公差环组件的制作方法

专利名称：公差环组件的制作方法
背景技术：
发明领域本发明涉及公差环组件，其中公差环在组件的零件之间提供过盈配合，第一零件具有位于第二零件的圆柱形孔中的圆柱形部分。具体而言，本发明涉及具有公差环的组件，该公差环在例如轴或轴承之类的圆柱形元件和轴壳之间提供过盈配合。
现有技术概述改进的工程技术导致了对机械零件的更高精确度要求，提高了制造成本。为了在如滑轮、飞轮或传动轴之类的应用中传递转矩，而使用压配合、花键、销或者键槽的地方需要非常严格的公差。
公差环可用来在需要传递转矩的零件之间提供过盈配合。公差环提供了一种在可能未被加工至精确尺寸的零件之间提供过盈配合的低成本手段。公差环有许多其他潜在的优点，例如补偿零件之间膨胀的不同线性系数、允许进行快速设备装配和提供耐用性等。
公差环一般包括弹性材料条，例如像弹簧钢之类的金属，该弹性材料条的端部组合在一起以形成环。突起带从环径向向外延伸或朝环的中心径向向里延伸。通常，突起是构形物，可能是规则的构形物，例如波纹、脊或波状物等。
当将环置于，例如介于轴和轴所处的壳中的孔之间的环形空间中时，突起就会受到压缩。每个突起都充当弹簧，在轴和孔的表面施加一个径向力，在轴和壳之间提供过盈配合。由于公差环传递转矩，所以壳或轴的旋转会引起轴或壳中另一个进行相同的旋转。一般地，突起带沿着轴向的两侧是公差环的没有构形物的环形区域(在本领域称为公差环的“未构形区域”)。
虽然公差环通常包括弹性材料条，该弹性材料条被弯曲以使得能通过将该条的端部重叠来容易地形成环，但是公差环还可被制造为环状带。下文中使用的术语“公差环”包括两类公差环。下文中使用的术语“轴”包括任何带有圆柱形部分的装配元件，例如轴或轴承等。
在使用公差环的零件的装配过程可能会出现问题。由于公差环在装置中需要紧配合，所以环和装置的各个零件之间可能会存在磨损，这将从受影响的零件表面磨掉小的碎屑。这些碎屑在本技术领域中被称为颗粒。特别是，当突起的、位于环的带末端的部分相对于装置的零件滑动时会产生颗粒。在某些装置中，例如在清洁度是必需条件的计算机硬盘驱动器中，由于颗粒会有害地影响设备的功能，非常不希望有颗粒产生。
如果壳的材料(例如铝)比轴的材料(例如钢)软，则可能期望在装配过程中使突起相对于轴滑动，以将颗粒产生减至最少。通常地，对于这种布置，公差环的突起指向内。
然而，对于包括轴承的装置，还可能期望轴承带有装配于其上的公差环，并且突起接合壳中轴承的表面，即突起指向外。在公差环将来自壳的转矩分布到轴承上的情况下，这种布置可能是有用的，因为载荷均匀分布在由公差环提供的轴的大接触区域上。在表面区域未达到最大的情况下，例如当突起接合处于载荷下的轴承时，则可能会有问题，产生被称为“转矩波动”的效应，在这种情形下轴承中的转矩不以连续水平产生。优选的是，将载荷分布在尽可能大的区域上，例如公差环的突起的底部。
在孔中提供一个带有向外突起的公差环并将轴装配到环中可能是有利的。在这种布置中，虽然由于突起不相对装置元件滑动而可减少颗粒产生，但因公差环和轴之间的紧配合之故，在装配过程中轴端会摩擦公差环的环缘，所以仍然会产生颗粒。
可替换地，将带有向内突起的公差环装配到轴上并将轴和公差环插入孔中可能是有利的。虽然向内突起不摩擦孔的表面，但因环和壳之间的紧配合之故，当公差环的环缘摩擦壳中的孔的边缘时也会产生颗粒。
因此，减少或消除颗粒产生的需要会对所使用的公差环的类型施加限制。就装置的运行而言，使颗粒产生减至最少的公差环可能并不是最好的选择。

发明内容
因此，最一般地，本发明提出公差环具有导向部分，该导向部分限定了相对公差环的轴线倾斜的表面，当将公差环插入孔中时或当将轴安装到公差环中时，公差环充当导向器。在前者的情形下，所述表面将向外倾斜，而在后者的情形下，所述表面将向内倾斜。在两种情况下，导向部分都有助于各个元件的装配，但减少或消除了颗粒产生。
