ES2340281T3 - Procedimiento de fabricacion de un rodamiento esferico. - Google Patents

Procedimiento de fabricacion de un rodamiento esferico. Download PDF

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Tomozumi Murata
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Abstract

Un procedimiento de fabricación de un cojinete esférico que comprende un miembro interno que tiene una porción (10) de bola metálica, y un miembro externo que tiene una porción (20) de soporte de la bola que rodea y soporta la porción (10) de bola del miembro interno y está conectado de forma oscilante o giratoria con respecto al miembro interno, comprendiendo el procedimiento las etapas de: llevar a cabo un moldeo por inyección, siendo insertada la porción (10) de bola del miembro interno en un molde como un núcleo, para moldear un revestimiento (3) de resina que cubra la porción (10) de bola; caracterizado por moldear por medio de fundición el miembro externo que cubre el revestimiento (3) de resina y que no está en contacto con la porción (10) de bola, estando la porción (10) de bola y el revestimiento (3) de resina insertados en el molde como un núcleo; y calentar el revestimiento (3) de resina cubriendo la porción (10) de bola a través de la porción (10) de bola del miembro interno después de la finalización del moldeo.

Description

Procedimiento de fabricación de un rodamiento esférico.
Campo técnico
La presente invención versa acerca de un rodamiento esférico, con las características del preámbulo de la reivindicación 1, en el que un miembro interno tiene una porción de bola que sirve como un centro de la oscilación de un mecanismo articulado y un miembro externo que rodea y retiene el mismo están acoplados de forma oscilante y girable entre sí, y que se utiliza principalmente para un mecanismo de movimiento articulado o similar en una pieza de un brazo de la suspensión y una pieza de dirección de un automóvil, una pieza de accionamiento de cuchillas de una máquina combinada, o similar.
Técnica antecedente
En general, los rodamientos esféricos conocidos de este tipo incluyen rodamientos que están equipados con un miembro interno que tiene una porción de bola y un miembro externo que rodea y retiene la porción de bola del miembro interno para acoplarse con el miembro interno, de forma que pueda oscilar o girar con respecto al miembro interno. El miembro externo debe rodear y retener de forma no soltable la porción de bola contra cualquier carga que actúe sobre el miembro interno. Por lo tanto, con tal rodamiento esférico, sigue existiendo el problema de qué tipo de estructura utilizar para rodear la porción de bola en el miembro externo y para mantener los movimientos libres de oscilación y de giro del miembro interno y del miembro externo.
Se proporciona una estructura conocida utilizada convencionalmente para un rodamiento esférico al preparar un receptáculo metálico como el miembro externo que tiene un hueco mayor que el diámetro de una porción de bola y encajar a presión la porción de bola que constituye el miembro interno rodeado por una lámina autolubricante de resina en el receptáculo (documentos JP A-57-79320, JP-A-63-188230 U, JP-A-05-26225, JP-A-07-190066, etc.). En este rodamiento esférico, dado que la lámina de resina que rodea una porción de bola está comprimida entre la porción de bola y el receptáculo que va a ser sometido a una deformación elástica, se elimina cualquier hueco entre la porción de bola y la lámina de resina para permitir que la porción de bola gire en el receptáculo sin traqueteo. Además, dado que la porción de bola únicamente se encuentra en contacto deslizante con la lámina de resina, no existe posibilidad de que haya problemas como un desgaste desigual de la porción de bola incluso cuando se utiliza el cojinete esférico durante mucho tiempo.
Sin embargo, un miembro externo de este tipo, en el que una lámina de resina está intercalada entre una porción de bola y un receptáculo, tiene problemas incluyendo la dificultad para conseguir un movimiento suave y ligero de un mecanismo articulado que está configurado utilizando el cojinete esférico porque la lámina de resina que está en contacto con la porción de bola en un estado comprimido hace que el movimiento de la porción de bola sea algo pesado. Otro problema surge porque es probable que la lámina de resina se desgaste cuando se utiliza durante un cierto periodo de tiempo debido a que la lámina de resina está en contacto con la superficie esférica de la porción de bola bajo una presión y porque es probable que el proceso de dicho desgaste provoque un traqueteo entre el miembro externo y la porción de bola. Además, aún otro problema surge porque es probable que la porción de bola se salga del miembro externo cuando se aplica una carga pesada sobre el cojinete esférico debido a que la lámina de resina se deforma elásticamente bajo tal carga pesada.
Por otra parte, se conoce otra estructura para un cojinete esférico en la que un miembro externo está moldeado utilizando una porción de bola como un núcleo para rodear directamente la porción de bola en el miembro externo (documento JP-A-48-019940). En este cojinete esférico, la porción de bola está cubierta en primer lugar con un revestimiento de resina (con un grosor de aproximadamente 0,5 mm) con un coeficiente reducido de fricción formado de fluororresina o similar, y se coloca en el molde junto con el revestimiento de resina, antes de que se forme el miembro externo mediante fundición a presión de una aleación de cinc o una aleación de aluminio, rodeando y reteniendo el miembro externo moldeado la porción de bola mediante la intermediación del revestimiento de resina. En esta construcción, es posible sellar la porción de bola en el miembro externo, eliminándose por completo los huecos entre la porción de bola, el revestimiento de resina, y el miembro externo; además, al seleccionar un material autolubricante para el revestimiento de resina, es posible, de forma ventajosa, utilizar el cojinete esférico bajo una condición sin lubricación.
Sin embargo, cuando el miembro externo está moldeado a presión de esta manera utilizando la porción de bola cubierta con el revestimiento de resina como el núcleo, el miembro externo después del moldeo desarrolla una contracción en moldeo, y aprieta la porción de bola por medio del revestimiento de resina. Por lo tanto, ha sido imposible girar libremente la porción de bola con respecto al miembro externo y el revestimiento de resina únicamente al moldear el miembro externo.
