專利名稱：一種組裝球軸承組合件的方法
技術領域：
本發明一般地涉及組裝球軸承組合件的方法，特別是涉及通過“沖壓”或“卡入”軸承滾珠將單體式球軸承保持架裝到球軸承組件中的方法。
球軸承保持架的一種通用型式包括以焊接、鉚接或機械鎖定方式連接在一起的兩片。這兩片式球軸承保持架需要在軸承滾珠安置在軸承環之間后從球軸承兩側插入保持架的兩片。由于電弧可能要穿過軸承滾珠，使其焊接困難，又由于需要插入許多小鉚釘，使得鉚接也很困難。而對于有缺陷的軸承組件的檢驗與報廢則增大了附加成本。
兩片式球軸承保持架帶來的另外問題是由其對空間的要求而產生的。這種球軸承保持架需要在滾珠之間有足夠的周向間距，以便對其兩片實行焊接、鉚接或機械鎖定。結果是只能插入較小的滾珠，從而降低了軸承組件的承載能力。在使用多排滾珠時，還必須保持各排之間的間隔以便給球軸承保持架提供空間，這就增加了軸承組件的軸向長度。
另外一種型式的球軸承保持架包括具有初始波浪形狀的片狀金屬環，它有以U形連接部間隔開的開口的球窩。在將其插入軸承環并使滾珠位于各球窩中之后，縮短其U形連接部，使連接部的兩側延展并與滾珠的形狀一致。然而，在滾珠上直接形成球軸承保持架往往不是過分夾緊滾珠就是對滾珠的保持力不足。
球軸承保持架還可以采用單體式的設計，它具有彈性的指狀物或唇部，當滾珠進入球窩中時它們包住滾珠而形成一種簡單的壓入組件。這種單體式球軸承保持架難以形成有足夠的保持住滾珠的接觸面的金屬架，而具有相似的單體式壓入設計的模壓的聚合物球軸承保持架則可以提供較好的包繞性及與滾珠的適應性。可是，這種聚合物球軸承保持架只能限于較低溫度與低強度使用。
本發明的目的是提供一種組裝上述類型的球軸承組合件的方法根據本發明，提供了一種組裝球軸承組件的方法，其特征在于，它包括如下步驟形成初始形狀的單體式金屬球軸承保持架，它具有球窩和在球窩之間的橋部，且使至少一個橋部具有規定的弦長；將滾珠置于軸承內、外環之間的環道中，使各滾珠以小于上述規定弦長的平均節距間隔地分布；以及將球軸承保持架插入上述環道中，使得滾珠的周向運動導致球軸承保持架的各橋形部在相鄰滾珠之間通過而使滾珠依次地進入球窩。
從結合各附圖的后面的詳細說明中將可看清上述的與其它方面的特點。
圖1是表示模具與部分地形成本發明單體球軸承保持架的一部分的剖視圖；圖2是表示部分地形成的本發明單體球軸承保持架的另外的橋部的剖視圖。
圖3是沿圖1中3-3線的剖視圖，表示模具和部分形成的單體式球軸承保持架的一部分；圖4是表示模具和完全成形的本發明單體球軸承保持架的一部分的剖視圖；圖5是類似于圖4的剖視圖，表示模具相對于完全成形的單體球軸承保持架的后續位置；圖6表示完全形成的本發明單體球軸承保持架；圖7是表示部分組裝的球軸承組件和插入球軸承保持架的模具的局剖立面圖；圖8是表示部分組裝的球軸承組件和圖7中模具的局剖側視圖；圖9是表示部分組裝的球軸承組件的后續位置和圖7中模具各部的立面圖；圖10是表示部分組裝的球軸承組件的后續位置和圖8中模具的立面圖；圖11是與圖7類似的立面圖，表示本發明球軸承組件的后續位置和模具的立面圖。
在圖中的本發明各實施例中的相似元件給出相同的標號。
現在參照附圖，圖1示出了本發明的部分地成形的單體球軸承保持架10和模具，該模具包括可以最終完成單體球軸承保持架的可動砧12。
