CN1117933C - 开槽结构及方法 - Google Patents
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Abstract
一种轴承环(4),它具有带有互连区域(28、30)的断裂区域。
Description
发明领域
概括地说,本发明涉及一种使实心横截面易于断裂的开槽结构及方法。更具体而言,本发明涉及一种使球面滑动轴承的外环易于断裂的开槽结构及方法。
发明背景
在下文对本发明的背景进行的描述中,参考了特定的结构及方法,然而这些参考不一定被认为是承认这些结构及方法在适用的规定条款下符合现有技术的要求。
常常需要通过有意使轴承环在所需位置处断裂而将轴承环分成不同的段。
球面滑动轴承的外环就是这样一种有利地在沿其圆周上的一个或多个位置上断裂的轴承环。球面滑动轴承得到广泛的应用,例如应用在建筑及其它设备中。
图1A为球面滑动轴承200的俯视图。轴承200一般包括一个连续的内环构件202和一个外环构件204。图1A中所示的外环204被“双断裂”或分割成能够从内轴承环202上脱离或者安装在其上方的两段。当外环204的安装完成时,双断口环的自由端205接在一起,而两个环部分之间的间隙被合上。
图1B为沿图1A的剖面线1B-1B剖开的剖面图,示出了内轴承环202的某些特征。内轴承环202一般包括一个基本为圆筒形的内表面206、边缘表面210和内轴承环202的外弓形表面212,其中内表面206上可选择地具有一个用于沿内表面206分布润滑剂的内圆周槽208。内轴承环202的外弓形表面212可以可选择地带有一个位于其中的外圆周槽213。也可以具有一个沿径向连通内圆周槽208和外圆周槽213的通孔,以便使润滑剂可以在槽208和213之间流动。
图1C为外轴承环204在断裂前的剖开的部分透视图。外轴承环204一般包括一个内弓形表面214,用于嵌套安放内轴承环202的外弓形表面213。外轴承环204的边缘表面206各自沿径向延伸,并通过一个基本为圆柱形的外圆周表面218而互连起来。在外轴承环204的外圆周表面218上可以带有一个外圆周槽220,用于沿外圆周表面218分布润滑剂。
在外轴承环204上带有一个刻有凹槽的区域222,它可以利用任何一种适当的材料切除方法,如锯切或铣削方法来加工。刻有凹槽的区域222并没有沿整个轴承环204上延伸。在轴承外环204中也可以带有穿过表面218的一个对中的盲孔224或多个盲孔。盲孔224可以采用任何一种适当的材料切除方法、如钻孔方法来加工。尽管在图1C中只示出了一个刻有凹槽的区域222和附随的盲孔224,但通常外轴承环204的沿直径方向相对的另一侧也带有基本相同的结构。
图1D为沿图1C的剖面线1D-1D剖开的剖面图,示出了刻有凹槽的区域222的某些特征。外环204的横截面的两侧的间隙或空间226表示的是外环204的材料被切除掉以便形成刻有凹槽的区域222的部分。如图1D中的间隙226所示,在外环204的横截面的任一侧只有一部分被切除掉。剩下的横截面部分形成了一个互连区域或待断裂区域228,在图1D中用剖面阴影线区域来表示。互连区域228由内弓形表面214、一部分边缘表面216、位于横截面两侧的弓形表面230和一部分基本为圆柱形的外表面218限定。在区域228中可以带有盲孔224。
具有上述结构的外环204经表面硬化后进行断裂。外环204沿互连区域228断裂,从而形成两个具有分离的自由端205(图1A)的环部分。外环204的断裂通过向刻有凹槽的区域222中的环的外圆周上施加机械力而进行。
减小互连区域228的横截面积可以使表面硬化处理作用更容易透过整个互连区域228,从而使这个区域具有足够高的“脆性”,因而有利于断裂的进行。另外,盲孔224的存在可以更加有利于表面硬化处理作用透过横截面。