En vista de esto, el cojinete esférico como se da a conocer en el documento JP-A-48-19940, después de la fundición a presión del miembro externo, se aplica una fuerza externa sobre el miembro externo o sobre la porción de bola para hacer que el miembro externo sufra una deformación plástica, por lo que se forma un hueco minúsculo entre la porción de bola y el revestimiento de resina, obteniendo de ese modo un giro libre de la porción de bola.
Sin embargo, para formar un hueco de un tamaño apropiado entre la porción de bola y el revestimiento de resina, es bastante difícil ajustar la fuerza externa que va a ser aplicada sobre el miembro externo o sobre la porción de bola. Es decir, cuando la fuerza externa es demasiado pequeña, no se puede formar un hueco suficiente, y la porción de bola y el miembro externo permanecen en contacto estrecho entre sí, lo que tiene como resultado que el movimiento de la porción de bola con respecto al miembro externo es bastante pesado; por otra parte, cuando la fuerza externa es excesivamente grande, el hueco se vuelve demasiado grande, lo que tiene como resultado que la porción de bola traquetea con respecto al miembro externo. Además, incluso un ligero traqueteo entre la porción de bola y el revestimiento de resina tiene como resultado un aumento del hueco entre la porción de bola y el revestimiento de resina debido a un uso prolongado; por lo tanto, cuando, por ejemplo, se utiliza el cojinete en un mecanismo articulado, será imposible efectuar una transmisión precisa del movimiento o de la fuerza entre el miembro interno y el miembro externo.
Además, en un cojinete esférico de este tipo, para evitar un movimiento oscilante involuntario del miembro interno con respecto al miembro externo debido a la acción de una vibración ligera o similar, sería conveniente si fuese posible ajustar hasta cierto límite la ligereza del movimiento del miembro interno con respecto al miembro externo, es decir, la precarga, conforme al uso. Sin embargo, en el procedimiento en el que se forma un hueco entre el revestimiento de resina y la porción de bola por medio de una deformación plástica del miembro externo, es difícil efectuar un ajuste preciso sobre el tamaño de este hueco, lo que significa que es difícil ajustar de forma intencional la fuerza con la que el revestimiento de resina aprieta la porción de bola, es decir, la precarga.
El documento US 2002/0112351 A1 da a conocer un procedimiento de fabricación de cojinetes deslizantes. Un cojinete esférico comprende un miembro interno que tiene una porción de bola metálica, y un miembro externo que tiene una porción de soporte de bola que rodea y soporta la porción de bola del miembro interno. Se lleva a cabo un moldeo por inyección con la porción de bola del miembro interno como un núcleo insertado en un molde, para moldear un revestimiento de resina que cubre la porción de bola.
Revelación de la invención
La presente invención se ha realizado en vista del anterior problema. Es un objetivo de la presente invención proporcionar un procedimiento de fabricación de un cojinete esférico que permita de forma sencilla un giro suave de la porción de bola con respecto al miembro externo después de moldeo y que haga posible eliminar por completo el hueco entre la porción de bola y el revestimiento de resina, haciendo que sea posible mantener un contacto deslizante satisfactorio entre la porción de bola y el revestimiento de resina durante un periodo prolongado de tiempo.
Para conseguir el anterior objetivo, la presente invención proporciona un procedimiento de fabricación de un cojinete esférico conforme a la reivindicación 1 en el que se inserta una porción de bola metálica que constituye el miembro interno en un molde como un núcleo antes de llevar a cabo un moldeo por inyección para formar un revestimiento de resina que cubra la porción de bola. Este revestimiento de resina está moldeado utilizando la porción de bola como el núcleo, de forma que no exista hueco entre el revestimiento de resina y la superficie esférica de la porción de bola, y se transfiere la superficie esférica de la porción de bola, tal como está, al revestimiento de resina. Por lo tanto, al utilizar una bola de acero de rodamiento de esfericidad elevada como la porción de bola, es posible formar una superficie de deslizamiento satisfactorio similar a una superficie especular en el revestimiento de resina, lo que hace posible poner esta superficie de deslizamiento en contacto estrecho con la porción de bola. Además, al moldear el revestimiento de resina de forma que se cubra el ecuador de la porción de bola, es posible evitar que se separe el revestimiento de resina después de su moldeo de la porción de bola. En consecuencia, es posible entregar la porción de bola y el revestimiento de resina como una unidad integral en los subsiguientes procedimientos de fabricación.
A continuación, se inserta la porción de bola con el revestimiento de resina fijado a la misma en el molde como un núcleo, y se moldea el miembro externo que cubre el revestimiento de resina desde el exterior. Desde el punto de vista de mejorar la precisión dimensional del cojinete esférico fabricado, el moldeo es preferentemente un moldeo por compresión; además, desde el punto de vista de una producción a gran escala, es preferente la fundición a presión, que permite un ajuste de duración breve del ciclo. Los ejemplos de la aleación que puede ser utilizada para el moldeo incluyen aleación de cinc, aleación de aluminio, aleación de magnesio, y aleación de titanio; en el caso de que se utilice un cojinete esférico en una pieza en contacto con el suelo tal como una estructura de suspensión de un automóvil, es deseable
utilizar una aleación de aluminio, una aleación de magnesio, etc., desde el punto de vista de una reducción del peso.
Después de que se moldea de esta manera el miembro externo, el revestimiento de resina aprieta la porción de bola, y es difícil que la porción de bola gire libremente con respecto al revestimiento de resina. Es decir, dado que el revestimiento de resina está fijado a la porción de bola mediante moldeo por inyección utilizando la porción de bola como un núcleo, el revestimiento de resina aprieta la porción de bola debido a la contracción que se produce después del moldeo por inyección; además, dado que el miembro externo también sufre una contracción en moldeo después del moldeo, el miembro externo aprieta el revestimiento de resina hacia la porción de bola, con el resultado de que la porción de bola se encuentra excesivamente en contacto de presión con el revestimiento de resina. Por lo tanto, después del moldeo del miembro externo, se dificulta el giro de la porción de bola con respecto al revestimiento de resina.
