专利名称：球面轴承装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种球面轴承装置，且尤其涉及一种在球体和轴承座之间具有空隙的球面轴承装置。
背景技术：
在球面轴承技术中，间隙是指在球体的支承面和轴承座之间沿着轴向和径向方向的距离。大多数金属-金属轴承在球体和轴承座之间具有较低转矩和合理的较大间隙。使用自润滑衬垫的自润滑轴承通常具有很小的间隙或没有间隙，但具有较高转矩。使用典型的金属-金属轴承不能满足需要很紧(低)的间隙且很小的转矩或没有转矩的应用。在这些应用中，除了在球体的支承面和轴承座之间很紧的配合或很低的间隙之外，还应在轴承和轴承座之间具有基本测不出来的转矩量-即0Nm的转矩。通过金属-金属轴承，很难在没有润滑的情况下达到这一目的。
具有紧密轴向间隙的紧配合金属-金属轴承与在球体和轴承座之间的低转矩或无转矩关系的组合对于某些应用具有巨大的益处。应该记住的是，低转矩或无转矩球面轴承并不是普通的具有良好轴向间隙的金属-金属轴承。对于这些应用，传统上可以使用自润滑球面轴承，其中自润滑衬垫安装到轴承座的内表面上以提供良好的低摩擦系数，但这里却有着轴向间隙，因为该自润滑衬垫自身能够弯曲且压缩，这意味着更高的轴向间隙。具有很低轴向间隙(良好轴向间隙)的紧配合的金属-金属轴承通常导致高转矩并需要经常的润滑，这或者是非常昂贵的，因为需要装配滑脂嘴，或者是不可行的，因为不能容易地经常接近球面轴承。
已知在轴承座的内表面上设置槽，这些槽能够运送润滑剂但存在一些问题，即，这些槽的锋利边缘能够损伤球体的平滑支承面从而增加磨损，且因为所述槽允许润滑剂在球体和支承面之间溢出，这意味着如果槽中的润滑剂要提供充分的润滑就需要将润滑剂加满。另外，当轴承座被锻造到球体上时，槽可导致薄弱点或弯曲点，从而降低了紧配合的质量。
可以将润滑剂供应到球体和轴承座之间的界面，但对于较小的轴承，这种供应过于复杂，因为必须使用滑脂嘴等对于小尺寸轴承基本不实际的装置。另外，不利的是仍然需要加满润滑剂。
发明内容
本发明的目的是提供不具有上述问题的球面轴承装置、制造该球面轴承装置的方法和用在球面轴承装置中的轴承座。
因此，本发明的一个方面提供了一种球面轴承装置，包括具有支承面的球体；以及保持该球体的轴承座，该轴承座具有一对由其中存有润滑剂的空隙相互分开的对立支承面。
优选地，该对对立支承面包括两个环形对立支承面，每个支承面都具有大致与球体的半径一致的半径，且与球体的支承面同心。
便利地，该空隙包括由以下元件限定的环形空间球体；以及轴承座在对立支承面之间的内表面。
有利地，轴承座在对立支承面之间的内表面是内凹的。
优选地，轴承座在对立支承面之间的内表面具有小于球体半径的半径。
便利地，该空隙提供了润滑剂的容腔，以润滑在球体的支承面和轴承座的所述一对对立支承面之间的界面。
有利地，该容腔是用于大量润滑剂的自保持且密封的容腔。
优选地，所述对立支承面的表面积小于球体的暴露于该空隙的表面积。
便利地，所述对立支承面是金属表面，且球体的支承面是金属表面。
本发明的另一个方面提供了一种用于球面轴承的球体的轴承座，该轴承座待围绕该球体被锻造到该球体上，该轴承座包括在锻造前的大致筒形结构，该结构具有沿着轴承座的中心轴线变化的厚度，其中该轴承座的端部比中部厚。
优选地，该轴承座的筒形结构具有内表面和外表面，在锻造前该外表面比内表面更加内凹。
便利地，在锻造前该内表面大体是直的，而该外表面是内凹的。
