滚动球型支座的制作方法

本实用新型涉及一种桥梁支座，具体是桥梁球型支座。

背景技术：

桥梁支座有多种类型，例如球型支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座等，桥梁支座的作用主要有两点，其一是将桥梁载荷（动载和静载）有效传递到桥墩，其二则是用以克服梁体因受制动力、环境温度、混凝土收缩或徐变以及载荷作用等引起的位移产生的梁体偏压。例如在桥体横向，如果因环境温度发生变化，导致梁体边长，而墩柱之间的间距不变，若梁体与墩柱之间是刚性的连接，则刚性连接的部分有可能会被剪断或者梁体对连接部分产生很大的剪切力。桥梁支座则使梁体尽可能正压在墩柱上。

因桥梁与墩柱之间的连接结构不仅需要面对水平方向的位移，还会因竖向压缩变形或者不同部分变形幅度不一致而产生转角变形，由此产生了既满足适应移动变形又适应转动变形的滚动球型支座。

桥梁支座需要承载巨大的载荷，因此，提供适应变形的桥梁支座中的移动接合面（适应直线位移或角位移）是否处于良好的工作状态非常重要，即移动接合面的摩擦系数应比较小。由于桥梁支座应用于重载场合，受此影响，桥梁支座普遍采用面接触的摩擦面配合，球型支座也不例外。为了保证桥梁支座实现正常的工作状态，目前常采用的措施是保证摩擦面的表面清洁，例如移动型支座中的滑板支座的四氟板表面和与之摩擦的不锈钢表面清洁。并在摩擦接合面施以润滑剂，例如5201-2硅脂润滑油。然而，即便如此，摩擦接合面的摩擦系数仍然非常大，对变形的响应能力比较差。

典型地，如中国专利文献CN101476284B公开了一种转体球型支座，该支座提供了三个摩擦减磨板，并提供一个由球形支撑体与球面凹腔形成的球面摩擦面，所有的摩擦面均是滑动摩擦，摩擦系数相对较大。

而中国专利文献CN105064205A公开了一种球型支座，其说明书第48段指出，通过在上支座与下支座之间设置活动座以实现球形支座的转动和滑动的功能分离，可避免支座局部功能功能叠合造成卡死应力集中，一定程度上能够克服摩擦环境为滑动摩擦时滑动环境恶劣的问题，但并不能从根本上解决摩擦面为滑动摩擦的条件。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于，提供一种转动球型支座，通过合理的选择摩擦形式为滚动摩擦，改善重载条件下的摩擦环境。

本实用新型采用以下技术方案：

一种滚动球型支座，包括上端设有球窝的下支座板、装设于球窝的上表面为平面的球冠衬板、配合于所述平面的耐磨板组件，以及支撑于所述耐磨板组件上的上支座板，所述球窝表面设有多条以球窝轴线为轴线的环形的滚道；

滚道内设有用于支撑球冠衬板的滚珠，以提供球窝与球冠衬板间的滚动摩擦。

上述滚动球型支座，可选地，所述滚道至少有3条。

可选地，所述滚道有4条。

可选地，半径小的滚道的深度比半径大的滚道的深度小；

相应地，深度小的滚道装设球径小的滚珠。

可选地，按滚道半径排列的滚道的深度是等差数列，且滚道最小深度为2.5mm。

可选地，滚珠的最小直径为8mm，并用于最小深度的滚道中，深度依序增大的滚道使用直径相对大的滚珠。

可选地，滚珠第二小直径为10mm，其后依序增大的滚珠直径按照等差数列依次增大。

可选地，设有为球窝与球冠衬板间的空间加注润滑介质的油口；

或球窝与球冠衬板间的空间充填有润滑介质。

可选地，围绕球窝与球冠衬板间需要润滑的空间，设有用以密封的下密封橡胶圈。

可选地，所述耐磨板组件包括叠置在所述平面上的耐磨板，以及叠置在耐磨板上的不锈钢板；

相应地，所述平面上设有凹槽，以在上下方向上部分的容纳所述耐磨板；

在不锈钢板的外围设有上密封橡胶圈；

上橡胶密封圈和下橡胶密封圈形成一级密封结构，在一级密封结构的外围的上支座板与下支座板间设有由防尘围板形成的二级密封结构。

依据本实用新型，变滑动摩擦为滚动摩擦，主要是球冠衬板与球窝之间采用多个设有滚珠的滚道，在满足获得滚动摩擦的同时，充分利用球冠衬板与球窝对合面的面积较大的特点，布置较多的滚道，从而满足重载要求，从而有效的改善了重在条件下的摩擦环境。

附图说明

图1为一实施例中顺桥向纵向活动球型支座半剖结构示意图。

图2为一实施例中横桥向纵向活动球型支座半剖结构示意图。

图3为一实施例中横桥向横向活动球型支座半剖结构示意图。

图4为一实施例中顺桥向横向活动球型支座半剖结构示意图。

图5为一实施例中固定球型支座半剖结构示意图。

图6为一实施例中顺桥向多向活动球型支座半剖结构示意图。

图7为一实施例中横桥向多向活动球型支座半剖结构示意图。

图中：1.下密封橡胶圈，2.上密封橡胶圈，3.球冠衬板，4.平面聚四氟乙烯板，5.不锈钢板，6.上支座板，7.上锚固螺栓，8.下锚固螺栓，9.下支座板，10.球窝，11.滚珠，12.防尘围板。