Por lo tanto, en el procedimiento de la presente invención, después del moldeo del miembro externo, se calienta el revestimiento de resina que cubre la porción de bola por medio de la porción de bola del miembro interno. El revestimiento de resina rodea la porción de bola, y está en contacto estrecho con la misma, de forma que, cuando se calienta la porción de bola, se conduce la energía térmica al revestimiento de resina, y también se calienta el revestimiento de resina hasta cierto grado. En este momento, cuando el revestimiento de resina experimenta un aumento de la temperatura, y se calienta hasta una temperatura cercana a la temperatura de transición del estado vítreo Tg, se reduce gradualmente la resistencia mecánica del revestimiento de resina, tal como el módulo de flexión, de forma que el revestimiento de resina se vuelve fácilmente deformable en conformidad con el tamaño de la porción de bola; cuando se enfría el revestimiento de resina después de este calentamiento, se reduce la fuerza de apriete del revestimiento de resina con respecto a la porción de bola. Además, dado que la porción calentada de bola se expande, también ocurres que la porción de bola expande el revestimiento de resina, que también contribuye a la tendencia de reducir la fuerza de apriete del revestimiento de resina después del enfriamiento de la porción de bola.
En consecuencia, al calentar de esta manera el revestimiento de resina a través de la porción de bola después del moldeo del miembro externo, es posible mitigar la fuerza con la que el revestimiento de resina aprieta la porción de bola, permitiendo que la porción de bola gire suavemente con respecto al revestimiento de resina. Por lo tanto, en este procedimiento, la porción de bola se vuelve girable con respecto al revestimiento de resina. Sin embargo, dado que no se forma ningún hueco entre los dos, es posible eliminar por completo el traqueteo de la porción de bola con respecto al miembro externo, haciendo de esta manera que sea posible efectuar la transmisión de la carga y la transmisión del movimiento con una precisión elevada entre el miembro externo y el miembro interno incluso en el caso de un uso prolongado. Además, dado que es posible llevar a cabo un giro suave de la porción de bola únicamente mediante el calentamiento de la porción de bola después del moldeo del miembro externo, se puede ejecutar el procedimiento de forma muy sencilla, haciendo que sea posible afrontar fácilmente la automatización de cada procedimiento de fabricación y de producción a gran escala.
Por otra parte, al calentar el revestimiento de resina a través de la porción de bola en el procedimiento final, solo es necesario calentar la porción de bola, también es posible aplicar una fuerza externa sobre la porción de bola, aplastando la porción de bola en un intervalo de deformación elástica. Al presionar de esta manera la porción de bola de forma simultánea con el calentamiento del revestimiento de resina y aplastando la porción de bola, la bola deformada elásticamente actúa de forma que presiona el revestimiento de resina hacia el miembro externo, de forma que se mejora el efecto de expandir el revestimiento de resina, haciendo posible reducir de forma más eficaz la fuerza con la que se aprieta la porción de bola por medio del revestimiento de resina.
Los ejemplos del material del revestimiento de resina que se pueden utilizar en el procedimiento de la presente invención incluyen polieteretercetona, polietercetona, poliimida, poliamidaimida, polieterimida, polietercetonacetona, policetona, polietersulfona, polímero de cristal líquido, polialiletercetona, sulfuro de polifenileno, fluororresina y poliamida. Además, la temperatura de calentamiento del revestimiento de resina en el procedimiento final está determinada mediante la relación entre la misma y el material seleccionado; desde el punto de vista de suprimir la fuerza con la que se aprieta la porción de bola por medio del revestimiento de resina, es deseable calentar el revestimiento de resina hasta una temperatura superior a la temperatura de transición del estado vítreo del material seleccionado.
Además, con respecto al procedimiento de calentar el revestimiento de resina a través de la porción de bola, es posible proporcionar un procedimiento para calentar la porción de bola adicionalmente después de moldear el miembro externo; cuando, por ejemplo, se debe completar el miembro interno mediante la unión de un vástago a la porción de bola después de moldear el miembro externo, se puede unir el vástago a la porción de bola mediante soldadura por resistencia eléctrica, y se puede calentar el revestimiento de resina al utilizar la generación de calor en el momento de la soldadura tal cual, ejecutando de esta manera la supresión de la fuerza de apriete para el revestimiento de resina y la unión del vástago a la porción de bola por medio de un único procedimiento.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es una vista frontal de corte transversal de un cojinete esférico conforme a una primera realización fabricado mediante el procedimiento de la presente invención.
La Fig. 2 es una vista frontal de una porción de bola con un revestimiento de resina fijado a la misma en el procedimiento de la fabricación de un cojinete esférico conforme a la primera realización.
La Fig. 3 es una vista de corte transversal que muestra cómo se moldea un soporte utilizado la porción de bola como un núcleo en el procedimiento de fabricación de un cojinete esférico conforme a la primera realización.
La Fig. 4 es una vista frontal de corte transversal del soporte moldeado en el procedimiento de fabricación de un cojinete esférico conforme a la primera realización.
La Fig. 5 es una vista frontal de corte transversal que muestra cómo se suelda un vástago a la porción de bola rodeada por el soporte en el procedimiento de fabricación de un cojinete esférico conforme a la primera realización.
La Fig. 6 es una vista frontal de corte transversal de un estado después de la soldadura del vástago a la porción de bola en el procedimiento de fabricación de un cojinete esférico conforme a la primera realización.
La Fig. 7(a) es un diagrama que muestra la fuerza de apriete actuando sobre la bola después del moldeo por inyección del revestimiento de resina.