有利地，轴承座的朝向大致筒形结构的中部的较薄部分比该筒形结构的较厚端部更加柔韧，从而当围绕球体锻造轴承座时，轴承座的中部比轴承座的边缘变形更大，导致轴承座的限定支承面的边缘与球体的半径一致，且在轴承座与球体接触的支承面之间形成朝向锻造的筒形结构的中部的空隙。
本发明的另一个方面提供了一种形成球面轴承装置的方法，包括提供球体和待围绕该球体锻造到该球体上的轴承座，该轴承座包括在锻造前的大致筒形结构，该结构具有沿着轴承座的中心轴线变化的厚度，其中该轴承座的端部比中部厚；围绕该球体锻造轴承座，从而轴承座在由一空隙相互分开的两个对立支承面处与该球体的支承面接触。
优选地，该方法还包括步骤在锻造前在所述轴承座和球体之间提供一定量的润滑剂，从而在锻造后该一定量润滑剂的至少一部分留存在空隙中。
有利地，在锻造期间将所述球体和轴承座浸入到润滑剂中，从而使所述空隙充满润滑剂。
为了更容易地理解本发明，以下参考附图以示例的方式描述本发明的实施例，其中图1是实现本发明的球面轴承装置的剖视图，显示了球体和轴承座之间的界面；图2是实现本发明的轴承座在锻造之前的剖视图；以及图3是实现本发明的另一轴承座在锻造之前的剖视图。
具体实施例方式
参见图1，实现本发明的球面轴承装置1包括球体2，其具有球形支承面3和穿过该球体2的孔4。球体2保持在轴承座5中，该轴承座包括具有内表面6的大致筒形结构5。该内表面6包括两个环形对立表面7、8，它们与球体的支承面的半径一致，并与之紧密接触；以及内表面6的其余部分9，其将这两个对立支承面7、8彼此分开。内表面6的其余部分9比球体2的半径更加内凹，且因此与球体分开以在球体2和轴承座5之间预备且实质地形成空隙10。
如上所述，轴承座的内表面6在对立支承面7、8之间的其余部分9比对立支承面7、8自身更加内凹，该对立支承面7、8具有与球体2的球形支承面3的半径一致的半径。因此，轴承座的内表面6的其余部分9的半径比对立支承面7、8的半径更加紧密。
加工轴承座5的外表面11，以提供柱形外表面。
空隙10是用于大量润滑剂12的自保持且密封的环形容腔，且其并没有仅仅包含少量润滑剂，而是封闭了足够的润滑剂以在零件的整个寿命期间润滑支承面而不需要补充。这使得对立支承面7、8和球体2的支承面3被不断地润滑，而不需要昂贵且不实际的滑脂嘴，并允许得到的轴承装置1作为“装后即忘”的部件安装。
上述实现本发明的轴承装置1在部件并非用在润滑环境中的情况下理想地适合于“装后即忘”的安装。
优选地，球体2和轴承座5是金属部件，从而二者之间的界面(即，支承面)提供了金属-金属接触。实现本发明的金属-金属轴承的轴向间隙优选小于0.003微米，同时保持0Nm的转矩。
如图1所示，空隙10定位在两个尺寸相对相等的对立支承面7、8之间的中央，且球体的暴露于空隙10的表面积大于这两个对立支承面7、8的组合表面积。由于这两个对立支承面7、8为具有与球体2的很低轴向间隙的环形，因此它们提供了在空隙10任一侧的良好密封，从而保持了容腔的完整性并将润滑剂12保持在轴承座5和球体2之间，由此球面轴承装置1能够作为“装后即忘”的部件安装且不必加满润滑剂。因此，实现本发明的该球面轴承装置1能够大体作为自润滑轴承使用，而当然不需要任何自润滑衬垫或再次润滑。实现本发明的该球面轴承装置1提供了具有无间隙或极低间隙的低转矩轴承或无转矩轴承的可能性。
因为在对立支承面7、8和球体2之间极低的间隙，所以在球面轴承装置中没有可辨别的游隙，从而使得轴承具有希望的性质，即，无转矩或低转矩且无间隙或极低的间隙。
