本发明涉及轴承领域，尤其涉及具有多个接触面，而且当所述多个接触面接触且相对运动时可产生大致恒定转矩的关节轴承。
背景技术：
现有关节轴承一般由外圈以及可在该外圈内转动的球体构成。所述外圈具有可容纳该球体并将该球体保持于其中的一内表面。对于外圈和球体均由金属制成的现有关节轴承而言，有时需要在该球体的外球面以及所述外圈的凹形内表面之间加入润滑剂，以延长轴承的使用寿命。此外，也可以使用不同材料分别形成所述外圈和球体，在此情况下，可将球体的外球面和外圈的凹形内表面当中的某一个面制成本身具有润滑效果的光滑面。
技术实现要素：
在本发明的一个方面，提供一种由以可旋转方式与一外圈接合的弹性球体构成的关节轴承。所述弹性球体内定义有一个至少部分贯穿其中且可容纳一轴体或其他部件的开孔。所述外圈具有用于和所述弹性球体的至少部分外表面匹配接合的一内接合面。所述弹性球体设置于所述外圈内，且与所述内接合面相接合，使得当所述弹性球体相对于所述外圈滑动(如，回转)和/或旋转时，所述弹性球体的直径产生变化，从而使所述关节轴承保持基本恒定的转矩。
在本发明的另一方面，所述弹性球体包括两个相互接合的半球体。所述弹性球体内定义有一个贯穿其中且用于容纳轴体的通孔。所述外圈具有用于和所述弹性球体的外表面匹配接合的一内接合面。在使用时，所述弹性球体以直径可变的方式相对于所述外圈滑动和/或旋转，从而使得所述关节轴承保持基本恒定的转矩。
在本发明的另一方面，所述关节轴承包括：具有整体呈半球状的喇叭状突起的一轴体，所述喇叭状突起上具有一承接面；一弹簧垫圈，设置于所述轴体上且和所述承接面相接合；以及一半球体，内部形成有用于容纳所述轴体的开孔。当所述半球体的一部分抵靠所述弹簧垫圈时，所述喇叭状突起便和所述半球体形成一球体。该球体设置于外圈内且与所述外圈的内接合面以可旋转的方式相接合。当所述球体相对于所述外圈滑动和/或旋转时，所述球体的直径(至少在沿所述轴体的轴向上)产生变化，从而使得所述关节轴承保持基本恒定的转矩。
以上可知，在上述所有的关节轴承中，所述球体的形状在轴承使用时可产生变化，以使施加于所述外圈内表面上的压力保持恒定，从而可使所述关节轴承在使用时保持恒定转矩。
附图说明
图1为本发明第一实施例关节轴承的侧面剖视图。
图2为图1所示关节轴承的端视图。
图3为本发明关节轴承球体的立体图。
图4为插通图3所示球体的一轴体的立体图。
图5为本发明关节轴承设置于轴体上时的剖视图。
图6为本发明第二实施例关节轴承球体的分解立体图。
图7为本发明第二实施例关节轴承剖视图。
图8为图7所示关节轴承设置于一轴体上时的剖视图。
图9为本发明第三实施例关节轴承半球体的立体图。
图10为与图9所示关节轴承配套使用的一轴体的立体图。
图11为图9所示关节轴承设置于图10所示轴体上时的剖视图。
图12为图1所示关节轴承与现有关节轴承的动转矩变化比较图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明第一实施例的一关节轴承被标注为标号10，以下通称为“轴承10”，轴承10可以在使用过程中保持恒定转矩。
轴承10包括设置于一外圈14内的一球体12。所述外圈14呈环状，且具有形状和球体12外表面15相匹配的内接合面16。外圈14包括沿其边缘周向而形成的一唇状凸缘20，在其中可设置密封套。
在使用过程中，球体12与所述内接合面16保持接合。球体12包括一贯通球体的通孔18，用于容纳轴体的一部分。球体12可由氮化硅、碳化硅、金属锆等合适的材料制成，但不限于以上各材料。同样的，外圈14可由钢或合金钢、铝或铝合金、镁或镁合金等合适的材料制成，但不限于以上各材料。虽然以上将通孔18描述和图示为贯穿球体12的通孔，但是本发明并不限于此。在其他实施例中，通孔18也可以只延伸至球体内部的某一位置。
如图3所示，球体12整体呈内部具有通孔贯穿其中的一圆柱形结构。该圆柱形结构具有外球面24，且沿该圆柱形结构长度方向形成一狭缝30。所述狭缝30可使球体12具有弹性且能够沿径向以可复原的方式膨胀。也就是说，由于球体12具有弹性，能够膨胀且可复原至其原始状态，因此球体具有形状可变的特性，具体而言，球体12的直径可随其径向膨胀程度的不同而变化。