La Fig. 7(b) es un diagrama que muestra la fuerza de apriete actuando sobre la porción de bola después del moldeo del soporte.
La Fig. 7(c) es un diagrama que muestra la etapa de la supresión de la fuerza de apriete.
La Fig. 8 es una vista frontal de corte transversal de un cojinete esférico conforme a una segunda realización fabricado mediante el procedimiento de la presente invención.
La Fig. 9 es una vista frontal de corte transversal que muestra la etapa de calentar el anillo interno después del moldeo del anillo externo en el procedimiento de fabricación de un cojinete esférico conforme a la segunda realización.
Descripción de los números de referencia
1... vástago de la bola (miembro interno), 2... soporte (miembro externo), 3... revestimiento de resina, 10... porción de bola, 20... porción de soporte de la bola.
Mejor modo para llevar a cabo la invención
A continuación, se describirá en detalle el cojinete esférico de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos.
La Fig. 1 muestra un cojinete esférico conforme a la primera realización a la que se aplica la presente invención. Este cojinete esférico está compuesto de un vástago 1 de la bola que constituye un miembro interno con una porción de bola en el extremo distal del mismo, y un soporte 2 que constituye un miembro externo que tiene una porción 20 de soporte de la bola que rodea una porción 10 de bola del vástago 1 de la bola, estando conectados el vástago 1 de la bola y el soporte 2 entre sí de forma oscilante o girable.
El vástago 1 de la bola está formado mediante la soldadura de un vástago 11 con forma de barra con una bola de acero de rodamiento de esfericidad elevada que constituye la porción 10 de bola, y en la parte inferior del vástago 11, hay formada una superficie hexagonal 12 del cojinete para fijar un miembro que va a ser montado, tal como una articulación. Además, hay formado un tornillo 13 en la porción extrema distal del vástago 11, y al acoplar de forma roscada una tuerca con este tornillo 13, se puede retener y fijar el miembro que va a ser montado entre la tuerca y la superficie hexagonal 12 del cojinete.
Por otra parte, el soporte 2 está equipado con la porción 20 de soporte de la bola que rodea y retiene la porción 10 de bola del vástago 1 de la bola, y una porción 21 de fijación para conectar la porción 20 de soporte de la bola con la articulación. La porción 20 de soporte de la bola y la porción 21 de fijación están formadas integralmente mediante la fundición a presión de aleación de aluminio o de aleación de cinc. Hay incorporado un revestimiento anular 3 de resina en la porción 20 de soporte de la bola, de forma que rodea y retiene la superficie esférica de la porción 10 de bola, y la porción 10 de bola del vástago 1 de la bola únicamente está en contacto con el revestimiento 3 de resina. El revestimiento 3 de resina tiene un grosor de aproximadamente 1 mm, y cubre aproximadamente 2/3 de la superficie esférica de la porción 10 de bola incluyendo el ecuador, y en el lado interno del revestimiento 3 de resina, hay formada una superficie cóncava-esférica 30 de contacto deslizante sustancialmente en conformidad con la superficie esférica de la porción 10 de bola. Como resultado, el vástago 1 de la bola puede oscilar o girar libremente con respecto al soporte 2 utilizando la porción 10 de bola como el centro de oscilación. Aunque se omite en la Fig. 1, hay formada una tuerca en la porción 21 de fijación, que permite la conexión, por ejemplo, con un tornillo formado en el extremo distal de una varilla o de la articulación que constituye la articulación.
Además, en la porción 20 de soporte de la bola del soporte 2, hay formado un par de aberturas 22, 23 que exponen la porción 10 de bola en direcciones opuestas; el vástago 11 está unido a la porción 10 de bola por medio de una abertura 22, mientras que hay montado un miembro 24 de cubierta en la otra abertura 23, y el lado interno del miembro 24 de cubierta constituye un sumidero 25. Entre los bordes periféricos de las aberturas 22, 23 y la porción 10 de bola, hay expuesta una parte del revestimiento 3 de resina, y la aleación que forma la porción 20 de soporte de la bola no está en contacto directo con la porción 10 de bola. Además, los bordes periféricos de las aberturas 22, 23 se solapan con las superficies extremas del revestimiento 3 de resina, y la porción 20 de soporte de la bola retiene firmemente el revestimiento 3 de resina.
El diámetro interno de cada una de las aberturas 22, 23 formadas en la porción 20 de soporte de la bola del soporte 2 es ligeramente menor que el diámetro de la porción 10 de bola del vástago 1 de la bola. Como se ha indicado anteriormente, el revestimiento 3 de resina cubre aproximadamente 2/3 de la superficie esférica de la porción 10 de bola incluyendo el ecuador, y el revestimiento 3 de resina está retenido por la porción 20 de soporte de la bola, de forma que no debería haber peligro de que la porción 10 de bola se desprenda de la porción 20 de soporte de la bola del soporte 2. Sin embargo, cuando se aplica una carga axial excesiva sobre el vástago 1 de la bola, se debe imaginar que se aplasta el revestimiento 3 de resina, lo que permite que se desprenda la porción 10 de bola de la porción 20 de soporte de la bola. En vista de esto, para que la porción 10 de bola no se desprenda de la porción 20 de soporte de la bola incluso si se aplasta el revestimiento 3 de resina, se hace el diámetro interno de cada una de las aberturas 22, 23 ligeramente menor que el diámetro de la porción 10 de bola.