具有这样极低间隙的球面轴承装置有时被称作为“刚性的”。在上下文中，该术语是指整个轴承在连接到球体的部分和连接到轴承座的部分之间的高弹性模量。术语“刚性的”不是指在球体和轴承座之间存在转矩。通常，球面轴承会在球体和轴承座之间具有间隙(大缝隙)，或者是自润滑轴承(在球体和轴承座之间具有可压缩衬垫，该衬垫在压缩时能够使得间隙增大)。已经发现，当在交通工具的控制机构中使用具有该间隙或可压缩衬垫的轴承时，交通工具的驾驶员或领航员能够觉察到迟滞。相反，实现本发明的轴承装置为“刚性的”，因此驾驶员或领航员会感到该轴承装置好像是实心的，因此其具有相应的高弹性模量。因此，装有该刚性轴承的交通工具可以立即响应驾驶员的动作。
在本发明的优选实施例中，由轴承座的内表面6的一部分(其余部分9)形成该空隙，该部分在锻造后比对立支承面7、8更加内凹。也可以在轴承的内表面6的轮廓中设置槽或台阶，但应记住的是，当试图将大致筒形的轴承座呈杯形锻造在球体上以在对立支承面和球体之间提供低间隙时，该槽或台阶会提供弯曲点或薄弱点，这会使锻造扭曲，导致对立支承面和球体支承面不太好的配合。将轴承座5内表面6的更加内凹的部分9用作形成空隙10的方法，这消除了弯曲点或薄弱点，使得轴承座均匀锻造到球体上。
参见图2和图3，本发明的实施例包括一加工的轴承座5，其具有沿着轴承座的中心轴线厚度发生变化的大致筒形结构。厚度的轮廓使得轴承座在其端部比在中部厚。在较厚的端部和较薄的中部之间的过渡优选为平滑过渡，且没有任何形式的台阶。因此，在锻造前，轴承座5的筒形结构的相应内外表面6、11应该是线性或是曲线的。在将轴承座5锻造到球体2上之前，将优选为油脂的润滑剂12施加到球体2和轴承座5之间。在锻造后，大量润滑剂12会留存在空隙10内，并包括用于零件使用寿命的润滑剂。也可以在轴承座和球体浸入润滑剂的情况下执行锻造步骤，以保证在形成的空隙内有最大量的润滑剂。
如图2所示，用于轴承座的一个特别有利的结构使用大致平坦的内筒形表面和内凹的外表面。当这样的轴承座5呈杯形锻造到球体2上时，轴承座5的中部比端部更加弯曲，从而形成空隙10。将端部锻造到球体上，以在对立支承面7、8与球体2的支承面3接合时提供低间隙配合。当释放锻造压力时，轴承座5的端部会从球体2一定量地弹性退回，但即使是这个不利特征也通过采用轴承座5较薄的中部而减小到几乎消除的程度，从而有助于在对立支承面7、8与球体2的支承面3之间的低间隙。
在优选地使用杯形锻造技术将轴承座5锻造到球体2上之后，可将轴承座的外表面加工成提供一同心且柱形的外表面11，轴承座5可通过该外表面11装配到其它部件上，且还在一定程度上释放了在轴承座主体内的任何应力。图1显示了两个环形槽13、14，它们已经被加工在轴承座5外表面的上、下表面中。该轴承座5的外表面11已经被加工成提供用于与其它部件接合的柱形表面。
在说明书和权利要求书中使用的术语“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。
权利要求
1.一种形成球面轴承装置的方法，包括提供球体和待围绕该球体锻造到该球体上的轴承座，该轴承座包括在锻造前的大致筒形结构，该结构具有沿着轴承座的中心轴线变化的厚度，其中该轴承座的端部比中部厚，且在较厚的端部和较薄的中部之间为平滑过渡；围绕该球体锻造轴承座，从而轴承座在由一空隙相互分开的两个对立支承面处与该球体的支承面接触，该空隙用于保持润滑剂。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括步骤在锻造前在所述轴承座和球体之间提供一定量的润滑剂，从而在锻造后该一定量润滑剂的至少一部分留存在所述空隙中。