為了部分地形成球軸承保持架10，首先使用已知的任何成形方法形成一個金屬平板圓環。例如，可以從寬的平板帶材上擠壓或沖裁出像“墊圈”一樣的平板環。或者，可以把邊緣卷繞的(“硬化工藝”)的金屬窄帶加工成分割的環而形成平板環。分割環的端部可以通過將對接、鋸齒切口或搭接部分進行焊接或其它工藝連接，并精壓成均勻厚度，修整尺寸后而使之成為均勻一致的部分。
再使平板薄環變形而形成有初始球窩14和在相鄰初始球窩14之間的橋部16的部分地形成的球軸承保持架10。可以使用通常的多級模具或其它裝置逐次地把薄環加工成波浪形，同時使環的總體直徑減小，在其后的模壓階段逐次形成初始球窩14和橋部16。最好使初始球窩14具有與滾珠相適應的球形的凹形底面18；然而使用其它形狀的凹形也可以取得同樣的效果。
初始凹窩部14的側壁20與22不是球形凹面，這樣有利于使用通常的多級模。橋部16，如圖1中所示，可以包括兩平直部24與26，它們成為帳篷或山峰形狀，也可以具有如圖2中所示的拱形的圓弧部28。平直部24與26或圓弧部28從側壁20與22向上延伸而如在后面所述地為形成最終球軸承保持架的所需要的橋部形狀提供足夠的材料。
可動砧12被置于初始球窩14中。最好由可動砧12的圓形表面30確定一個直徑略大于滾珠的球形帶，以作最終的球軸承保持架之用，從而保證滾珠可以自由轉動。圓形表面30安裝在砧柄32上，砧柄可以為圓柱形。如圖3中所示，可動砧12包括相對于圓形表面30的球形突出部35凹下的凹入的側部34，以提供一個整體棒棒糖式的(“lollipop”)形狀。如圖中所示，凹入側部34可以是平的，也可以是圓柱形彎曲的，以便與球軸承保持架的孔和外徑取得一致。
如圖4中所示，用適當的模具壓平橋部16(圖1與圖2)使之成為平直的橋38，并使側壁20與22(圖1和圖2)形成彎曲的上壁40包繞在圓形部30上，而形成正式的球軸承保持架36。橋的端部42與44延展抵在砧柄32上而成為限定平直橋38長度的終止表面，以確保最終的球窩46對圓形表面30的周向有大于180°的包角。于是最終球窩46就在軸向與徑向上把滾珠保持在球軸承保持架上。
把初始球窩14(圖1)之間的橋部16壓平就造成了最終球窩46的狹窄通道，從而獲得所需的保持特性。在壓平此橋部的操作期間保持住部分成形的球軸承保持架10(圖1)的孔和外徑，以防止球軸承保持架徑向增大或產生不希望的扭曲。砧柄32在各最終球窩46的橋端部42、44之間形成可控的公差，以保證從球軸承組合中取出軸承保持架的力的大小為所希望的值。
為了便于從完全成形的軸承保持架36中移出可動砧12而不破壞球軸承保持架；可使砧繞垂直于球軸承保持架的軸線轉動，或以其它方式運動，例如，使可動砧12傾斜，從而使最終球窩46不再以大于180°的周向包角包繞可動砧12的圓形表面30。只是為了說明的目的，圖5中才示出可動砧12相對于其在圖4中的位置轉過90°角，一般地說，轉動30°就足夠了。利用齒圈或小齒輪或用其它已知的裝置可實現砧的轉動。
圖6示出了取去可動砧12之后的完全成形的球軸承保持架36。如果平的薄環是如上所述地由分離環形成的，則其焊口48最好是位于最終球窩46之內，如圖所示，而不是在平直橋38上，這樣可以增大其對破壞的抗力。至少有一個平直橋部38有在滾珠52的節圓50上測量的規定的弦長A，它大于相鄰滾珠52之間的間距。這樣，完全成形的球軸承保持架36就可變形而允許相鄰滾珠52通過兩橋端42與42并進入最終的球窩46。