Además, entre el borde periférico externo del soporte 2 y el vástago 11 del vástago 1 de la bola, hay montado una bota cubrepolvo 4, que evita la intrusión de polvo, suciedad, etc. en el hueco entre la porción 10 de bola del vástago 1 de la bola y la porción 20 de soporte de la bola del soporte 2; además, hay formado una cámara 40 de junta que acomoda lubricante tal como grasa. Aquí, una porción lateral extrema 41 del vástago 1 de la bola de la bota cubrepolvo 4 está en contacto estrecho con el vástago 11 debido a su elasticidad, y se retiene una porción lateral extrema 42 del soporte del mismo entre el borde periférico externo del soporte 2 y un anillo de fijación, de forma que no se desprende la bota cubrepolvo 4 por medio de un movimiento oscilante o de giro del vástago 1 de la bola.
A continuación, se describirá específicamente un procedimiento de fabricación del cojinete esférico conforme a esta realización.
El soporte 2 del cojinete esférico de esta realización está fabricado mediante un procedimiento de fundición a presión en el que se inserta la porción 10 de bola del vástago 1 de la bola en el molde de fundición como un núcleo. Por lo tanto, al incorporar el revestimiento 3 de resina en la porción 20 de soporte de la bola, es necesario, en primer lugar, fijar el revestimiento 3 de resina a la bola de acero de rodamiento que constituye la porción 10 de bola. La Fig. 2 es una vista frontal del revestimiento 3 de resina según está fijado a la bola de acero. El revestimiento 3 de resina está formado como un anillo que tiene un diámetro interno en conformidad con el diámetro externo de la porción 10 de bola, y está fijado a la porción 10 de bola de forma que cubra el ecuador de la porción 10 de bola. Como el material del revestimiento 3 de resina, se utiliza una polieteretercetona que exhibe una temperatura de transición del estado vítreo de 151ºC y una temperatura de fusión de 343ºC (fabricada por Victrex bajo el nombre comercial de PEEK) y está formada en un grosor de aproximadamente 1,0 mm.
El revestimiento 3 de resina está fabricado mediante moldeo por inyección, en el que se inserta la porción 10 de bola en un molde como un núcleo, y está fijado tal cual a la porción de bola. Es decir, se efectúa el moldeo por inyección de la resina sintética, siendo insertada en el molde la bola de acero que constituye la porción 10 de bola, llevando a cabo de esta manera el moldeo del revestimiento 3 de resina y la fijación del mismo a la porción 10 de bola mediante un único procedimiento. Al moldear de esta manera el revestimiento 3 de resina, se puede ahorrar el trabajo de fijación de la porción 10 de bola; además, la superficie periférica interna del revestimiento 3 de resina está sustancialmente en conformidad con la superficie esférica de la porción 10 de bola, haciendo que sea posible fijar de forma fiable el revestimiento 3 de resina con respecto a la porción 10 de bola.
A continuación, se moldea a presión el soporte 2. Como se muestra en la Fig. 3, en este moldeo a presión, se inserta como un núcleo la porción 10 de bola con el revestimiento 3 de resina fijado a la misma en el anterior procedimiento en un molde dividido en moldes superior e inferior 5, 6, y, en este estado, se fuerza una aleación fundida de aluminio o aleación fundida de cinc a entrar en una cavidad 7 del molde. En este momento, se retiene la porción 10 de bola insertada entre asientos cilíndricos 50, 60 de soporte formados en los moldes 5, 6, por lo que se evita la desviación posicional en el molde. Además, los asientos 50, 60 de soporte retenido desde arriba y desde abajo no solo la porción 10 de bola sino también el revestimiento 3 de resina, por lo que se fija el revestimiento 3 de resina en posición en la cavidad 7 mientras que está fijado a la porción 10 de bola, y se cubre con la aleación vertida en la cavidad 7 exceptuando la superficie periférica interna del mismo en contacto con la porción 10 de bola.
Como resultado, como se muestra en la Fig. 4, se moldea el soporte 2 con la porción 10 de bola rodeado por la aleación. En las posiciones del soporte moldeado 2 correspondientes a los asientos 50, 60 de soporte de los moldes 5, 6, se forman las aberturas 22, 23, y la porción 10 de bola está expuesta únicamente a través de las aberturas 22, 23. Además, se incorpora el revestimiento 3 de resina, que ha sido fijado a la porción 10 de bola, en la porción moldeada 20 de soporte de la bola, y se fija firmemente a la porción 20 de soporte de la bola. Dado que se retiene el revestimiento de resina desde arriba y desde abajo de los asientos 50, 60 de soporte de los moldes 5, 6, la porción moldeada 20 a presión de soporte de la bola no está en contacto con la porción 10 de bola. Además, la porción moldeada 20 a presión de soporte de la bola se solapa con una parte de las superficies extremas del revestimiento 3 de resina, y la porción 20 de soporte de la bola retiene el revestimiento 3 de resina. Como resultado, el revestimiento 3 de resina está integrado firmemente en la porción 20 de soporte de la bola.
Cuando se utiliza la aleación de cinc como el material del soporte 2 la temperatura de moldeo no es inferior a 40ºC, y cuando se utiliza la aleación de aluminio la temperatura de moldeo no es inferior a 600ºC. Por lo tanto, estas temperaturas de moldeo son mucho mayores que la temperatura de termorresistencia del revestimiento 3 de resina, de forma que se debe suponer que el revestimiento 3 de resina, que es tan delgado como aproximadamente 1 mm, sería carbonizado durante el moldeo del soporte 2 bajo circunstancias normales. Sin embargo, en un procedimiento de fabricación que utiliza tal procedimiento de fundición a presión, la porción 10 de bola tiene una capacidad térmica mucho mayor que la del revestimiento 3 de resina, de forma que la porción 10 de bola sirve para absorber la energía térmica que entra en el revestimiento 3 de resina de la aleación fundida de moldeo, evitando de esta manera la carbonización del revestimiento 3 de resina. Por lo tanto, mientras que la cara periférica externa del revestimiento 3 de resina, que está en contacto con la porción 20 de soporte de la bola, se agarrota en la porción 20 de soporte de la bola, la cara periférica interna del mismo, que está en contacto con la porción 10 de bola, permanece intacta sin sufrir una carbonización y forma una superficie de deslizamiento que da a la porción 10 de bola. Además, en la fundición a presión, se vierte rápidamente la aleación fundida de moldeo en la cavidad 7 bajo presión elevada, y el tiempo del ciclo desde el vertido de la aleación fundida a la extracción del soporte 2 es de tan solo 5 a 10 segundos. Por lo tanto, se debe suponer que esto también ayuda a evitar la carbonización del revestimiento 9 de resina durante el moldeo del soporte 2. Sin embargo, desde el punto de vista de la protección fiable de la superficie 30 de contacto deslizante que da a la porción 10 de bola del revestimiento 3 de resina, es deseable enfriar con agua inmediatamente el soporte 2 extraído de los moldes 5, 6 después de la fundición a presión, y eliminar el calor residual en el soporte 2 después de la fundición a presión.