参看图1E-1H,可以更清楚地了解这种结构的断裂机理。通常,在环204轴向两侧具有一对槽口N1、N2。当机械力MF施加于环204的外圆周上时,在互连区域228内就会在槽口N1、N2附近的位置A0、B0处产生裂纹A、B。裂纹A、B彼此相向向前延长。
在理想的情况下,裂纹A、B彼此相向向前延长,一直到一条裂纹A、B的前端碰到另一条裂纹B的前端,从而形成一个与连接B0、B和A0、A的直线相应的断裂面F为止,如图1F中所示。然而,人们发现实际上这种情况很少出现。而是经常出现与图1G和/或图1H中所示的断裂型式相似的断裂型式。
如图1G中所示,裂纹A、B彼此相向向前延长,但是裂纹的前端相互错过而没有相交。而是一条裂纹B的前端最终可以在远离另一条裂纹A的前端的位置与另一条裂纹A的一个部分相交。这个交点与相交的裂纹A的前端之间的距离构成一条次生裂纹SF,次生裂纹SF表示的是形成穿过外环204横截面的断裂面并不需要的残留裂纹。
另外,如图1H中所示,一个裂纹的前端可能永远都不会与另一条裂纹相交。而是在一条裂纹B的前端形成一条偏移裂纹0C,偏移裂纹C然后与另一条裂纹A相交。这就形成一条位于偏移裂纹0C与裂纹A相交的点以及相交的裂纹A的前端之间的次生裂纹SF。
次生或残留裂纹在外环204的横截面中形成一个脆弱区,并且可以进一步延长,可能会从外环204上切除一小片材料。这就会导致轴承以及安装轴承的设备的使用寿命下降。
当外环204在区域228处断裂后,所产生的自由端205具有一个由区域228的面积构成的表面积。当外环套在内环202上后,自由端205就会彼此接触。由于从区域226的横截面上切掉了大量的材料,所以区域228的面积比较小,因此,裂开的环的自由端25之间的接触压力就比较大。这种过大的接触压力可能会对外环204的自由端25造成损害。
因此,理想的是提供一种能够减小或者消除次生裂纹从而促进更整齐的断裂的刻有凹槽的区域。
另外,有利的是,在加工刻有凹槽的区域时要减小从横截面上切除的材料以便在断裂产生的自由端之间保留较大的接触面积,从而减小外环的自由端之间的接触压力。此外,有利的是,在加工刻有凹槽的区域时,要减小为从横截面上切除材料所需的加工量或铣削量。
发明概述
本发明通过提供一种独特的开槽结构而解决了上述和其它问题,这种开槽结构能促进整齐断裂,同时可以减小为加工开槽结构而必须切除的材料量。
根据本发明的原理形成的待断裂区域包括多个限定了多个分离的待断裂区域的不同的互连区域,以及至少一个从横截面的一侧进入而从另一侧穿出的间断部,所述至少一个间断部用于分隔并形成多个断裂面。
根据本发明的原理来使横截面分离或断裂的方法包括以下步骤:在横截面上形成一个间断部从而将互连区域分成多个不同的互连区域或断裂面,在横截面的任一侧形成裂纹开始出现位置,然后在间隙或空间区域处向环的外圆周施加机械力,以便使至少一个裂纹在每个开始出现位置处形成并向着至少一个间断部延长并进入其中,从而在断裂面上使横截面断裂而由互连区域形成分离的相对端。
附图简述
图1A为球面滑动轴承的俯视图;
图1B为沿图1A的直线1B-1B剖开的剖面图;
图1C为外轴承环的剖开的部分透视图;
图1D为沿图1C的直线1D-1D剖开的剖面图;
图1E为与图1D相似的剖面图,示出了理想的断裂型式;
图1F为从图1E的直线1F-1F透视的局部底视图,示出了理想的断裂型式;
图1G为与图1F相似的底视图,示出了一种常见的断裂型式;
图1H为与图1F相似的底视图,示出了另一种常见的断裂型式;
图2A为具有本发明的结构的外轴承环的剖开的部分透视图;
图2B为沿图2A的直线2B-2B剖开的剖面图;
图2C为与图2B相似的剖面图,示出了本发明的一种断裂型式;而
图2D为沿图2C的直线2D-2D透视的局部底视图,示出了本发明的断裂型式。
发明详述
