专利名称：安装装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将机械元件安装在轴上的安装装置，它是以这种方式安装的轴的转动可将其全部转矩传递给机械元件而没有动力传递损耗。具体地讲，本发明的装置具有一种用于安装带有锥形孔的机械元件的改进的安装装置，因而可以在该轴上沿其轴向和周向对机械元件进行无级调节，并可在安装于轴上之后将该机械元件保持在一个固定的轴向位置。
背景技术：
用于把机械元件，如滑轮和齿轮安装在轴上的装置的用途是众所周知的。
一个难题是，现有用于把具有锥形孔的机械元件安装在圆柱形轴上的装置使用起来很笨重。例如，有些装置需要多个部件的组合和几个螺钉的调整，而另一些装置则需要对安装机械元件的轴进行改进。
经常遇到的另一个难题是，当机械元件被安装在轴上时，需要将该机械元件精确定位于轴上的固定的轴向位置上。当安装装置被紧固以及机械元件由于该元件的锥形孔而出现沿着锥形安装表面轴向滑动的倾向时会遇到这一难题。
发明概述根据本发明，提供了一种便于使用的安装装置。该装置使得机械元件的安装仅通过拧紧一个螺母即可实现摩擦接合，而且还能保证通过松开同一螺母而脱开。该螺母能够有效地松开通过拧紧它所产生的摩擦接合。另外，本发明装置在设计上结构简单，而且生产费用也较低。
本发明还解决了将机械元件保持在一个固定位置上的难题。一旦安装好，该装置就将机械元件保持在相对轴的固定的轴向位置上。
一种用于将具有锥形孔的机械元件同轴地安装在一个圆柱形轴上的装置，它包括一个用于环绕该圆柱形轴的内套筒。该内套筒具有一个锥形的外表面和一个直径与圆柱形轴的直径相当的内孔。该内套筒包括一个沿内套筒纵向延伸的轴向槽，使得内套筒的内孔能够收缩。在内套筒的一端还有外螺纹。
一个用于环绕内套筒的外套筒包括一个其锥角与内套筒的锥形外表面相当的锥形内表面。该外套筒的锥形外表面与机械元件的锥形孔相应。在将机械元件安装在轴上的过程中，一个支柱将机械元件的运动限制在极限位置上。一个轴向槽沿着外套筒纵向延伸，使得外套筒的锥形外表面能够扩张。
一种螺母，它具有与内套筒的外螺纹接合的内螺纹，并有一个圆形的正向驱动的表面，这样，当转动时该螺母可使得内套筒在一个方向上相对于该螺母轴向位移。该螺母的正向驱动表面与外套筒接合并使得外套筒在与内套筒相反的方向上实现轴向位移。内、外套筒的相对移动，使得内套筒的内孔向着圆柱形轴收缩，并使得外套筒的锥形外表面向着机械元件的锥形孔扩张，从而把该机械元件同轴安装在圆柱形的轴上。
附图简述当结合附图阅读以上概述和以下对本发明的优选实施例的详细说明时，可以更好地理解本发明，其中
图1是处于用来把机械元件连接到轴上的本发明安装装置的不完整的分解透视图；图2是从图1的右手看该组合的安装装置的端视图；图3是沿图2中不规则的剖面线3-3的横剖视图；图4是除去了轴的本发明安装装置的第二个实施例的横剖视图；和图5是除去了轴的本发明安装装置的第三个实施例的横剖视图。
实施例的详细描述参见图1-3所示的安装装置的实施例，该安装装置被设计用于将机械元件11的套管安装在圆柱形轴12上。在该实施例中，机械元件11有一个光滑的锥形孔13(见图1和3)，其轴线与轴12的圆柱形表面14的轴线重合。该安装装置被设计成位于孔13和表面14之间并可扩张，以确保将元件11沿轴12的轴向固定在该轴的任何需要的位置上，并且在所示实施例中可位于绕该轴的任意角位置上。