具体实施方式

球冠是指球面被一个平面所截后剩下的曲面，截得的圆面为底，垂直于圆面的直径被截得的部分是高。球冠原本是指前述的底与相应的曲面围成的结构，如图1中所示的球冠衬板3本质上属于球缺，但其名称并不影响其结构的理解。

并且公知地，机械领域中的很多结构并非严格的几何意义上的结构，但通常使用几何意义上的概念来描述机械领域中的结构。图1中所示的球冠衬板3，周缘切除一个环形部分。

关于球冠衬板3的轴线，为本领域和纯理学领域的人员所理解，对于球冠而言，球冠的底面过中心的法线即为球冠的轴线。

图1-7中，球冠衬板3为上下结构，其底面在上，球冠面在下，因此，图中所表示的理想的上下结构中，其轴线为上下方向。

同时应当理解，涉及到滚转等因素的影响，实际在支撑梁时，球冠衬板3的轴线并不一定处于严格上下方向。

由于本实用新型的主要改进点在球冠衬板2与球窝10的对合面，以及滚珠的分布形式上，因此，对于球型支座常规的结构不多做描述，例如上支座板6上所设置的上锚固螺栓7，下支座板9上设置的下锚固螺栓8，均属于常规的设计。

而对于图1到图7中所涉及的不同类别的球型支座，应当理解，基于前述的改进点，显而易见的是，在这七类球型支座中可以通用。

不同类型的球型支座，其主要区别在于对上支座板6自由度的约束的，如图1所示，图1为顺桥向纵向活动球型支座半剖结构示意图，除顺桥向纵向和球窝10与球冠衬板3外的上支座板6的自由度被约束，在此不再对各类球型支座的约束形式和结构进行赘述。

下面以说明书附图1所例示的滚动球型支座进行说明，图中的基体结构主要有两个部分，其一是下支座板9，另一是上支座板6，其板型部分通常是矩形板或者正方形板。

其中如图1下部所示，下支座板9的上表面形成有一凸台，凸台加工出球窝10，通常球窝10的曲率与球冠衬板3的曲率相同，以获得良好的面面接合，在本实用新型中，球窝10与球冠衬板3的曲率可以相同也可以不同，如果相同，因装配上的关系，球窝10余球冠衬板3对合的面各处间隙会有差异。如果曲率不一致，则基于相似关系，球窝10与球冠衬板3之间的间隙可以是一致的。

关于球冠衬板3，在优选的实施例中，采用钢质或者聚四氟乙烯，装设于球窝10，其上表面为平面，即其底面为平面，符合球冠的一般定义。

球冠衬板3不能产生直线位移，而是用于提供角位移，为满足上支座板6的直线位移，除球冠衬板3与球窝10的第一摩擦结构外，球冠衬板3余上支座板6之间存在第二摩擦结构，第二摩擦结构通过耐磨板组件来实现，如图1中所示的平面聚四氟乙烯板4和不锈钢板5的叠置结构。

关于第一摩擦结构，以降低其摩擦系数为主旨。在本领域的技术人员看来，似乎第一摩擦结构可以采用滚动摩擦取代滑动摩擦，那么第二摩擦结构也可以如此，然而，发明人认为，第一摩擦结构所面对的情况更复杂，并且角位移比较小，其相对应的静摩擦力更大，当角位移比较小时，相对的滑动在静摩擦力比较大时，会产生很微小的趴动，或者根本不会产生相对运动。

如图示1-7所示，球窝10的表面设有多条滚道，即图中钢球所指示的位置。实际支撑部分是钢球以球冠衬板3的轴线为轴心的环形阵列，由此可知，各个环形阵列的平面是相互平行的，并都已球冠衬板3的轴线为轴。下面直接以滚动结构代替环形阵列和承载该环形阵列的滚道用于表述滚动摩擦结构。那么滚动结构有多个，从而能够形成比较强的支撑能力，满足重载条件下的应用。

而滚动摩擦相对于滑动摩擦，不仅摩擦系数大幅降低，而且由于滚动结构能够提供比较大的间隙，从而可以利于润滑油、润滑脂等润滑剂的加注和保持。

图1-7采用钢球作为滚珠11，显而易见的是，钢球是一种最常见的滚珠，但机械领域的可以选用的滚珠较多，例如合金钢球、硬度比较高的玻璃体滚珠，或者其他类型的合金滚珠。

滚珠布设在滚道内，并不一定是均匀阵列的，如自行车踏板轴与车架轴承座孔间的滚珠布设，属于无保持架的滚珠布设结构。

显而易见的是，在满足无保持架滚珠布设结构的条件下，也满足采用保持架进行滚珠布设的结构。

采用保持架进行滚珠布设时，可以控制滚珠在滚道中的阵列方式，并能可靠保持。

藉此结构，球窝10对球冠衬板3间的摩擦基于第一摩擦结构构造为滚动摩擦，并且滚动结构具有多个，且多个滚动结构的质心大致分布在球冠衬板3的轴线上，能够形成良好的支撑作用。