因此，根据本发明的第一方面，可以提供一种公差环，包括具有波纹形突起的弹性材料带，该波纹形突起从所述带径向向外延伸或者朝着所述带的轴线径向向内延伸；和导向部分，该导向部分与所述带邻接并从所述带轴向延伸，其中所述导向部分包括至少一个相对于所述带的轴线倾斜的导向面，使得当波纹形突起径向向外延伸时导向部分的导向自由端比所述带的开口宽，当波纹形突起径向向内延伸时导向部分的导向自由端比所述带的开口窄。
所述至少一个导向面相对所述轴线的倾斜角沿着所述导向面的长度方向可以是恒定的，这样导向面限定了截头圆锥体的主要部分。可替换地，倾斜角可变化，这样导向面在轴向截面内是弯曲的。
本发明的一个优点是即使环和孔存在轴心差，环仍可在孔中正确装配。
公差环可由任何适合的弹性材料制成，优选的是金属，更优选的是弹簧钢。
导向部分可从环带的整个圆周延伸。可替换地，导向部分可从公差环的圆周的至少一段延伸。
导向部分的导向面可相对于公差环的带的内表面向外张开。在一个实施方案中，导向面从带向外张开以在公差环的一端限定入口，其中入口的周长或圆周比公差环的带的圆周大。导向部分提供了从环带延伸的漏斗状物，其导向面与带的轴线成一角度。
便利的是，导向部分的导向面无阻碍的程度足以引导轴被轴向地插入导向部分中、进而被插入带中。如果轴和公差环的轴线存在轴心差，则当轴被插入带中时，导向部分的导向面用来将轴和带轴向对准。导向部分可包括基本平行于环的轴线的壁，例如在入口附近。
优选地，导向部分的入口为圆形或椭圆形。入口可与带同轴。入口形状可为矩形或正方形。
优选地，入口平面基本垂直于公差环的轴线。可替换地，开口平面可相对环的轴线倾斜，入口的一段比入口的其他部分在轴向上更接近带。
可替换地，导向部分的导向面朝着环的轴线逐渐变小以使带的开口变窄或闭合。导向面由导向部分的外表面提供。理想地，导向面无阻碍的程度足以允许将公差环引导到壳的孔中，使得壳的孔与公差环的带同轴。
理想地，本发明的任何导向部分的导向面都足够光滑，以防止当导向面在轴和/或壳中的孔的进口上摩擦或滑动时产生颗粒。因此，本发明的一个可能的优点就是当将公差环插入孔中和/或装配到其他例如像轴这种装置上时，通常所会产生的颗粒会减少。
本发明的公差环特别适合于不期望有颗粒产生的装置，例如计算机的硬盘驱动器。另外，或者，本发明在如下情形下尤其有用，即将公差环载荷分布在一个元件上的尽可能大的区域上是有益的，而该元件必须插入公差环中或套在公差环上。
这样一个装置可包括一个壳，该壳包括孔，本发明第一方面的公差环被装配到该孔中，使得公差环的带与孔同轴，并且导向部分朝着孔口延伸并张开。环的突起优选地径向向外延伸以接合孔的表面。轴可以经由导向部分所提供的入口被插入环中以被环夹紧。带的内径适合于夹紧轴。理想地，带的内径基本与轴的直径相同。
开口的周长或圆周可具有足以允许其容纳在孔中的尺寸，这样导向部分的任何部分都不伸出壳外。
可替换地，归因于导向部分的开口尺寸和/或轴向长度，当环在使用中时，导向部分的部分或整个导向部分可处于壳外。可替换地，导向部分可处于壳内，使得导向部分的入口与壳的外表平齐。优选地，导向部分的入口尺寸和形状与孔的口相同。
壳可以是硬盘驱动器的驱动臂。该驱动臂可相对轴承或轴承组件枢转。
该装置可包括一根轴，本发明的公差环被装配到该轴上，其中环的突起优选地径向向内延伸。公差环可被装配在轴的周缘上，使得突起接合并夹紧轴。导向部分轴向地远离轴端延伸，并逐渐减小以使带的开口变窄或闭合。导向部分优选地使带的开口变窄，但优选地不逐渐减小为一个点。可替换地，导向部分可逐渐减小为一个点，使得公差环起轴端盖的作用。不论导向部分的具体形状为何，导向部分的导向面都允许环(或轴)被插入壳的孔中，使得公差环的带在孔中同轴放置。带的外径足以在带和孔之间建立滑配合。理想地，带的外径基本与孔的直径相同。