A continuación, se suelda el vástago 11 a la porción 10 de bola rodeada por la porción 20 de soporte de la bola del soporte 2. Para esta soldadura, se adopta una soldadura por proyección; como se muestra en la Fig. 5, se pone la superficie extrema del vástago 11 en contacto de presión, con una fuerza F predeterminada, con la superficie esférica de la porción 10 de bola expuesta a través de la abertura 22 de la porción 20 de soporte de la bola, y al mismo tiempo, se pone un electrodo 8 en contacto con la superficie esférica de la porción 10 de bola expuesta a través de la abertura 23, y se suministra una corriente de soldadura al vástago 11 y al electrodo 8 para su energización. Cuando existe una gran resistencia de energización entre el electrodo 8 y la porción 10 de bola, se funde la porción de la porción 10 de bola en contacto con el electrodo, de forma que el electrodo 8 tiene un asiento cóncavo 80 en conformidad con la superficie esférica de la porción 10 de bola para un contacto estrecho de la cara con la superficie esférica de la porción 10 de bola. Cuando el diámetro de la bola es de 15,875 mm y el diámetro de la porción distal del vástago es de 10 mm, la fuerza F con la que se presiona el vástago 11 contra la porción 10 de bola es de aproximadamente 5880 N.
Cuando se ha completado esta soldadura por proyección, se ha completado el vástago 1 de la bola por el que está rodeada la porción 10 de bola en la porción 20 de soporte de la bola del soporte 2.
La soldadura del vástago 11 a la porción 10 de bola también proporciona el efecto de suprimir la fuerza con la que el revestimiento 3 de resina aprieta la porción 10 de bola. En el procedimiento de fabricación de la presente invención, el revestimiento 3 de resina está fijado en primer lugar a la porción 10 de bola mediante moldeo por inyección; después de la finalización del moldeo por inyección, el revestimiento 3 de resina se contrae, de forma que, como se muestra en la Fig. 7(a), se coloca la bola en un estado en el que es apretada por el revestimiento 3 de resina, actuando el esfuerzo de tracción sobre el revestimiento de resina a lo largo de la superficie esférica de la porción de bola. Además, cuando se moldea el soporte 2 mediante fundición a presión, debido a la contracción (contracción en moldeo) después del moldeo, se consigue un estado en el que, como se muestra en la Fig. 7(b), el soporte 2 aprieta la porción 10 de bola desde el lado externo del revestimiento 3 de resina. Por lo tanto, después del moldeo del soporte 2, se aprieta fuertemente la porción 10 de bola por medio del revestimiento 3 de resina, y si se permite que persista este estado, es imposible girar la porción 10 de bola con respecto al revestimiento 3 de resina y a la porción 20 de soporte de la bola del soporte 2, e incluso si es posible el giro, el movimiento no puede ser sino muy pesado.
Sin embargo, como se muestra en la Fig. 7(c), al calentar la porción 10 de bola después del moldeo del soporte 2, cuando la temperatura del revestimiento 3 de resina, que está en contacto con la porción 10 de bola, se eleva hasta un nivel no inferior a la temperatura de transición del estado vítreo Tg, los valores de la propiedad física del propio material de resina que forma el revestimiento 3 de resina comienza a cambiar, y el módulo de flexión, el coeficiente de cortadura, etc. disminuyen gradualmente, de forma que sea posible deformar el revestimiento 3 de resina en conformidad con el tamaño de la porción 10 de bola. En este momento, la propia porción 10 de bola experimenta una expansión térmica, y su diámetro se vuelve ligeramente mayor que a temperatura ambiente, de forma que la porción 10 de bola se abomba ligeramente para expandir el revestimiento 3 de resina. Como resultado, se reduce o se suprime la fuerza con la que el revestimiento 3 de resina aprieta la porción 10 de bola, permitiendo que la porción 10 de bola gire libremente con respecto al revestimiento 3 de resina.
Cuando se suelda el vástago 11 a la porción 10 de bola, se calienta la porción de soldadura hasta una temperatura de aproximadamente 1200ºC, y el revestimiento 3 de resina, que se encuentra en contacto con la porción 10 de bola, también se calienta hasta una temperatura no inferior a la temperatura de transición del estado vítreo Tg. Por lo tanto, cuando se suelda el vástago 11 a la porción 10 de bola después del moldeo del soporte 2, el revestimiento 3 de resina, que ha estado apretando la porción 10 de bola, sufre una deformación en conformidad con la porción 10 de bola, haciendo que sea posible reducir o suprimir la fuerza con la que el revestimiento 3 de resina ha estado apretando la porción 10 de bola. Es decir, en el procedimiento de fabricación descrito anteriormente, se suelda el vástago 11 a la porción 10 de bola, por lo que la porción 10 de bola puede girar libremente con respecto al revestimiento 3 de resina integrado con la porción 20 de soporte de la bola del soporte 2.