该安装装置包括一个分割式内套筒21、一个分割式外套筒22和一个锁紧螺母23。内套筒21为管状，具有一个直径与表面14的直径相当的内圆孔25，与表面14相比，孔25的直径应足够大，使得套筒21可在轴12上沿轴向和周向自由滑动。通过开纵向槽27的方式将套管21制成若干分割部分26，纵向槽27由图1和3的左手端沿套筒的轴向纵向延伸。只有槽27a沿一条由另一端29向里隔开的线结束。在图1-3的实例中套筒21的右手端21处，槽27的末端在与通槽27a的结合部形成一个开环部分。在末端29处，开环的轴向长度足于在分割部分26在套筒的另一端30向内或向外径向偏转时保持套管21的完整性。开环部分可以避免综合应力，在重复使用时这种应力会引起内套筒21疲劳。如图所示，在套筒21的末端29处所开的外螺纹用31表示，在该装置实施例中的上述螺纹从右手端29沿着由槽27所形成的分割部分26的长度延伸并终止于位于左手端30的近分割部分的自由端。正如下面将要讲述的，分割部分26的自由端具有锥形外表面以便与外套筒22配合。
内套筒21适于插入外套筒22里，而且外套筒22包括由轴向槽37形成的三个分割部分36，该轴向槽沿着外套筒22的整个长度纵向延伸。在该实施例中，槽37的数目为三个，以形成相应数目的分割部分36，每一部分约环绕内套管21三分之一的周长。轴向槽37使得分割部分36可以径向运动，从而使得机械元件11可相对轴12精确地定中心。三个分割部分36的外表面35共同形成一个与孔13的锥形部分相应的锥形表面，而且，上述分割部分有一个锥形的内表面34，其锥度与分割部分26外表面的锥度相应。在所述实施例中，上述表面为截头圆锥形并具有相同的锥角。槽37的宽度足于使分割部分36在内套筒21与外套管22收紧接合之前收缩，以使插入孔13中。当外套管22在内套管21上朝着相应的锥度移动时，内、外套筒的锥形表面共同扩张外套筒22的锥形外表面并收缩内套筒21的圆柱形内表面，上述表面的收缩和扩张基本上平行于该组件的公共中心轴线。在由分割部分36的锥形内表面向其加压的情况下，开环部分29使得分割部分26可以向内收缩。
还包括一个支座，以便在将机械元件安装于轴上的过程中和之后把该机械元件保持在相对外部元件的固定位置。如图1所示，在外套筒23上靠近槽41处设有凸缘50，它与锥形表面35一起构成用于将机械元件相对外套筒23精确定位的支座。因此，当机械元件被安装在轴上之后，外套筒和靠在上述外套筒凸缘上的机械元件位于相对轴的固定位置。外套筒22的外表面35是锥形的，所以外表面35的直径在凸缘50处较小。选择外表面35的锥形角度，以便符合孔13的锥角。当机械元件11被安装在轴12上时，该机械元件倾向于沿较小的锥形直径朝着凸缘50运动，凸缘50作为支座，防止该机械元件的进一步轴向运动。虽然从图中看，支座凸缘50的位置靠近槽41，凸缘50还可在沿外套筒22外表面35的其它位置上。另外，还可对上述支座作其它变动，例如，它可以由分开的元件组成。
在某些情况下，需要在不翻转机械元件11的情况下用螺母将机械元件11安装在机械元件11的左侧。图4表示已对上述安装装置的结构作过改进的实施例。
在图4的实施例中，有一个分割式的内套筒121，一个分割式外套筒122，它可以通过在一个末端129(本实施例中为左手末端)上的锁紧螺母123的作用而相对于内套筒移动。外套筒122的外表面135向着内套筒121的另一端130逐渐变细。锥形外表面135的大头靠近内套筒121的螺纹端129。锥形外表面135的小头有一个圆周形外凸缘150。凸缘150与锥形表面135一起构成用于将机构元件11相对外套筒122精确定位的支座。在外锥形表面135的大头端，外套筒122上的环形槽141与螺母123上的凸缘145配合，而凸缘45以相同的方式与螺母23的槽41配合，下面将对此进行说明。
在这种改进的结构中，外套筒122的内表面134类似于第一个实施例中的表面34，体现在内表面134的锥度与内套筒121的锥形外表面的相同。另外，当外套筒122在内套筒121上朝着相应的锥形部分移动时，上述锥形表面共同作用以扩张外锥形表面135并收缩内套筒121的内圆柱形表面125。上述表面的收缩和扩张，基本上是平行于该组件的公共中心轴线进行。在本发明的该实施例中，内套筒221具有终结槽227和通槽(未示出)，它们在内套筒的螺纹端129(即图4中的左侧)形成一个开环部分。
