构通常包括两个分离球体部分，当将它们在轴承座中安装到一起时，它们共同限定了一分离球体结构，该结构在原理上如单个球体的球面轴承装置一样工作。
分离球体轴承的主要优点在于它们不需要锻造轴承座，并因此降低了制造成本。所述分离球体部分安装为，其一部分安装到轴承座中并与支承表面接合，插入第二部分并扭转90°以与另一分离球体部分一致。因此，很容易生产具有转矩基本为零的分离球体球面轴承，因为每部分都能够彼此单独地制造。
由于球面轴承通常用于航空航天工业，因此重量是极为重要的。因此，希望由轻质材料制造球面轴承，例如钛或钛合金。然而，这些材料并不具有非常令人满意的磨损特性。在使用中，一轴通常定位在穿过球面轴承的球体的孔中。经过一段时间，因为孔的轻质材料不具有良好的耐磨表面，所以孔支承表面退化，从而缩短了轴承的寿命。因此可能需要以很高的经济成本丢弃该球面轴承装置。
在单球体球面轴承装置的情况下，可以将衬套干涉配合在孔中以降低球体上的磨损。然而，在分离球体的球面轴承装置的情况下，不能在不影响该分离球体的球面轴承装置的转矩的情况下使用干涉配合衬套。因此，在分离球体的装置中不使用衬套。
因此，需要由轻质材料制造的分离球体球面轴承装置，但对于从中穿过其中的轴要提供合适的磨损特性。
发明内容
本发明提供了一种球面轴承装置以克服上述问题。
因此，本发明的一个方面提供了一种球面轴承装置，包括：轴承座；多个分离球体部分，它们一起设在轴承座内以形成具有球面支承表面的组合球体，该组合球体具有穿过其中的孔，该孔具有中心轴线；以及衬套，其固定在组合球体的孔中。
优选地，在这些分离球体部分之间没有分离。
另选地，在这些分离球体部分之间可以存在分离。
有利地，该衬套以非干涉配合的方式固定在组合球体的孔中。
便利地，该衬套固定在组合球体的孔中，以防止衬套在孔中轴向移动。
优选地，这些分离球体部分基本上彼此相同。
有利地，有两个分离球体部分。
便利地，该衬套的材料预选为与组合球体的材料不同。
优选地，一轴插入到衬套中，且该衬套的材料预选为在衬套和该轴之间提供希望的磨损特性。
有利地，衬套的材料为铜合金。
便利地，该组合球体的材料为钛或钛合金。
本发明的另一方面提供了一种组装球面轴承装置的方法，该装置包括：轴承座；多个分离球体部分；以及衬套，该方法包括以下步骤：将所述多个分离球体部分插入到轴承座中，以限定具有穿过其中的孔的组合球体；以及将该衬套固定到组合球体的孔中。
优选地，在将衬套固定到孔中之前，将所述多个分离球体部分顺序插入轴承座中。
附图说明
下面将参考附图以示例的方式描述本发明，其中：
图1显示了球面轴承装置的立体图；
图2显示了沿着线A-A的图1的球面轴承装置的剖视图；
图3至图5显示了用于图1和图2的球面轴承装置的组装阶段；
图6显示了实现本发明的球面轴承装置的立体图；
图7显示了沿着线B-B的图6的球面轴承装置的剖视图；以及
图8显示了图7的区域C的放大剖视图。
具体实施方式
图1和图2显示了球面轴承装置1，其包括轴承座2，组合球体3安装在轴承座2中。该轴承座2为大致环形并包括：圆柱形外表面4；两个轴向端面5；以及包括球面轴承座支承表面6的内表面。轴承座2还具有中心轴线7。轴承座2具有一环周的、径向延伸的凸缘8，该凸缘8接近轴承座2的轴向端面5。凸缘8带有三个等间距设置的凸耳9，每个凸耳9都从凸缘8突出。每个等间距设置的凸耳9都设有孔10，螺栓等可通过该孔10以通过凸耳9将轴承座2固定到另一个物体上。