球軸承保持架可由鋼、黃銅、青銅或類似材料制成。如果使用相對較軟的材料，則可以減少形成部分成形的軸承保持架10與完全成形的軸承保持架36所需的工步數。例如，部分形成的球軸承保持架10的初始球窩14可以有簡單的曲面，而且可動砧12的圓形部分30可以用作形成球形凹底面18的模具，同時還具有形成平直橋部38和彎曲的上壁40的功能。
完全成形的球軸承保持架36應具有足夠的彈性，以便在經歷了把滾珠52裝入最終的球窩46的變形之后恢復其完全成型的形狀，從而實現壓入式組裝。如果球軸承保持架是由低碳鋼制成的，可以對完全成形的球軸承保持架36進行滲碳、淬火與回火而造成殘余壓縮應力，并增進彈性與破壞抗力。最好滲碳不超過球軸承保持架厚度的三分之一，而回火則可以保證保持架的表面比滾珠52的表面軟。
圖7與圖8表示可以插入完全成形的球軸承保持架36以完成球軸承組合的工具。頂板柄60安裝在垂直壓力機上，并使頂板62可以垂直于球軸承66的軸承端面64作垂直運動，如圖中箭頭B所示。各滾珠52位于內、外軸承環68、70之間的環道內，并以小于至少一個平直橋38弦長的平均節距相互隔開。球軸承66可以是如圖中所示的軸承內環68寬于軸承外環70的形式，或者為其它形狀。
鉸接板72用凸耳74和樞銷76鉸裝在頂板62相對的兩側。鉸接板72包括止動桿77和止動墊圈79，并用壓縮彈簧78或其它偏壓裝置頂壓在如圖7所示位置的頂板62上。加載沖頭80有環形的肩部82，并用夾持器84在鉸接板72的相對兩側固定在鉸接板72上。中心導向軸86固定在頂板62上并穿過加載沖頭80的孔88和鉸接板72的相應的孔。
圖8示出圖7中的模具與球軸承組件的后續位置。垂直壓力機使頂板柄60、頂板62和中心導向軸86作為一體使中心導向軸86垂直進入軸承內環68的孔90中，如圖9所示，以此來保持球軸承66準確對中。然后加載沖頭80的肩部92如圖10中所示地與保持架94接合，使得相鄰滾珠52沿節圓50作周向運動，在滾珠進入最終的球窩46時使得相鄰平直橋部38在滾球52之間通過。
在保持架94初期插入之后，工具進一步運動壓下壓縮彈簧78和加載沖頭導向軸80并把完全成形的球軸承保持架36的附加部分壓下抵在滾珠52上，滾珠52沿節圓50作周向運動而使滾珠進入其余的最終球窩46里。由于滾珠52不能全部同時進入各球窩中，這種插入動作可以說是“依次”進行的，即至少有一個滾珠52(例如，靠近保持架94的滾珠)先于其它的同時或者不同時進入的滾珠插入。
雖然所描述的是一種具有初始與軸承端面64有一角度而后與之平行的相接表面的簡單鉸接的加載沖頭，但也可以使用其它工具來沖壓球軸承保持架并對相鄰滾珠之間的平橋部38施力。例如，可以把V形或弧形相接面壓在兩個保持架部分上以把滾珠52初步地插入到這兩個軸承保持架部分上而不是只壓一個保持架部分94。在插入時，球軸承保持架36可以基本保持如圖6所示的形狀，或者可臨時被彎成“炸土豆片”的形狀以便于插入滾珠52。
完全成形的球軸承保持架36是由彈性材料制成的，這樣，在滾珠52進入最終球窩46中之后它會恢復其正式成形的形狀，從而提供了一種壓入式的組合。由于至少某些平直橋38是長于各滾珠52之間的相應間隔的，就使得橋的端部42與44與各滾珠52嚙合而能防止球軸承保持架36在相對于球軸承66的軸線方向與滾珠52脫離。最好使最終的橋窩46為大體球形的凹面，以容納各滾珠的外周部分，且其直徑應略大以便使滾球可自由轉動。