第二个实施例可用于这种场合需要转换安装装置的方向而不改变机械元件的方向。如图3所示，外套筒22的锥形外表面35与机械元件11的锥形内孔13相配合。如果轴12上机械元件11的右边没有足于安装第一个实施例中螺母23的空间，可将该安装装置颠倒过来，以便把螺母安装在机械元件的左侧。为了适当调适锥形孔13和外锥形表面35，还需要将机械元件绕一个垂直轴线反转。在图4所示的实施例中，在这种场合可以采用这种改进的结构，这样就不必反转机械元件。
外套筒在螺母的作用下相对内套筒运动。为此，如图1和3所示，螺母23具有与内套筒21的螺纹31相结合的内螺纹38。在内套筒21上转动螺母23，可使螺母相对内套筒作轴向运动。
根据本发明，螺母是与外套筒互连的，使外套筒的分割部分可在上述分割部分的倾斜的外表面上上、下滑动。滑上上述表面可将安装装置锁紧在轴和机械元件的锥形部分上。滑下该表面，可松开该安装装置。为此，在第一个实施例中，在外套筒22右端的外表面设有环形槽41，槽41的前面42和后面43基本上垂直于该组件的公共轴线。与槽41相应，在螺母23的内表面设有宽度略小于槽41的凸缘45，凸缘45的前后两面与槽41的前面42和后面43相对，以起到相反方面的驱动表面的作用，当螺母在内套筒21上作螺线运动时，使得外套筒22作强制的轴向运动。由槽41和凸缘45构成的相互连接，使得外套筒分割部分36能够运动而又不会使分割部分36的组成材料发生形变或变形。
在操作中，应当注意通过拧紧螺母23使内、外套筒向上对着分割部分26和36的接合表面的锥度相互运动，可使安装装置有力地结合在元件11的锥形孔13与轴12的表面14之间。这种运动会缩小内套筒21的内孔并会扩张外套筒22的外表面。类似地，通过反向旋转螺母23可使该装置强制地从元件11和轴12之间松开，以便使外套筒22在内套筒21上顺着接合表面的锥度强制地向下运动。这种运动可以收缩外套筒22的外表面并能扩张内套筒21的内孔。外套筒相对内套筒的强制运动是通过由凸缘45的侧面和槽41的侧面构成的驱动表面实现的。如图3所示，在松开操作中，驱动表面43相互紧密地接合在一起，使套筒22在套筒21上运动。
分割部分26的外表面和分割部分36的外表面的锥度是相应于内套筒21的螺纹部分31的长度进行选择的。较浅的角度可使得外套筒22相对内套筒有更大的移动，而不会扩张安装装置。反过来，较尖的角度将在该装置扩张之前限制套筒的相对运动。当把机械元件安装到轴上时，所选择的上述外表面的锥角就变得很重要。具体地讲，当组装该装置时，使机械元件能从分割部件26的自由端上方通过并装在外套筒22上是理想的。适当的锥角可使外套筒收缩到足以使外套筒22较大的一端能够通过机械元件锥形孔的较小的一端。例如，对于用于将具有3/4英寸/英尺长的锥形孔的机械元件安装在一个标准的3/4英寸的轴上的装置来说，发现内套筒的螺纹长度为3/4英寸、锥形外表面的锥角接近6度较为理想。这些尺寸使得分割的外套筒的大头的外径在螺母从螺纹的一端拧至另一端时从1～3/8英寸缩小到1～1/4英寸。
在图4所示的第二个实施例中，套筒122的左端由螺母123接合，可对所选择的外表面的锥角加以改变，以便当组装该装置时使机械元件11可从内套筒126的凸缘150上面通过并安装在外套筒126上。选择的锥角必需保证外套筒122有充分的收缩，使凸缘150能够通过机械元件锥形孔13的小头。如果不能这样，可用一个可分离的支座部件，如E形夹等来取代支座凸缘150。