图2A为根据本发明的原理构成的外轴承环4的剖开的部分透视图。外轴承环4可以由任何一种适用的轴承材料制成。例如,外轴承环4可以由钢、如AISI 8620钢制成。外轴承环4优选地进行适当的硬化处理。在一个优选实施方案中,对环进行表面硬化处理以便使环的表面区域的硬度超过环的芯部区域。例如,可以对外环4进行处理以便使得外环4的表面具有较高的洛氏硬度,而芯部具有较低的洛氏硬度。
外环4一般包括一个内弓形或圆形表面14,用于嵌套安放内轴承环的外弓形或圆形表面。外轴承环4包括沿径向延伸的边缘表面16,这些边缘表面通过一个基本为圆柱形的外圆周表面18互连起来。在外圆周表面18上可以带有第一个基本对中的外圆周槽20,用于沿外轴承环4的外圆周表面18引导润滑剂。在外圆周表面18上可以选择性地带有第二个外圆周槽26,以便构成用于安放有助于将环的分离的各段固定在一起的扣环(图中未示出)或类似构件的座。
用于促进断裂的刻有凹槽的区域22位于外轴承环4的横截面上,可以通过任何一种材料切除方法、如锯切或铣削方法来加工。从图中可以清楚看到,例如在图2A中,刻有凹槽的区域22可以包括两个平行的侧壁22’、22”。一个对中的、沿径向方向的通孔24从外表面18到内表面14延伸穿过整个外轴承环4。通孔24可以通过任何一种材料切除方法、如钻孔方法来形成。
尽管在图2B中只示出了一个刻有凹槽的区域22和附随的通孔24,但可以具有任何适当数量的刻有凹槽的区域和附随通孔。例如,外轴承环4的沿直径方向相对的另一侧也带有基本相同的结构。
图2B为刻有凹槽的区域22的剖面图。外环4的横截面的两侧的间隙或空间27表示的是外环4上的材料被切除掉的区域。如图所示,外环4只有一部分横截面被切除。剩下的横截面部分形成了一个互连区域或待断裂区域31,在图2B中用剖面阴影线区域来表示。互连区域31实际上由多个分离的、不同的相邻互连区域28和30构成,它们由通孔24分割开。因此通孔24构成了互连区域31中的间断部。尽管在所示的实施方案中利用通孔24来构成间断部,但也可以利用其它结构来构成这样的间断部,例如其它形式的间隙。通孔24可选地包括一个沿着外环4的外表面18上的凹槽或锥口孔区域25以便促进更加整齐地断裂。
在所示的实施方案中,每个互连区域28和30由一部分内弓形表面14、第一表面32、第二表面34和第三表面36限定。
在图2B所示的实施方案中,第一表面32与边缘表面16彼此隔开并相互平行。然而,如果第一表面32与边缘表面16成一定斜角也同样在本发明的范围之内。第一表面32与第二斜表面34相连。第二斜表面34与第三表面36相连。在所示的实施方案中,表面36与外表面18彼此隔开并相互平行。可以看到在所示的实施方案中,第三表面36位于外轴承环4的外表面18沿径向向内的位置并与其隔开。当然也可以采用其它结构形式。例如,第三表面36可以至少部分地与外表面在同一个面上延伸,如同参照图2D中所述的那样。
利用本发明,包括设置通孔24,可以实现外轴承环4的整齐断裂,而且还不需从外轴承环的横截面上切除其它结构中所需的那么多的材料。在所示的实施方案中,互连区域28和30的合起来的横截面积远大于其它结构中的互连区域、例如图1D的互连区域228的横截面积。举例来说,互连区域28和30的横截面积为其它互连区域、例如图2D中区域228的横截面积的约1.6倍。
互连区域31横截面积的增大有利地降低了加工成本。另外,断裂后形成的环4的端部之间的接触压力(轴承安装完成后)也比常规结构降低了。
如上所述,通过将互连区域31分成多个不同的、完全分离的区域或待断裂区域28、30,可以有利地在利用施加机械力来使外轴承环断裂时,实现更为整齐地断裂,并减少或者消除次生裂纹。这至少部分要归功于将互连区域31完全分成两个分离区域或待断裂区域28、30的间断部或通孔24的存在。间断部或通孔24可以避免上述问题,即:从外轴承环的轴向两侧延长的裂纹的前端不一定会相交因而不能实现整齐断裂。相反地,间断部或通孔24确定了裂纹的前端停止不前的位置。