從上面的描述中可清楚地看出，將位于各開口環形初始球窩14中間之間且位于其上方的橋部16壓平就可確保最終的球窩46的開口較窄，從而能保持住完全成形的球軸承保持架36。可動砧12在插入操作時提供了對滾珠52的可控的靜配合，而在把球軸承保持架36插入球軸承66中之后則提供可控制的公差，從而形成球軸承組合。這樣，就會防止對滾珠52的過度夾緊與夾持不足。
本發明提供了一種裝入上述類型的球軸承保持架的方法，它既改善了性能也降低了制造成本。由于無需將兩片保持架進行連接，相應地就消除了由于對其兩片進行焊、鉚等帶來的成本與缺陷問題。各球窩可以排列得更緊密，以便在給定尺寸下使軸承組件有更多的滾珠，于是就增大了其負載容量，而且與兩片式球軸承保持架相比它可使兩列球軸承保持架的兩列之間的間隔更緊密。保持潤滑脂的空間加大使其有更好的潤滑，而且與各種聚合物球軸承保持架相比其使用溫度可以更高。
權利要求
1.一種組裝球軸承組合件的方法，其特征在于，它包括如下步驟形成初始形狀的單體式金屬球軸承保持架，它具有球窩和在球窩之間的橋部，且使至少一個橋部具有規定的弦長；將滾珠置于軸承內、外環之間的環道中，使各滾珠以小于上述規定弦長的平均節距間隔地分布；以及將球軸承保持架插入上述環道中，使得滾珠的周向運動導致球軸承保持架的各橋形部在相鄰滾珠之間通過而使滾珠依次地進入球窩。
2.如權利要求1中所述的組裝球軸承組合件的方法，其中，球軸承保持架是由彈性材料制成的，在插入球軸承保持架工序中，保持架彈性變形，而在插入之后，該球軸承保持架恢復到上述初始形狀。
3.如權利要求1中所述的組裝球軸承組合件的方法，其中，在插入球軸承保持架之后，至少某些橋部的端部是與滾珠相嚙合的，以阻止球軸承保持架在相對于軸承內、外環的軸線方向上與滾珠脫離。
4.如權利要求1中所述的組裝球軸承組合件的方法，其中，球軸承保持架的球窩分別包括基本為球形的凹面，用以容納各滾珠的一部分，該凹面的直徑大于滾珠的直徑，從而使滾珠可在球窩內自由轉動。
5.如權利要求4中所述的組裝球軸承組件的方法，其中，凹形面對應一個大于180°的弧，以便把滾珠保持在該球軸承支架中。
6.如權利要求1中所述的組裝球軸承組件的方法，其中，把球軸承保持架插入軸承內、外環之間的環道中的工步包括對相鄰滾珠之間的第一橋部施力并依次使球軸承保持架運動而使位于其它相鄰滾珠之間的其它橋部依次受力的步驟。
7.如權利要求6中所述的組裝球軸承組件的方法，其中，軸承的內、外環確定出一個軸承端面，其中把球軸承保持架插入軸承內、外環之間環道的工步是借助插入工具而實現的，該工具有在初始時相對該軸承端面成一角度，而后則運動到平行于該軸承端面位置上的接合面。
8.如權利要求7中所述的組裝球軸承組件的方法，其中，插入工具包括頂壓裝置，它把該接合面頂壓成有一定角度的初始位置，而且插入工具相對于軸承內、外環的軸向運動使該接合面與球軸承保持架接合，并克服頂壓裝置的壓力而把該接合面運動到后續的與軸承端面平行的位置上。
全文摘要
本發明提供了一種組裝球軸承組合件的方法,其特征在于,它包括如下步驟:形成初始形狀的單體式金屬球軸承保持架,它具有球窩和在球窩之間的橋部,且使至少一個橋部具有規定的弦長;將滾珠置于軸承內、外環之間的環道中,使各滾珠以小于上述規定弦長的平均節距間隔地分布;以及將球軸承保持架插入上述環道中,使得滾珠的周向運動導致球軸承保持架的各橋形部在相鄰滾珠之間通過而使滾珠依次地進入球窩。
文檔編號B23P13/00GK1261649SQ9911852
公開日2000年8月2日 申請日期1999年9月6日 優先權日1994年1月31日
發明者R·L·阿林, G·J·津肯 申請人:托林頓公司