组合球体3基本为球体形状，并设有：球面组合球体支承表面11；两个轴向端面12；以及具有中心轴线14的孔13。该组合球体支承表面11与轴承座支承表面6相一致，从而支承表面6、11彼此滑动接触。优选地，在组合球体3和轴承座2之间的转矩为零。
组合球体3由两个基本相同的分离球体部分15a、15b形成。每个分离球体部分15a、15b包括：半球形的分离球体支承表面16；两个轴向端面17；半圆柱形内表面18，其限定了组合球体孔13的一半；以及两个分离面19。各分离球体部分15的分离面19基本共面。
优选地，分离球体部分15a、15b和轴承座2由钛、钛合金、或其它合适的轻质材料制成。更优选地，分离球体部分15a、15b和轴承座2由按照ASNA3307的钛合金TA6V制成。有利地，使用等离子辅助物理汽相淀积方法由氮化钛涂覆该钛合金。
图3到图5显示了用于图1和2的球面轴承装置1的组装阶段。图3显示了分离球体部分15a装入其中的图1和2的轴承座2，从而分离球体支承表面16与轴承座支承表面6接触。然后，将分离球体部分15a绕着垂直于轴承座中心轴线7的轴线20转动90度，从而分离球体支承表面16的更多部分与轴承座支承表面6接触。图4中显示了这种结构。应理解，当处于图4所示的位置时，分离球体部分15a的轴向端面17将与轴承座2的相应轴向端面5平行。
然后，以与分离球体部分15a类似的方式将分离球体部分15b插入到轴承座2中，从而分离球体支承表面16与轴承座支承表面6接触。图5中显示了这种结构。
优选地，为了有助于插入分离球体部分15b，分离球体部分15a、15b的轴向长度小于组合球体孔13的直径，但这不是必须的。
然后如分离球体部分15a一样，将分离球体部分15b绕着垂直于轴承座中心轴线7的轴线20转动90度，从而分离球体支承表面16的更多部分与轴承座支承表面6接触。图1和图2中显示了这种结构。因此，这两个分离球体部分15a、15b的相应分离面19在彼此之上滑动并优选地相互摩擦接合。
应理解，在参照图1和图2的定向描述中，组合球体3的中心轴线14与轴承座2的中心轴线7同轴。
如上所述，球面轴承装置1的转矩(在组合球体支承表面11和轴承座支承表面6之间)优选为零。因此，组合球体3能够在轴承座2内自由转动。因此，分离球体部分15a、15b可以彼此不对准，这样不具有供轴插入的完全圆柱形的孔13。可以是由于分离面19相对于彼此滑动、或由于分离面19朝向彼此运动或远离彼此运动而产生这种不对准。然而根据本发明的实施例，衬套22设在组合球体3的孔13中。
图6和图7的球面轴承装置21包括：轴承座2，组合球体3安装在其中；以及衬套22，其固定在组合球体3的孔13中。衬套22为筒形，并包括：两个轴向端23；外表面24和内表面25；以及中心轴线26。优选地，该衬套22由铜合金制成。更优选地，该衬套22由铍铜、根据ASNA3417的CuBe1.9制成。衬套22的材料比组合球体3的孔13的材料提供了更好的耐磨表面。
环形凸缘27位于衬套22的一个轴向端23处，并径向向外突出以提供止挡部28。衬套22的另一轴向端23的外表面制有螺纹以接收相应的螺母29，从而提供另一止挡部28。螺母29优选地由铜制成。优选地，如图8所示，在衬套22的螺纹部和螺母29之间的界面31处钻有至少一个孔30且销32固定在其中。该结构在现有技术中已知为“销连接”。通过将销32固定到孔30中，螺母29相对于螺纹部锁定，从而防止了这些部分之间的运动，因此螺母29在使用中不会松动。销32优选由钢制成。
另选地，在衬套22每端的止挡部28可以包括螺母29和螺纹部结构。