可替换地，该装置可包括具有孔的壳、轴和本发明第一方面的公差环，其中轴的至少一部分置于孔中，并且公差环的带在孔中轴的所述部分和孔的表面之间同轴放置。
优选地，该装置是硬盘驱动器，轴是轴承或轴承配件，壳是驱动臂。优选地，驱动臂围绕轴承或轴承组件枢转。优选地，轴承或轴承组件保持固定。
可替换地，该装置可为例如EPAS或转向盘柱锁这样的转矩限制装置、发电机、离心泵、鼓风机、风扇、起重机、木工机械或纺纱机械、机床、振动机或破碎机，其中在转矩限制装置中在环和另一个表面之间发生滑动。
该装置可这样装配将本发明第一方面的公差环装配到轴上，使得环的向内延伸突起夹紧轴，导向部分在远离轴的方向上逐渐变细，导向部分使带的开口变窄或闭合；以及，将轴和环插入壳的孔中，使得导向部分轴向地通到孔中，这样轴/公差环在孔内同轴放置，并且带被加工到足以在带和孔的表面之间提供紧配合的尺寸。
导向部分的导向面可修正轴/环和孔之间的任何轴心差。
可替换地，该装置可这样装配将本发明第一或第二方面的公差环装配到壳的孔中，使得公差环的向外延伸突起接触壳的表面，其中公差环的带被加工到适于接收和夹紧轴的尺寸，导向部分朝着孔的入口延伸，加宽带的开口；以及，将轴插入导向部分，使得轴滑入带/孔中以在环和轴之间实现过盈配合。
导向部分的导向面可修正轴和公差环/孔之间的任何轴心差。
在孔口处可以存在相对于孔的主要部分的侧面的倒角或扩口。该倒角充当另一导向器，尤其是在公差环被插入孔中之前就被安装到轴上的实施方案中。这种倒角就其本身而言是已知的。
本发明的还一个方面提供了制造第一方面的公差环的半成品。该半成品包括弹性材料条，在弹性材料条上形成波纹形突起，并使导向部分相对于该带的其余部分的平面倾斜。随后，可将得到的半成品弯曲成对应于第一方面的公差环的大体环形形状，条的端部之间存在缝隙。
附图简述现在将参照附图，通过例子详细描述本发明的实施方案，其中

图1在横截面中显示了即将插入硬盘驱动器的可枢转驱动臂中的孔中的轴承和已知公差环；图2在横截面中显示了另一个带有向外突起的已知公差环以及即将插入该公差环中的轴承，该公差环位于驱动臂中的孔内；图3在横截面中显示了另一个带有向内突起的已知公差环以及即将插入该公差环中的轴承，该公差环位于驱动臂中的孔内；图4在横截面中显示了位于驱动臂中的孔内的本发明的公差环以及即将插入该公差环中的轴承；图5在横截面中显示了又一个已知公差环，该公差环被安装到轴端并且即将被插入壳内的孔中；和图6在横截面中显示了本发明的公差环，该公差环被安装到轴上并即将被插入壳内的孔中。
具体实施例方式
在描述本发明的实施方案之前，理解常规布置是有益的。因此，图1-3图解了如何用已知公差环来将轴安装到孔中。
因此，如图1所示，带有朝外突起的已知公差环围绕轴承3或轴承组件3(在下文中称为轴承3)安装，所述突起具有波状物2的形式。轴承3和公差环1构成子组件，如图1中箭头6所示，该子组件被轴向地插入壳体的孔4中，该壳体可以是硬盘驱动器的驱动臂5。公差环1的未构形的环形部分7没有径向突起，轴向地位于波状物2的两侧。由于待安装到轴承上的公差环的直径可通过使构成公差环的条的端部的重叠量不同来进行改变，所以在本技术领域中，带有朝外突起的公差环一般称为S.V环(轴变量(Shaft Variable))。环1的波状物2弹性地接合孔4的表面8。
当子组件被插入孔4中时，公差环1的波状物2受压缩。轴向地位于波状物2两侧的、公差环1的未构形部分7防止波状物2的节距发生变化，只允许每个波状物发生弹性变形。在孔4的表面8和轴承3之间产生径向力。因而，公差环1提供过盈配合。