为了使外轴承环4断裂,如图2C和2D中所示,在环4的横截面的轴向两侧具有一对槽口N1、N2。然后将机械力MF施加于环4的外圆周上。这个机械力MF就会使得互连区域31内在槽口N1、N2附近的位置A0、B0处产生裂纹A、B。随后,裂纹A、B彼此相向向前延长。对中的通孔24一般会在两条裂纹彼此相交之前将它们阻断。采用这种结构,就可以避免有害的残留和次生裂纹的出现。
根据本发明的原理使横截面如外轴承环分离或断裂的方法可以包括以下步骤,即通过任何一种适用的方法、例如锯切或铣削,从横截面上切除材料从而形成一个间隙或空间27,因而就留下一个互连区域31。
在横截面上形成一个间断部,用于将互连区域分成多个不同的互连区域28、30或待断裂区域。在一个实施方案中,间断部由通孔24构成。通孔24可以通过任何一种适用的方法,如钻孔方法来形成。
裂纹的开始出现位置位于横截面的两侧。在一个实施方案中,裂纹的开始出现位置就是多个槽口N1、N2。
然后,在间隙或空间27的区域内向环4的外圆周18施加一个沿径向向内的机械力MF。机械力MF在每个裂纹开始出现位置A0、B0产生至少一条裂纹A、B。裂纹向前延长并进入至少一个间断部24,这样就使横截面在待断裂区域28、30处断裂,从而由这些区域28、30形成分离的、相对的端部。
应当指出,在某些情况下,可以省去上述的材料切除步骤。例如,横截面的尺寸大小和/或环的材料的性能就可以使环断裂而无须在其中形成空间或间隙27。
在上文中对本发明的原理、优选实施方案和操作方式进行了描述。希望得到保护的本发明并不限于所述的特定实施方案。另外,本文中所述的实施方案应当是示例性而非限制性实施方案。在不背离本发明的思想的情况下,其他人可以进行变型或改动,并且可以使用等同的结构。因此,应当清楚所有的这种变型、改动和等同结构都包括在本发明的思想和范围之内。
Claims (33)
1.一种轴承环,包括:
一个轴向延伸的内圆周表面、一个轴向延伸的外圆周表面、以及第一和第二径向延伸的边缘表面,每个所述边缘表面将所述内圆周表面与所述外圆周表面互连起来;
沿环的圆周形成的至少一个刻有凹槽的区域,所述刻有凹槽的区域包括:
在环的横截面上形成的间隙,所述间隙由第一、第二和第三表面限定,所述第二表面将所述第一和第三表面互连起来;
所述第一、第二和第三表面位于横截面的待断裂区域内,以及从所述内圆周表面向所述外圆周表面延伸的至少一个间断部,所述间断部将所述待断裂区域分成多个相邻的互连区域。
2.如权利要求1所述的轴承环,其特征在于,所述至少一个间断部包括一个通孔。
3.如权利要求1所述的轴承环,其特征在于,还包括多个沿所述环的圆周形成的刻有凹槽的区域,所述多个刻有凹槽的区域位于环的沿直径相对的位置。
4.如权利要求1所述的轴承环,其特征在于,所述环被分段,从而形成基本对称的两段。
5.如权利要求1所述的轴承环,其特征在于,所述间隙基本沿一直线从所述第一边缘表面向所述第二边缘表面沿轴向延伸。
6.如权利要求1所述的轴承环,其特征在于,所述第一表面的至少一部分与所述边缘表面沿轴向彼此隔开。
7.如权利要求6所述的轴承环,其特征在于,所述第一表面与所述边缘表面彼此隔开并相互平行。
8.如权利要求1所述的轴承环,其特征在于,所述第三表面的至少一部分与所述外圆周表面沿径向隔开。
9.如权利要求8所述的轴承环,其特征在于,所述第一表面与所述外圆周表面彼此隔开并相互平行。
10.如权利要求1所述的轴承环,其特征在于,所述第二表面为一斜面。
11.如权利要求1所述的轴承环,其特征在于,所述第一表面与所述边缘表面彼此隔开并相互平行,所述第三表面与所述外圆周表面彼此隔开并相互平行,而所述第二表面为一斜面。
12.如权利要求1所述的轴承环,其特征在于,所述间隙由多个平行的侧壁限定。
13.如权利要求1所述的轴承环,其特征在于,所述环受到表面硬化处理,从而使环的表面区域的硬度大于所述环的芯部区域的硬度。
14.如权利要求1所述的轴承环,其特征在于,所述内圆周表面为弓形。
15.如权利要求1所述的轴承环,其特征在于,所述通孔被以锥口孔的形式加工在所述外圆周表面中。