如图1和3所示，如果需要拆卸该装置，在把螺母23从内套筒21的螺纹部分31上拧下来之后，通过向里移动各个分割部分36将槽41从凸缘45上分离，可将外套筒22从与螺母23的连接关系中解脱。不过，当螺母23与内套筒21的螺纹31脱离时，内套筒将阻止分割部分36的向内运动。凸缘45嵌入槽41，包围分割部分36并将其抓住，并因此将安装维持在正确的组装关系中，且可在将其滑至轴12上时作为一个整体来处理，并能正确定位以便接纳机构元件11。这种特殊的安装使得安装装置被保持在组装状态，这样就不必要在准备要用的组件时装配不同的元件。
作为一种变化方式，槽41可以向里而凸缘45向外，在这种情况下，可用一个单独的保持元件，如一个圆形的弹簧钢丝环套住分割部分并将其固定，以便使其保持作为一个整体的组合关系。如图5所示，这种变化形式也可用于第二个实施例中。
在图5所示的实施例中，有一个分割的内套筒221和一个分割的外套筒222，在位于一端229(在本实施例中为左端)的锁定螺母的作用下，外套筒可以相对内套筒运动。内套筒221有一个通槽227a，它与终止槽227一起在该套筒的螺纹端形成一个开环部分，其作用类似于第一个实施例中槽27和27a的作用。朝外的槽245可位于螺母223的外表面，而朝里取向的凸缘241可设置在外套筒222的分割部分236的内表面，以使分割部分236包围螺母223而不是螺母包围分割部分。可采用一个限制元件75，这样，这种变换对安装装置维持其完整性的能力不会有明显的不利影响，即使在它被从轴12和机械元件11上卸去时也是如此。
通过反转螺母和外套筒上的槽，不用将整个安装装置从轴上除去即可更换磨损或损坏的外套筒分割部分236。操作者仅需松开螺母223，以使机械元件与安装装置分离。然后就可除去限制元件75，以便更换外套筒分割部分236。在这种修理过程中，无须将内套筒221、螺母223和机械元件11从轴12上除去。
本发明特别是在机器严重超载时能有效防止损坏轴和机械元件。本发明的结构的一个主要优点是它可以滑动并保护机器其它元件，不会损坏轴或机械元件。当因超载而滑动时，该装置本身不会被损坏并可以不更换或再调整即使用。这种设计还使得该装置能够用非金属材料制成，此时，操作条件限制对制造该部件所用材料的选择。
将环绕轴的一个螺母用作收紧和松开安装装置的唯一驱动元件。可以有效利用拧紧转矩，业已发现，螺母上仅约1000英寸-磅的拧紧转矩就足于在一个一英寸轴与机械元件之间形成接合，这种接合可以在任何实用速度下传递大约3000英寸-磅的转矩。业已发现，为了拆卸该装置，仅需大约500英寸-磅的转矩即可将安装装置分开。这种高效的转矩比可提高安装和除去该装置的实际能力。
本领域技术人员会认识到，在不脱离本发明大的发明构思的前提下可对上述实施例进行改变或改进。因此，应该明白，本发明并不局限于所公开的具体实施例，而是要包括下面提出的权利要求所限定的本发明的范围和构思内的一切变化或改进。
权利要求
1.一种用于将具有锥形孔的机械元件同轴地安装在圆柱形轴上的装置，它包括(a)一个环绕圆柱形轴的内套筒，该套筒有一个锥形的外表面和一个直径与圆柱形轴的直径相当的内孔，该内套筒上有一个沿该套筒纵向延伸的轴向槽，它使得所述内孔可以缩小，在该内套筒的一端还有外螺纹；(b)一个用于环绕所述内套筒的外套筒，它有一个锥角与内套筒锥形外表面的锥角相当的锥形内表面和一个与机械元件的锥形孔相一致的锥形外表面，该外套筒上有一个沿该外套筒纵向延伸的轴向槽，使得外套筒的锥形外表面可以扩张；和(c)一个螺母，它具有内螺纹和一个环形前驱动表面，这样，当转动该螺母时，螺母的内螺纹与内套筒的外螺纹啮合，实现内套筒在一个方向上相对螺母的轴向运动，而该螺母的前驱动表面与外套筒接合，实现外套筒在反方向上的轴向运动，上述运动导致内套筒的内孔向着圆柱形的轴收缩和外套筒的锥形柱面向着机械元件的锥形孔扩张。