参考图3和图4，在第一开口26和位于狭缝30相反一侧的第二开口28的边缘上定义有锚合点34。在此锚合点上，球体12可被焊接，或用于将球体连接于贯通其中的轴体40(见图4)上，将球体12在锚合点34上进行连接可以保证球体12和轴体40之间不会发生相对滑动。此处需要说明的是，本发明不局限于将所述球体设置于轴体上，还可以将所述球体设置于其他任何合适的部件上。
如图5所示，在将外圈14设置于球体12上后，还可在外圈14和轴体40上设置密封套44。每个密封套44包括形成在其一端的第一卡棱46，所述第一卡棱卡入所述沿周向形成于外圈14一侧边缘处的唇状凸缘20内，每个密封套44还包括形成在其环状结构另一端的第二卡棱48，所述第二卡棱可通过一弹性部50的压缩相对于第一卡棱46运动。弹性部50的压缩使得第二卡棱48“张开”于轴体40表面上进而“卡入”绕轴体外表上形成的凹槽52内，从而将外圈14固定于轴体上。
如图6-8所示，本发明第二实施例的一关节轴承被标注为标号110，以下通称为“轴承110”，轴承110也可以在其各部件相对于轴体140运动时保持恒定转矩。
如图6所示，关节轴承110包括由第一半球体112和第二半球体113组成的弹性球体111。每个所述半球体具有第一边缘117和第二边缘119，所述第一半球体112的第一边缘117和第二边缘119可以分别与第二半球体113的第一边缘和第二边缘相匹配，使得所述两个半球体相互接合成具有一外球面124的弹性球体，且这两个半球体可将两个端部打开容纳轴体140。此外，端部可打开的该弹性球体可环设于轴体140之外并被保持于外圈114之内。在安装时，第一半球体112和第二半球体113之间形成一通孔118。在所述第一半球体112和第二半球体113的内凹面上具有供销体或套筒(见图7和图8中的164)插入的开孔160。所述销体或套筒可用于连接所述两个半球体，和/或用于将两个半球体连接于轴体140。此外，在每个开孔160周围还可以形成一平底部162，以便安置用于支撑所述销体或套筒的安装环等元件。
参考图7和图8，通过将所述第一半球体112和第二半球体113设置于轴体140外周并置于外圈114内可容易地将两个半球体接合成所述球体111。如图所示，两销体164的第一端由安装环166支撑且分别置于第一半球体112和第二半球体113的开孔中，两销体或套筒164的第二端置于定义了贯穿轴体的通道168的一孔中。如图8所示，在将外圈114设置于轴体140上后，还可以可选地在外圈114和轴体140上安装密封套144，以将外圈，第一半球体112，以及第二半球体113固定于轴体140上。
如图9-11所示，本发明第三实施例的一关节轴承被标注为标号210，以下通称为“轴承210”，轴承210也可以在其各部件相对于轴体运动时保持恒定转矩。
轴承210包括一轴体240，所述轴体具有一形成于其两端之间的喇叭状突起213。轴承210还包括一半球体212(见图9)，所述半球体定义为从一个完整球体上截取的一部分，一片或一段，也可大致呈半球状且具有一外球面224和用于容纳轴体240的通孔218。轴体240(见图10)的喇叭状突起213和半球体212大致呈镜像对应关系，也大致为半球状且具有一球面225。此外，喇叭状突起213还具有一承接面227。
参考图11，轴承210的组装包括：先将一弹簧垫圈230置于轴体240的喇叭状突起213上并使其抵靠承接面227；然后将半球体212抵靠弹簧垫圈230，从而大致接合成一球体。和上述两实施例相同，还可以可选地在外圈214和轴体240上安装密封套244，从而将外圈214以及半球体212固定于轴体240上。
实例
轴承10的测试在循环工况测试台上进行，对轴承10施加18兆帕(mpa)的压力并对其进行旋转和回转。其中旋转是将球体12相对于外圈14绕轴向转动12±10度，回转是将球体12相对于外圈14绕径向转动±3度。轴承10在频率1.7hz、恒定载荷下摆动(每次摆动包括旋转和回转)4,000,000个周期后的稳定性进行了测试。如图12所示，在摆动4,000,000个周期后，现有关节轴承的转矩几乎减小至零，而轴承10的转矩仍保持恒定。
虽然以上通过具体实施例对本发明进行了描述，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对其作出多种变化以及使用同等物代替其各种要素。此外，在不脱离本发明基本范畴的情况下，还可以根据本发明的启示，针对特定情形或材料作出改进。因此，本发明的权利保护范围并不局限于以上所揭示的各具体实施例，而应包含所有落入所附权利要求书范围的实施方式。