3.如前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在锻造期间将所述球体和轴承座浸入到润滑剂中，从而使所述空隙充满润滑剂。
4.一种用于球面轴承的球体的轴承座，该轴承座待围绕该球体被锻造到该球体上，该轴承座包括在锻造前的大致筒形结构，该结构具有沿着轴承座的中心轴线变化的厚度，其中该轴承座的端部比中部厚，且在较厚的端部和较薄的中部之间为平滑过渡；以及在锻造后，由一空隙相互分开的一对对立支承面，该空隙用于保持润滑剂。
5.如权利要求4所述的轴承座，其特征在于，该轴承座具有内表面和外表面，在锻造前该外表面比内表面更加内凹。
6.如权利要求4所述的轴承座，其特征在于，在锻造前所述内表面大体是直的，而所述外表面是内凹的。
7.如权利要求4到6中任一项所述的轴承座，其特征在于，该轴承座朝向所述大致筒形结构的中部的较薄部分比该筒形结构的较厚端部更加柔韧，从而当围绕球体锻造该轴承座时，轴承座的中部比轴承座的边缘变形更大，导致轴承座的限定支承面的边缘与球体的半径一致，且在轴承座与球体接触的支承面之间形成朝向锻造的筒形结构的中部的空隙。
8.一种球面轴承装置，包括具有支承面的球体；以及锻造的、大致筒形的、保持该球体的轴承座，该轴承座具有在锻造前，沿着轴承座的中心轴线变化的厚度，其中该轴承座的端部比中部厚，且在较厚的端部和较薄的中部之间为平滑过渡；以及在锻造后，由一空隙相互分开的一对对立支承面，该空隙用于保持润滑剂。
9.如权利要求8所述的球面轴承装置，其特征在于，所述一对对立支承面包括两个环形对立支承面，每个支承面都具有大致与球体的半径一致的半径，且与球体的支承面同心。
10.如权利要求8或9所述的球面轴承装置，其特征在于，所述空隙包括由以下元件限定的环形空间球体；以及轴承座在所述对立支承面之间的内表面。
11.如权利要求10所述的球面轴承装置，其特征在于，所述轴承座在对立支承面之间的内表面是内凹的。
12.如权利要求11所述的球面轴承装置，其特征在于，所述轴承座在对立支承面之间的内表面具有小于球体半径的半径。
13.如权利要求8到12中任一项所述的球面轴承装置，其特征在于，所述空隙提供了润滑剂的容腔，以润滑在球体的支承面和轴承座的所述一对对立支承面之间的界面。
14.如权利要求8到13中任一项所述的球面轴承装置，其特征在于，所述容腔是用于大量润滑剂的自保持且密封的容腔。
15.如权利要求8到14中任一项所述的球面轴承装置，其特征在于，所述对立支承面的表面积小于球体的暴露于所述空隙的表面积。
16.如权利要求8到15中任一项所述的球面轴承装置，其特征在于，所述对立支承面是金属表面，且球体的支承面是金属表面。
17.一种球面轴承装置，其基本上如前面参考附图所描述并如附图所示。
18.一种轴承座，其基本上如前面参考附图所描述并如附图所示。
19.一种形成球面轴承装置的方法，其基本上如前面参考附图所描述并如附图所示。
全文摘要
一种球面轴承装置，包括具有支承面的球体；以及保持该球体的轴承座，该轴承座具有由一空隙相互分开的一对对立支承面，在该空隙中存有润滑剂，以提供用于该装置整个使用寿命的润滑剂的预备且自保持的容腔。
文档编号F16C11/06GK1737390SQ20051009060
公开日2006年2月22日 申请日期2005年8月15日 优先权日2004年8月20日
发明者史蒂夫·埃萨姆, 保罗·史密斯 申请人:美蓓亚株式会社