在衬套的两端设置止挡部，这允许衬套当受到轴向力时(例如，在起落架舵销轴承所遇到的情况)被保持在组合球体中。当组装时，通过将其中一个止挡部抵靠组合球体的相应轴向端面来防止衬套相对于组合球体的轴向移动。而在使用中，这些轴向力可以沿着衬套的中心轴线作用在两个方向上。也可以想到，任何轴向力通常都可以仅沿着一个方向作用，因此只需要一个位于衬套轴向端处的止挡部。这种单一止挡部可以包括凸缘，或者螺母和螺纹部结构。
关键的是，当在正常使用中衬套承受轴向力时，轴承仍有效地操作。也就是说：在组合球体和轴承座之间经受的转矩必须保持在预定范围内，而不管施加在衬套上的轴向力的大小或方向如何。关键的是通过非干涉配合将衬套固定在组合球体中，从而便于防止在组合球体和轴承座之间的转矩发生任何不需要的变化。这与在现有技术例如US 4251122中所提供的装置不同。
当在US 4251122中的装置的卷筒(spool)元件22受到轴向力时，该卷筒元件22相对于轴承座运动。然而，因为在球形部分26的内表面和卷筒元件22的外表面上设有配合螺纹，所以这两部分之间的任何轴向运动都会导致相应螺纹在彼此之上“上拱(ride up)”，从而具有球形部分将从卷筒元件22径向向外运动的效果，因此增加了球体和轴承座之间的转矩。在卷筒与球体之间的这种干涉配合正是本发明实施例的装置所要避免的。在实施本发明的装置中对球体和衬套之间的非干涉配合的要求是这样的技术特征，该特征防止了在组合球体与轴承座之间的转矩有任何增加。在US 4251122中所公开的干涉配合致使转矩产生不期望的变化(增加)。即使通过在从US 4251122的第4栏68行到第5栏4行的段落中所公开的装置，其中螺纹仅设在球形表面的内表面和卷筒元件22的外表面的一部分上，也会遇到同样的问题。
将衬套设在组合球体的孔中，这提供了用于与轴接触的支承表面。优选地，衬套的材料不同于分离球体部分的材料。有利地，衬套的材料具有比组合球体孔的材料更合适的磨损特性。将这些磨损特性预选为适合于将插入衬套中的轴的材料。因此，在操作中，在衬套和轴之间的磨损量应小于不使用衬套时的磨损量。然而有利地，当在衬套上发生磨损时，可以仅更换新的衬套，而无需丢弃整个球面轴承装置。
在衬套的外圆柱表面和组合球体的内圆柱孔表面之间存在很小的转矩或没有转矩。抵靠组合球体的至少一个轴向端面的至少一个止挡部，将优选地提供高于在插入到孔中的轴和内衬套支承表面之间可能出现的任何转矩的转矩。因此，在使用中，衬套将优选地不相对于组合球体转动，因此组合球体孔支承表面有很小的磨损或没有磨损。
本发明实施例的另一个优点是将轴插入组合球体的机构(mechanics)被简化，这是因为分离球体部分通过该衬套被有效地加衬套(sleeved)，从而提供了用于轴的不中断的孔。因此，因为衬套将分离球体部分保持为组装结构，所以分离球体部分在轴承装置的运输或安装过程中不会在轴承座中错位。
尽管上述示例描述了设置两个相同的分离球体部分，但容易理解，本发明并不限于这种结构。实际上，在不脱离本发明实质的情况下可以设置两个以上的分离球体部分。另外，分离球体部分不必彼此相同。因此，可以设置三个分离球体部分：一个部分包括一“半球体”；而另两个分离球体部分分别包括一“四分球体”。该装置的组装可以包括在插入该半球体之后分开插入这两个四分球体；或者另选地，半球体的起始插入和两个四分球体的后续插入同时进行。然而，本领域技术人员应容易地理解，对于本发明的实现，分离球体的数量和形状并不重要。