En este momento, aunque la porción 10 de bola y el revestimiento 3 de resina se encuentran en contacto estrecho el uno con el otro, se encuentran en un estaco ideal de contacto que no supone ninguna generación de esfuerzo, de forma que el vástago 1 de la bola puede llevar a cabo un movimiento oscilante en torno a la porción 10 de bola o un movimiento de giro en torno al eje del vástago 11 de forma muy suave con respecto al soporte 2. Además, dado que el hueco entre el revestimiento 3 de resina y la porción 10 de bola ha sido eliminado por completo, el vástago 1 de la bola no traquetea con respecto al soporte 2, haciendo que sea posible mantener suficientemente el rendimiento incluso en el caso de un uso prolongado.
Además, en la etapa de soldadura por proyección el vástago 11 con la porción 10 de bola, se retiene el vástago 11 en contacto de presión con la porción 10 de bola con una fuerza F de presión, que también resulta ser ventajoso para reducir o suprimir la fuerza de apriete del revestimiento de resina. Es decir, la porción 10 de bola se aplasta ligeramente mediante la fuerza F que presiona entre el vástago 11 y el electrodo 8, y durante la soldadura, el diámetro del mismo en la dirección perpendicular a la dirección de la presión aumenta ligeramente. Por lo tanto, la propia porción 10 de bola funciona para presionar el revestimiento 3 de resina, que se calienta hasta una temperatura no inferior a la temperatura de transición del estado vítreo Tg, contra la porción 20 de soporte de la bola del soporte 2, promoviendo de esta manera la deformación del revestimiento 3 de resina. Por lo tanto, al presionar la porción 10 de bola de forma simultánea con el calentamiento de la porción 10 de bola, es posible reducir o suprimir de forma más eficaz la fuerza con la que el revestimiento 3 de resina aprieta la porción 10 de bola, permitiendo que la porción 10 de bola gire libremente con respecto al revestimiento 3 de resina, y por extensión, permitiendo que el vástago 1 de la bola oscile suavemente con respecto al soporte 2.
Entonces, finalmente, se monta la bota cubrepolvo 4 mencionada anteriormente entre el vástago 10 y el borde periférico externo del soporte 2, y se llena la cámara 40 de junta formado por la bota cubrepolvo 4 con lubricante tal como grasa, por lo que se completa el cojinete esférico de esta realización.
Se fabricó realmente tal cojinete esférico de la presente invención, y se ejecutó una prueba de resistencia, en la que se hizo que el vástago de la bola oscile de forma reiterada con respecto al soporte. El diámetro de la porción de bola del cojinete esférico utilizado es de 19,05 mm, y la frecuencia de repetición del movimiento oscilante es de 13 Hz. En el cojinete esférico convencional en el que el soporte está moldeado a presión sin incorporar un revestimiento de resina (documento JP-A-62-288716), la porción de soporte de la bola del soporte y la porción de bola del vástago de la bola sufrieron un agarrotamiento después del transcurso de una hora, mientras que en el cojinete esférico de la presente invención, en el que la porción de bola se encuentra en contacto deslizante únicamente con el revestimiento de resina, no se generó ningún hueco entre la porción de bola y el revestimiento de resina incluso después del transcurso de 216 horas (9 días), y el vástago de la bola no traquetea con respecto al soporte.
A continuación, la Fig. 8 es una vista de corte transversal de un cojinete esférico conforme a la segunda realización fabricado mediante el procedimiento de la presente invención.
Este cojinete esférico está compuesto de un anillo externo 101 que constituye el miembro externo, un anillo interno 102 que constituye el miembro interno, y un revestimiento 103 de resina proporcionado entre el anillo interno 102 y el anillo externo 101, en el que el anillo interno 102 puede llevar a cabo libremente un movimiento oscilante o un movimiento de giro con respecto al revestimiento 103 de resina retenido por el anillo externo 101. El anillo interno 102 está formado en una configuración anular con un agujero pasante 105 en el que se debe insertar una varilla 104 de un mecanismo articulado, estando acabada su superficie periférica externa 106 como una superficie esférica convexa en contacto deslizante con el revestimiento 103 de resina. Como el material del revestimiento de resina, se utilizó la misma polieteretercetona que se utilizó en la primera realización, y el grosor del mismo fue de 1,0 mm.
El procedimiento de fabricación para el cojinete esférico de la segunda realización es sustancialmente idéntico al procedimiento de fabricación del cojinete esférico de la primera realización descrito anteriormente. En primer lugar, se inserta el anillo interno 102 en un molde como un núcleo, y se forma el revestimiento 103 de resina mediante moldeo por inyección, fijando el revestimiento 103 de resina sobre la superficie esférica 106 del anillo interno 102. A continuación, se inserta el anillo interno 102 con el revestimiento 103 de resina fijado al mismo en el molde como un núcleo, y en este estado, se fuerza la entrada de aleación fundida de aluminio o aleación fundida de cinc en el molde para moldear por presión el anillo externo 101. Como resultado, se moldea el anillo externo 101 de la aleación que rodea el anillo interno 102. En este momento, la superficie periférica externa del revestimiento 103 de resina, que ha sido fijado al anillo interno 102, se fija firmemente al anillo externo 101 mediante agarrotamiento, y se integra firmemente en el anillo externo 101.
Sin embargo, el revestimiento 103 de resina aprieta el anillo interno 102 desde afuera mediante contracción que se sucede después del moldeo por inyección; además, el anillo externo 101 moldeado también aprieta el revestimiento 103 de resina hacia el anillo interno 102 debido al contracción en moldeo, de forma que, en este estado, es imposible girar el anillo interno 102 libremente con respecto al anillo externo 101.