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，内套筒的轴向槽是沿该内套筒由其一端开始纵向延伸的，使得所述内孔可以收缩。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述内套筒的轴向槽是沿内套筒的整个长度由一端到另一端纵向延伸，使上述内孔可以收缩。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，上述内套筒包括若干分割部分，形成若干由内套筒的一端开始纵向延伸并在接近其另一端处结束的终止轴向槽。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，上述内套筒的外表面的锥角与外套筒内表面的锥角相等，而且是相对内套筒螺纹部分的长度进行选择的，以便外套筒能充分收缩，使得外套筒的大头能够通过上述机械元件锥形孔的较小一端。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，外套筒锥形外表面的小头靠近内套筒的上述一端，而其大头靠近上述内套筒的另一端。
7.如权利要求1所述的装置，包括用于接合上述机械元件并将其定位于相对外套筒的固定轴向位置上的支座。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，上述支座装置位于外套筒的一端，并与外套筒的锥形外表面一起构成上述机械元件的支座。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，上述支座装置包括一个位于外套筒锥形外表面的小头的环形外凸缘。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，内套筒外表面的锥角与外套筒内表面的锥角相等，而且是相对内套筒螺纹部分的长度进行选择的，以便外套筒能充分收缩，使得外套筒的凸缘端能够通过上述机械元件锥形孔的小头。
11.一种用于将具有锥形孔的机械元件同轴地安装在轴上的装置，它包括(a)一个环绕上述轴的内套筒，该内套筒有一个锥形外表面和一个尺寸与上述轴相当的内孔，该内套筒具有若干分割部分，以形成若干从内套筒的一端纵向延伸的并终止于靠近其另一端处的终止轴向槽，以及一个用于使上述内孔能够收缩的从内套筒的一端到另一端纵向延伸的轴向槽，在该内套筒的一端还有外螺纹；(b)一个用于环绕上述内套筒的具有若干分割部的外套筒，该外套筒有一个锥角与内套筒的锥形外表面的锥角相当的锥形内表面和一个与机械元件的锥形孔相一致的锥形外表面，该外套筒有一个环形连接装置，构成前径向表面；和(c)一个螺母，它具有内螺纹和一个具有前驱动表面的环形连接装置，这样，当转动螺母时螺母的内螺纹与上述内套筒的外螺纹啮合，实现内套筒在一个方向上相对螺母的轴向运动，而该螺母的前驱动表面与上述外套筒的前径向表面接合，实现外套筒在相反方向的轴向运动，上述运动导致内套筒的内孔向着轴收缩，而外套筒的锥形外表面向着机械元件的锥形孔扩张。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，上述外套筒的环形连接装置位于其锥形表面的大头。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，上述外套筒包括三个分割部分，各自包围大约1/3的内套筒周长，该装置包括一个环绕上述分割部分的元件。
14.如权利要求11所述的装置，包括用于接合上述机械元件并将其定位于相对外套筒的固定轴向位置上的支座装置。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，上述支座装置包括一个位于外套筒锥形外表面的小头的环形外凸缘。