此外，在机械领域为了提高例如深沟球轴承的荷载能力，开发了一种双列深沟球轴承，并进行角接触的分布设计，结构复杂，且只能布设两列，否则会导致轴承过宽。

而在本实施例中，有足够的空间，布设多列（即多个滚动结构），从而具有更强的荷载能力，在满足摩擦系数较小的条件下，也能够满足重载应用的技术条件。

关于滚道的条数，不宜少于3条，即滚道至少有3条，以提供比较高的荷载能力。

关于滚道间的分布，可以在球窝10的弧度方向，以等圆弧的方式分布。

在一些实施例中，考虑到越靠下的滚珠11会承载的力，向下的分力所占的比重越大，因此，靠近球窝10底部的滚道密度可以相对较大，越往上分布密度越小。

滚道的条数不宜过多，不宜超过5条，过多会消弱球窝10的整体强度，此外，在几何上，或者说理想状态下，不同滚道上的滚珠11应与球冠衬板3相切，滚道条数过多，会增加于此所产生的设计难度，且在重载条件下，不同滚道受到的压力可能不同，而导致不同滚道上滚珠11的失效期间不同，可维护性会大幅下降。

综上结构，以及相关的实验，确定滚道有4条时设计制造难度不太大，且可维护性在可预期的范围内。

进一步地，于优选的实施例中，半径小的滚道的深度比半径大的滚道的深度小；此处的滚道半径即如前所述的以球窝10轴线为轴心的环。

相应地，深度小的滚道装设球径小的滚珠11，从图1中可以看出，在球窝的轴向，位于下方的滚珠11比位于上方的球径小。

基于滚道和滚珠11的合理配置，可以有效的分散载荷，提高转动结构的荷载能力。

优选地，为方便设计，并提高整体的可维护性，按滚道半径排列的滚道的深度是等差数列，且滚道最小深度为2.5mm，在滚珠11部分的放置如滚道的条件下，有一部分突出出来，基于荷载条件下的变形，提供足够大的支撑面。

应当理解，理想状态下，滚珠11对球冠衬板3的支撑应该是点，但实际上需要考虑滚珠11以及球冠衬板3的变形，实质的支撑结构是面。

桥梁的球型支座毕竟应用于重载场合，因此，滚珠11不宜过小，其最小直径为8mm，具有比较大的荷载能力。最小的滚珠11用于最小深度的滚道中，深度依序增大的滚道使用直径相对大的滚珠11。

滚珠11第二小直径为10mm，其后依序增大的滚珠11直径按照等差数列依次增大。

若采用4条滚道，从内到外依序采用的滚珠直径为8mm，10mm，15mm，20mm。同一滚道上的滚珠11的距离（中心距）也需要做出考虑，从内到位依序为13.5mm、15.5mm、25.5mm、30.5mm。

通过上述配置，滚道以及滚道内的滚珠11被合理分布，在实现变滑动摩擦为滚动摩擦的基础上，具有比较高的荷载能力。

在前文中指出，基于滚珠11的支撑，能够形成球窝10表面与球冠衬板3之间的配合间隙，因此利于润滑，在此基础上，提供以下结构：

设有为球窝10与球冠衬板3间的空间加注润滑介质的油口，润滑介质一方面可以进一步的降低摩擦系数，另一方面，润滑介质普大多是油脂类物质，能够在例如钢球类滚珠上形成油膜，具有防腐蚀作用。

对于其他类别的润滑剂，例如石墨，即便是防腐蚀作用有限，但其为固体颗粒状的润滑剂，化学稳定性好，一定程度上可以免维护。

因此，在一些实施例需要为其设置加注润滑介质的油口，有些则属于免维护的结构，即不必设置加注油口，预先封入一定量的润滑剂。

对于预先封入一定量的润滑剂的结构，其对密封性要求低一些，某些结构体完全靠迷宫密封或者密封截至密封，对于需要加注的应用中，对密封要求高一些，尤其是，对于需要加注的应用，润滑剂流动性更强，需要相对更高的密封级别。

于一些实施例中，围绕球窝10与球冠衬板3间需要润滑的空间，设有用以密封的下密封橡胶圈1，一方面减少现场灰尘的进入，另一方面，减少气体的进入，降低润滑介质的老化速度，尤其是油脂类（润滑油或者润滑脂），大多属于有机类润滑剂，容易老化。

关于所述耐磨板组件包括叠置在所述平面上的耐磨板，以及叠置在耐磨板上的不锈钢板5。

加以对应的，所述平面上设有凹槽，以在上下方向上部分的容纳所述耐磨板，起到固定耐磨板的作用。

进而，在不锈钢板5的外围设有上密封橡胶圈2，以提供第二摩擦结构的密封，使第二摩擦结构保持良好的摩擦性能。

进一步地，为了提高密封能力，上橡胶密封圈2和下橡胶密封圈1形成一级密封结构，在一级密封结构的外围的上支座板6与下支座板9间设有由防尘围板12形成的二级密封结构。