Por lo tanto, para reducir o suprimir la fuerza con la que el revestimiento 103 de resina aprieta el anillo interno 102, es necesario, como en el procedimiento de fabricación de la primera realización, calentar el revestimiento 103 de resina a través del anillo interno 102 después del moldeo del anillo externo 101. Como se muestra en la Fig. 9, en el cojinete esférico de la segunda realización, se inserta una bobina 108 conectada a una fuente AC 107 de alta frecuencia en el agujero pasante 105 del anillo interno 102, y se calienta el anillo interno 102 mediante un calentamiento de alta frecuencia desde el interior del agujero pasante 105. La temperatura de calentamiento para el anillo interno es de aproximadamente 1500 a 1600ºC, y el tiempo de calentamiento es de aproximadamente 0,2 a 0,5 seg.
Cuando se calienta de esta manera el anillo interno 102, también se calienta el revestimiento 103 de resina en contacto con el anillo interno 102 hasta una temperatura no inferior a la temperatura de transición del estado vítreo Tg, de forma que el revestimiento 103 de resina, que ha estado apretando el anillo interno 102 hasta ese momento, sufre una deformación en conformidad con el anillo interno 102, y es posible reducir o suprimir la fuerza con la que el revestimiento 103 de resina ha estado apretando el anillo interno 102. Como resultado, el anillo interno 102 puede girar libremente con respecto al revestimiento 103 de resina integrado en el anillo externo 101, y la varilla 104 fijada al agujero pasante 105 del anillo interno 102 puede realizar un movimiento oscilante o un movimiento giratorio en torno a su propio eje muy suave con respecto al anillo externo 101.
En este momento, aunque el anillo interno 102 y el revestimiento 103 de resina están en contacto estrecho el uno con el otro, están en un estado ideal de contacto que no supone ninguna generación de esfuerzo; además, se ha eliminado por completo el hueco entre el revestimiento 103 de resina y el anillo interno 102, de forma que el anillo interno 102 no traquetea con respecto al anillo externo 101, haciendo que sea posible mantener suficientemente el rendimiento incluso en el caso de un uso prolongado.
Como se ha descrito anteriormente, en el cojinete esférico de la presente invención, el revestimiento de resina está fijado a la porción de bola del miembro interno mediante moldeo por inyección; además, el miembro externo está moldeado de forma que cubre este revestimiento de resina, y finalmente se calienta el revestimiento de resina que cubre la porción de bola a través de la porción de bola que constituye el miembro interno, por lo que se reduce o se suprime la fuerza con la que el revestimiento de resina aprieta la porción de bola, haciendo que sea posible llevar a cabo un movimiento suave de oscilación o un movimiento de giro del miembro interno con respecto al miembro externo; además, dado que no se forma ningún hueco entre la porción de bola y el revestimiento de resina, es posible eliminar por completo el traqueteo del miembro interno con respecto al miembro externo. En consecuencia, incluso en el caso de un uso prolongado, es posible efectuar con una precisión elevada la transmisión de carga y la transmisión de movimiento entre el miembro externo y el miembro interno. Además, dado que es posible realizar un giro suave de la porción de bola únicamente al calentar la porción de bola después del moldeo del miembro externo, la presente invención se puede llevar a cabo muy fácilmente, haciendo que sea posible afrontar fácilmente la automatización de cada procedimiento de fabricación y una producción a gran escala.

Claims (5)

1. Un procedimiento de fabricación de un cojinete esférico que comprende un miembro interno que tiene una porción (10) de bola metálica, y un miembro externo que tiene una porción (20) de soporte de la bola que rodea y soporta la porción (10) de bola del miembro interno y está conectado de forma oscilante o giratoria con respecto al miembro interno, comprendiendo el procedimiento las etapas de:
llevar a cabo un moldeo por inyección, siendo insertada la porción (10) de bola del miembro interno en un molde como un núcleo, para moldear un revestimiento (3) de resina que cubra la porción (10) de bola;
caracterizado por
moldear por medio de fundición el miembro externo que cubre el revestimiento (3) de resina y que no está en contacto con la porción (10) de bola, estando la porción (10) de bola y el revestimiento (3) de resina insertados en el molde como un núcleo;
y
calentar el revestimiento (3) de resina cubriendo la porción (10) de bola a través de la porción (10) de bola del miembro interno después de la finalización del moldeo.
2. Un procedimiento de fabricación de un cojinete esférico conforme a la Reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura a la que se calienta el revestimiento (3) de resina después de la finalización del moldeo no es menor que una temperatura de transición del estado vítreo Tg del revestimiento (3) de resina.
3. Un procedimiento de fabricación de un cojinete esférico conforme a la Reivindicación 1, caracterizado porque después de la finalización del moldeo, se calienta el revestimiento (3) de resina que cubre la porción (10) de bola a través de la porción (10) de bola del miembro interno, y al mismo tiempo, se presiona la porción (10) de bola para deformar elásticamente la misma para presionar de ese modo el revestimiento (3) de resina hacia el miembro externo.
4. Un procedimiento de fabricación de un cojinete esférico conforme a la Reivindicación 3, caracterizado porque después del moldeo del miembro externo, se pone un vástago (11) en contacto de presión con la porción (10) de bola, y se conecta un electrodo al vástago (11) y a la porción (10) de bola y porque, mientras se suelda por proyección el vástago (11) y la porción (10) de bola, se calienta el revestimiento (3) de resina con el calor de la soldadura, y además, se deforma elásticamente la porción (10) de bola por medio de la fuerza del contacto de presión del vástago (11).
5. Un procedimiento de fabricación de un cojinete esférico conforme a la Reivindicación 1, caracterizado porque la porción (10) de bola del miembro interno tiene un agujero pasante (105) para fijar un miembro que va a ser conectado, y porque, después de la finalización del moldeo, se inserta una bobina (108) en este agujero pasante (105), y se calienta el revestimiento (3, 103) de resina al aplicar un voltaje de alta frecuencia a la bobina (108).
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