16.如权利要求1所述的轴承环,其特征在于,还包括在每个所述第一和第二边缘表面上沿环的内圆周形成的一个槽口。
17.一种使环的横截面断裂的方法,所述环包括一个轴向延伸的内圆周表面、一个轴向延伸的外圆周表面、以及第一和第二径向延伸的边缘表面,所述方法包括以下步骤:
a)从横截面上切除材料从而形成至少一个包括一个间隙的刻有凹槽的区域,所述间隙由第一、第二和第三表面限定,所述第二表面将所述第一和第三表面互连起来,所述第一、第二和第三表面位于横截面的待断裂区域内;
b)形成至少一个从所述内圆周表面向所述外圆周表面延伸的间断部,从而将所述待断裂区域分成多个相邻的互连区域;以及
c)向环的外圆周施加机械力,从而在所述至少一个刻有凹槽的区域中形成裂纹,所述裂纹从所述边缘表面向着所述间断部延长,从而使所述横截面在所述待断裂区域处断开。
18.如权利要求17所述的方法,其特征在于,步骤(b)包括在所述横截面上钻一个通孔。
19.如权利要求17所述的方法,其特征在于,还包括在所述环的沿直径相对的位置处形成多个刻有凹槽的区域。
20.如权利要求19所述的方法,其特征在于,还包括形成从所述第一边缘表面向所述第二边缘表面基本沿直线延伸的所述间隙。
21.如权利要求17所述的方法,其特征在于,步骤(a)包括从所述横截面上切除材料,以便使得形成的所述第一表面与所述边缘表面彼此隔开并相互平行,形成的所述第三表面与所述外圆周表面彼此隔开并相互平行,而形成的所述第二表面为一个将所述第一和第三表面连接的斜面。
22.如权利要求17所述的方法,其特征在于,步骤(a)包括从横截面上切除材料以便形成一个具有平行侧壁的间隙。
23.如权利要求17所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:
(d)对所述轴承环进行热处理以便使得所述环的表面区域的硬度大于所述环的芯部区域的硬度。
24.如权利要求18所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:
(d)将所述通孔以锥口孔的形式加工在所述外圆周表面中。
25.如权利要求17所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:
(d)在向环施加所述机械力之前在所述第一和第二边缘表面上沿着环的内圆周面形成一个槽口。
26.如权利要求17所述的方法,其特征在于,步骤(c)还包括向所述环施加一个径向机械力。
27.一种环,包括:
至少一个沿着环的圆周形成的刻有凹槽的区域,所述刻有凹槽的区域包括:
在环的横截面上形成的间隙,所述间隙由第一、第二和第三表面限定,所述第二表面将所述第一和第三表面互连起来;
所述第一、第二和第三表面位于横截面的待断裂区域内,以及从所述内圆周表面向所述外圆周表面延伸的至少一个间断部,所述间断部将所述待断裂区域分成多个相邻的互连区域。
28.如权利要求27所述的环,其特征在于,所述至少一个间断部包括一个通孔。
29.如权利要求27所述的环,其特征在于,还包括多个沿所述环的圆周形成的刻有凹槽的区域,所述多个刻有凹槽的区域位于环的沿直径相对侧的位置。
30.如权利要求27所述的环,其特征在于,所述间隙基本沿一直线从所述第一边缘表面向所述第二边缘表面沿轴向延伸。
31.如权利要求27所述的环,其特征在于,所述第一表面与所述边缘表面彼此隔开并相互平行,所述第三表面与所述外圆周表面彼此隔开并相互平行,而所述第二表面为一斜面。
32.如权利要求27所述的环,其特征在于,所述间隙由多个平行的侧壁限定。
33.如权利要求27所述的环,其特征在于,所述环受到表面硬化处理,从而使环的表面区域的硬度大于所述环的芯部区域的硬度。
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