在装配过程中，公差环1的波状物2相对孔4的表面8滑动。波状物与表面8的磨损会导致从孔4的表面8上磨掉壳5的小碎屑(并可能导致公差环1的小碎屑被磨掉)。如果驱动臂5的材料比环1的波状物2的材料软，则这个问题就变为复合问题。在本技术领域中，碎屑被称为颗粒，它能有害地影响将公差环1安装到其上的装置的操作。在该实施例中，由于清洁度对硬盘驱动器的正常运行很重要，所以是非常不希望有颗粒的。
另一种公知装配方法包括将公差环1插入孔4中，使得公差环1在孔4中同轴放置。如图2中箭头9所示，将轴承3插入孔4中并滑入公差环1中。当将轴承3轴向地插入环1中时，轴承3会壅塞在环的边缘10上，导致环1和/或轴承3的碎屑被磨掉。在本技术领域中碎屑被称为颗粒。
对于图3所示出的实施例，当使用带有向内延伸的突起的公差环时也会产生颗粒。带有向内延伸的波状物2的公差环11在驱动臂5的孔4中同轴放置，环的侧面接合孔4的表面8。这种环被称为H.V.公差环(壳变量(Housing Variable))。如图3中箭头12所示，将轴承3轴向地插入环11中。轴承3相对波状物2移动。由于轴承3是由比驱动臂5硬的材料制成的，所以颗粒产生较有限。
使用带有向内延伸的波状物的公差环的布置可能并不适合所有类型的装置，例如期望将轴承上的载荷分布在比波状物的顶所能提供的区域更大的区域上的装置。为了将装配过程中的颗粒产生减至最少的要求而强加一种对装置而言不是最佳的工作配置是不合需求的。
在计算机硬盘驱动器中，使用带有向内延伸的波状物的公差环(H.V)的布置是不合需求的，这是由于为了避免转矩波动，载荷必须分布在轴承上尽可能大的区域上。此外，如图1和图2所示，用具有向外延伸的波状物的公差环(S.V)时，硬盘驱动器中所需要的轴向对准通常会更好。然而，制造商可能使用实施例3中描述的H.V环和装配方法，因为它可以将装配过程中的颗粒产生减至最少。颗粒将有害地影响硬盘驱动器的功能。
如前面已经提及的，根据本发明的公差环以提供相对于公差环的轴线倾斜的导向部分的方式对已知的公差环进行了改进。现在将参考图4描述本发明的第一实施方案。这个实施方案的公差环的一些特征与前面描述的公差环相同，并且相应的部分将用相同的参考标号指示。
作为本发明的第一实施方案的公差环13使带有向外的波状物2的公差环能使用于装置中，但将由图1、图2和图3中所示的布置引起的颗粒产生减至最少或予以消除。公差环13包括图4中用14总体标出的导向部分。导向部分14象一个朝着孔4的进口张开的漏斗。导向部分包括张开的导向面，从环13的带16朝着孔4的进口轴向延伸，该导向面在图4的横截面中用15a、15b标出。
导向面15a和15b为环13的带16提供一个扩大入口用以接收轴承，消除了如实施例2中所描述的环的边缘上的壅塞。即使轴承3和环13存在一定的轴心差，导向面15a和15b也光滑到足以将轴承3导入环13中。由于在装配过程中，环13的波状物2不磨损任何表面，并且轴承3的端部不磨损环13，所以避免了颗粒产生。对于硬盘驱动器来说，使用S.V.型环的布置是优选的。
使用带有朝内突起的公差环也是已知的。如图5所示，可以将该环装配到轴端并插入壳内的孔中。将具有朝内突起2的公差环17装配到轴18上，并将轴18和环17轴向地插入壳19的孔4中。由于环17的直径与孔4的直径相似，所以环17壅塞在孔4的边缘20上，从环17和/或壳19上产生颗粒。
这种已知的公差环可以与第一实施方案类似的方式通过提供倾斜导向部分来进行改进，只是倾斜角向内而不是向外。图6中示出了这种实施方案，参考数字还用来表示相应的部分。第二实施方案的公差环21装配在轴18上，并被轴向地插入壳19的孔4中。环21包括波状物形式的向内突起，用以夹紧轴18。