尽管上述示例的各分离面彼此摩擦接合(即，其间有很小间隙或没有间隙)，但可以想到也可以有间隙。本领域技术人员可容易理解，在分离面之间有没有间隙对于实现本发明并不重要。然而，如果存在实质上的间隙，则与上述不对齐相关联的问题就更加复杂，从而本发明的益处就更加明显。令人满意地，通过插入到组合球体中的衬套，在提供给轴外表面的表面中没有出现裂痕或裂缝，因此在轴和衬套表面之间的任何润滑剂都不会在组合球体的裂痕或裂缝之间损失。
使用在说明书和权利要求书中的术语“包括”及其变体意思是包括该特定的特征、步骤或整数。该术语不应解释为排除其它特征、步骤或元件的存在。
公开在上述说明书或所附权利要求书或附图中、以其具体形式或以用于实现所公开功能的装置的术语、或用于达到所公开结果的方法或过程而表达的特征，如适用地，可单独或以这些特征的任意组合形式用于以不同的形式实现本发明。

Claims (19)

1、一种球面轴承装置，包括：
轴承座；
多个分离球体部分，它们一起设在轴承座内以形成具有球面支承表面的组合球体，该组合球体具有穿过其中的孔，该孔具有中心轴线；以及
衬套，其以非干涉配合的方式固定在组合球体的孔中，该衬套在各个轴向端处具有一止挡部。
2、如权利要求1所述的球面轴承装置，其特征在于，在所述多个分离球体部分之间没有分离。
3、如权利要求1所述的球面轴承装置，其特征在于，在所述多个分离球体部分之间有分离。
4、如上述任一项权利要求所述的球面轴承装置，其特征在于，该衬套固定在组合球体的孔中，以防止衬套在孔中轴向移动。
5、如上述任一项权利要求所述的球面轴承装置，其特征在于，至少一个止挡部在衬套的接近该衬套的轴向端的外表面上包括螺纹部，相应螺母与该螺纹部接合。
6、如权利要求5所述的球面轴承装置，其特征在于，在相应的螺母和螺纹部之间的运动被锁定。
7、如权利要求6所述的球面轴承装置，其特征在于，该螺母通过一销而锁定在该螺纹部上，该销插入在螺母和螺纹部界面处的孔中。
8、如上述任一项权利要求所述的球面轴承装置，其特征在于，至少一个或另一个止挡部是凸缘。
9、如上述任一项权利要求所述的球面轴承装置，其特征在于，所述分离球体部分基本上彼此相同。
10、如上述任一项权利要求所述的球面轴承装置，其特征在于，有两个分离球体部分。
11、如上述任一项权利要求所述的球面轴承装置，其特征在于，该衬套的材料预选为与组合球体的材料不同。
12、如权利要求11所述的球面轴承装置，其特征在于，一轴插入到该衬套中，且该衬套的材料预选为在衬套和该轴之间提供希望的磨损特性。
13、如上述任一项权利要求所述的球面轴承装置，其特征在于，该衬套的材料为铜或铜合金。
14、如上述任一项权利要求所述的球面轴承装置，其特征在于，该组合球体的材料为钛或钛合金。
15、如上述任一项权利要求所述的球面轴承装置，其特征在于，该轴承座设有至少一个凸耳，以将该轴承座固定到另一个物体上。
16、一种组装球面轴承装置的方法，该装置包括：轴承座；多个分离球体部分；以及衬套，该衬套在各轴向端处具有一止挡部，该方法包括以下步骤：
将所述多个分离球体部分插入到该轴承座中，以限定具有穿过其中的孔的组合球体；以及
将该衬套以非干涉配合的方式固定到组合球体的孔中。
17、如权利要求16所述的组装球面轴承装置的方法，其特征在于，在将衬套固定到孔中之前，将所述多个分离球体部分顺序插入轴承座中。
18、一种球面轴承装置，其基本上如前面参考图6到图8所描述并如图6到图8所示。
19、一种组装基本上如前面参考图6到图8所描述并如图6到图8所示的球面轴承装置的方法。
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