16.如权利要求11所述的装置，其特征在于，上述外套筒包括一个靠近上述环形连接装置的环形外凸缘，它与外套筒的锥形外表面一起构成一个用于将上述机械元件保持在相对外套筒的一个固定位置上的支座。
17.如权利要求11所述的装置，其特征在于，上述外套筒包括一个位于该外套筒锥形外表面的小头的环形外凸缘，它与外套筒的锥形外表面一起构成一个用于将上述机械元件保持在相对外套筒的一个固定位置上的支座。
18.如权利要求11所述的装置，其特征在于，上述外套筒的环形连接装置包括一个后径向表面，而上述螺母的环形锁定装置包括一个后驱动表面，这样，当螺母反转时，该螺母的后驱动表面与外套筒的后径向表面结合，导致上述内套筒的内孔扩张离开上述圆柱形轴，而外套筒的锥形外表面收缩离开上述机械元件的锥形孔。
19.如权利要求11所述的装置，其特征在于，上述外套筒的连接装置包括一个在其外表面上的环形槽，而上述螺母的连接装置包括一个在该螺母的内表面的用于与外套筒的上述环形槽接合的环形凸缘。
20.如权利要求11所述的装置，其特征在于，上述内套筒外表面的锥角与上述外套筒内表面的锥角相等，并且是相对内套筒螺纹部分的长度进行选择的，以便外套筒的分割部分能充分收缩，使得外套筒的大头能够通过上述机械元件锥形孔的小头。
21.如权利要求11所述的装置，其特征在于，上述内套筒外表面的锥角与上述外套筒内表面的锥角相等，并且是相对内套筒螺纹部分的长度进行选择的，以便外套筒的分割部分能充分收缩，使外套筒的凸缘端能够通过上述机械元件锥形孔的小头。
22.一种用于将具有锥形孔的机械元件同轴地安装在圆柱形轴上的装置，它包括(a)一个用于环绕上述圆柱形轴的内套筒，该内套筒具有一个锥形外表面和一个直径与该圆柱形轴相当的内孔，该内套筒具有若干分割部分，以形成若干由内套筒的一端开始并结束于靠近其另一端的地方的纵向延伸的终止轴向槽，以及一个用于使上述内孔能够收缩的从内套筒的一端到另一端纵向延伸的轴向槽，在该内套筒的另一端还有外螺纹；(b)一个用于环绕上述内套筒的外套筒，包括三个分割部分，各自包围大约1/3的内套筒周长，该外套筒具有一个锥角与上述内套筒的锥形外表面的锥角相当的锥形内表面，以及一个直径与上述机械元件的锥形孔相当的圆锥形外表面，在该外套筒的外表面上有一个环形槽，该外套筒在其锥形外表面的小头还有一个环形外凸缘，用于将上述机械元件保持在相对外套筒的一个固定位置上；和(c)一个螺母，它具有用于与上述内套筒的外螺纹啮合的内螺纹和在该螺母内表面上的用于与上述外套筒的环形槽接合的环形凸缘，这样，当转动螺母时该螺母的内螺纹与内套筒的外螺纹啮合，实现内套筒在一个方向上的轴向运动，而螺母的凸缘与外套筒上的槽接合，实现外套筒在相反方向上的轴向运动，上述运动导致内套筒的内孔向着上述圆柱形轴收缩，而外套筒的圆锥形外表面向着上述机械元件的锥形孔扩张。
全文摘要
一种用于将具有锥形孔(13)的机械元件(11)同轴地固定在转轴(12)上的安装装置。该装置安装在锥形孔(13)与轴(12)的圆柱形表面(14)之间，并能够将所述机械元件纵向定位于任何需要的位置上，并可位于轴(12)周向的任何角位置。该装置具有内分割套筒(21)和外分割套筒(22)，它们的接合表面具有相同的锥度，这样，套筒(21，22)的相对轴向运动可实现内孔的扩张和该组合元件外表面的收缩。螺母(23)内螺纹在该装置一端的转动可实施内、外套筒(21，22)的相对轴向运动，使外套筒(22)能够扩张和收缩，而不会使该套筒或螺母(23)的材料发生形变。
文档编号F16D1/06GK1145106SQ95192390
公开日1997年3月12日 申请日期1995年1月3日 优先权日1994年3月31日
发明者A·R·赫特里希 申请人:芬纳公司