该环包括在图6中用22总体标出的锥形导向部分，其从环的带23远离轴18轴向延伸。导向部分包括在图6的横截面中用24a和24b标出的导向面，其朝着环的轴线倾斜以使带23的开口变窄。在装配过程中，导向面24a和24b轴向地通到孔4中。导向面提供对轴承和孔的轴心差的修正。导向部分防止环壅塞在孔20的边缘上，减少或者甚至消除颗粒产生。
在以上描述的实施方案中，孔4具有直侧壁。尽管导向部分的存在使得倒角好处很少，但在孔的两端开倒角也是可能的。
虽然本发明的公差环可用于硬盘驱动器，但本发明还有许多其他应用，例如任何使用公差环的装置。在实施例中，硬盘驱动器具有可绕轴承或轴承组件枢转的驱动臂。一般而言，驱动臂在一端具有电子传感器，用于读和写存储在媒体磁盘上的数据。该臂围绕垂直于媒体磁盘和臂的旋转平面安装的固定轴枢转。
通常，枢轴机构包括一个中心轴和一个或多个围绕该轴的滚动体轴承。每个滚动体轴承都包括一个连接到轴上的内座圈、一个围绕内座圈同轴定位的外座圈和多个位于内座圈与外座圈之间的环形空间中的滚动体。这样的组件通常被称为轴承筒组件(bearing cartridgeassembly)。外圆柱或套可环绕一个或多个轴承的外座圈或多个座圈。虽然这种硬盘驱动器是一种典型布置，但本技术领域的技术人员应该理解的是，还存在可应用本发明的其他可能的布置。
权利要求
1.一种公差环，包括具有波纹形突起的弹性材料带，该波纹形突起从所述带径向向外延伸或朝所述带的轴线径向向内延伸；和导向部分，该导向部分与所述带邻接并从所述带轴向延伸，其中所述导向部分包括至少一个相对于所述带的轴线倾斜的导向面，使得当波纹形突起径向向外延伸时所述导向部分的自由端比所述带的开口宽，当波纹形突起径向向内延伸时所述导向部分的自由端比所述带的开口窄。
2.根据权利要求1的公差环，其特征在于，所述至少一个导向面相对于所述轴线的倾斜角沿着所述导向面的长度方向是恒定的。
3.根据权利要求1或2的公差环，其特征在于，所述导向部分从所述带的整个圆周延伸。
4.一种装置，包括其上具有孔的壳，孔中的轴，以及根据前述任一权利要求的、其中突起从带径向向外延伸的公差环，轴被接收在带中，突起接合孔的壁。
5.一种装置，包括其上具有孔的壳，孔中的轴，以及根据前述任一权利要求的、其中突起从带径向向内延伸的公差环，突起接合轴，带接合孔的壁。
6.一种装配装置的方法，包括将根据权利要求1到3中任意一项的公差环插入壳内的孔中，所述公差环的突起径向向外延伸，当所述公差环被插入孔中时，突起接合孔的壁；将轴端插入所述公差环的导向部分中；以及将轴沿着带的轴线移入带中，使得带接合轴。
7.一种装配装置的方法，包括将根据权利要求1到3中任意一项的公差环安装在轴上，所述公差环的突起径向向内延伸以接合轴；将所述公差环的导向部分插入壳内的孔中；以及将轴和所述公差环轴向地移入孔中，使得带接合孔的壁。
全文摘要
公差环具有带有向外延伸的波纹形突起的带(16)，所述波纹形突起形成波状物(2)，该波状物(2)接合壳(5)中的孔(4)的表面(8)。在公差环的一端是从带(16)轴向延伸的、向外张开的导向面(15a，15b)。导向面(15a，15b)充当带(16)的扩大入口，以便通过将轴(3)插入公差环中来将轴(3)安装到孔(4)中。导向面(15a，15b)的使用有助于装配并减少或消除颗粒产生。还有可能的是，波纹形部分向内延伸，导向面向内扩张，并且公差环在被插入孔中之前被安装在轴上。
文档编号F16C35/02GK1774580SQ200480010331
公开日2006年5月17日 申请日期2004年4月16日 优先权日2003年4月17日
发明者N·S·伍德黑德, A·R·斯莱恩 申请人:兰科容隙环有限公司