旋合式精密球铰轴承的制作方法
【专利摘要】一种旋合式精密球铰轴承，用于海上舰艇精密仪器支撑平台（冲击器）下连杆机构中的精密平面运动。钢球与轴杆的螺纹轴连接形成球杆体，轴杆穿过上球窝经连接套与动力源连接，锁紧螺母紧固在轴杆上，钢球立于下球窝上，上球窝与下球窝的中部结合处设计有止口进行定心、限位，边缘结合处设计有螺纹进行旋合紧固，螺钉、弹性垫圈将上球窝、下球窝紧固在底座上；上球窝的上端口部装有用氯丁橡胶材料制作的口部倒扣式密封罩。本实用新型具有自调心、抗冲击和拉伸能力高、润滑性能好的特点。
【专利说明】旋合式精密球铰轴承
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及轴承制造【技术领域】，具体说是一种旋合式精密球铰轴承。
【背景技术】
[0002]现有海上舰艇精密仪器支撑平台(冲击器)上的连杆机构中的运动元件，最新选用的是一种螺栓紧固式精密球铰轴承，这种结构的元件在实际应用中存在以下问题:
[0003]1、为保证螺栓紧固式精密球铰轴承的抗冲击和拉伸强度以及精度，钢球体与上、下球窝自动定心，采用螺栓连接紧固，锥销限位，但在其加工过程中，因上、下球窝采取先分体粗加工，以锥销为加工定位基准、再合并整体精加工，尤其是在研磨加工时，为安装球杆体、检测控制轴向间隙而需要频繁地拆卸，由此会带来很多不便和麻烦。
[0004]2、钢球体采用电火花打通孔和螺栓沉孔，通过高强度螺栓与球杆连接，其结果是钢球底部平面与球面形成一个去了锐角的倒角，钢球体在滑动副球窝内旋转、摇摆时，这个倒角容易将球窝表面划伤，尤其是精密球铰轴承在受到载荷冲击和振动时，该致命缺陷会将未淬火的球窝表面严重啃伤，导致精密球铰轴承很容易卡死，且钢球体的通孔在加工时与钢球表面的同轴度精度也不易保证，从而也影响其回转的灵活性。
[0005]3、螺栓紧固式精密球铰轴承上的塔形密封罩，上口部与扁方交叉接触，其棱边易将其口部咬伤，尤其是使用扳手时更易将其口部损伤。
【发明内容】
[0006]为克服现有技术的不足，本实用新型的发明目的在于提供一种旋合式精密球铰轴承，以实现轴向间隙在微米状态下，球铰轴承能够以各种方式平稳、可靠地运动。
[0007]为实现上述目的，本实用新型的钢球与轴杆的螺纹轴头连接形成球杆体，轴杆穿过上球窝经连接套与动力源连接，锁紧螺母紧固在轴杆上，钢球立于下球窝上，上球窝与下球窝的中部结合处带有用于其定心、限位的止口，边缘结合处带有用于上球窝与下球窝旋合紧固的内、外螺纹，螺钉、弹性垫圈将上球窝、下球窝紧固在底座上；上球窝的上端口部装有用氯丁橡胶材料制作的口部倒扣式密封罩。
[0008]所述上球窝与下球窝呈非对称式接触，下球窝接触面大于上球窝接触面。
[0009]所述下球窝底部外侧设有与底座配套的定位止口 ；所述下球窝底部为封闭式结构。
[0010]所述上球窝带有用于钳式扳手旋合的四个插销孔。
[0011]所述钢球的上部切有一平面，钢球的上部中心带有台阶孔，轴杆上带有与钢球的台阶孔配合的台阶，钢球与轴杆通过台阶面定心，钢球底部为完整式球面结构，轴杆上带有锥面及扁方。
[0012]本实用新型与现有技术相比，根据球头杆端关节轴承的基本原理和特点，针对精密仪器支撑平台(冲击器)的使用工况和工作环境进行了特别设计，具有以下优点:
[0013]1.为保证球铰轴承易加工精度，球窝为上、下分体式，通过内、外止口配合定心、限位，内、外螺纹旋合的设计方案，加工时采取先分体粗加工后再整体精加工，尤其是在与球杆体一起精研磨加工时，可边研磨边旋合，不仅有效保证了两球窝尺寸精度和几何精度的一致性，大大提高了球窝内球面与球体表面的接触精度，而且还节省了研磨工具的制作费用。同时，因取消了锥销定位而改为内、外止口配合定心，极大地方便了精研磨加工时频繁拆卸的需要。
[0014]2.为提高球铰轴承的几何精度，轴杆与钢球采取分体式、内、外台阶面定心、内、夕卜螺纹连接设计。钢球采用高碳铬轴承钢材料，表面精度可通过专业设备进行精加工，其表面粗糙度、圆度、尺寸精度较高。钢球上部和心部，通过高精度工装一次性定位夹紧修磨平面、加工台阶孔和螺纹孔，使钢球平面与球心的垂直度、孔与球面的同轴度精度得到保证。轴杆上设计有与钢球台阶孔小过盈配合的台阶轴和与之连接的螺纹轴，通过一次性装夹加工成型，与钢球配装后，其球杆体整体的加工精度有了可靠性保证。
[0015]3.为提高球铰轴承的耐用度，上、下球窝和轴杆均使用易加工不锈钢调质状态的材料，而上、下球窝还需要整体淬火后，球窝表面及止口再经粗、精磨、研磨加工，上、下球窝通过内、外止口定心、限位，由内、外螺纹旋合连接后，再用高强度螺栓连接紧固在底座上；球杆体也通过内、外台阶面定心、内、外螺纹连接紧固，同时涂抹高强度螺纹胶予以加强紧固，其连接强度可充分满足球铰轴承承受冲击载荷和拉伸载荷的要求。
[0016]4.上、下球窝内球面、轴杆与钢球的加工精度提高后，球铰轴承的轴向间隙可达到0.005-0.008微米，在微米间隙状态下能保持较好的旋转灵活性，在一定的倾斜角度范围内可实现不同方式的、较高精度的平面运动。通过多次试验验证，能使精密仪器支撑平台(冲击器)冲击后的恢复精度达到“20秒”级状态。
[0017]5.钢球体上部切有一平面，在平面的中心设计有台阶孔、攻丝(闷)孔，钢球的底部呈完整式球面,与轴杆定心连接后形成球面完整式球杆体。该结构球杆体在球窝内旋转、摇摆、冲击、振动时，在润滑脂的作用下，通过完整式球面与球窝的光滑接触精度，可有效地保证了其旋转灵活性。从而避免了因钢球体表面棱角、毛刺，而在球窝表面产生的划伤，导致球铰轴承在冲击、振动后而产生卡滞的现象。
[0018]6.上球窝上端口部的M形口部倒扣式密封罩采用氯丁橡胶制作，具有防尘、储油功能和耐老化性能，可使球铰轴承的润滑脂洁净，润滑性能持久，耐用度大幅度提高。另外，因其口部的倒扣型式特点，既避开了与轴杆扁方的交叉接触，又避免了扁方棱边和扳手对其的损伤和破坏。同时，也使密封罩安装后更加牢固，且不易滑脱。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型的结构简图。
[0020]图2是本实用新型的俯视图。
[0021]图3是轴杆扁方N—N首I]视图。
【具体实施方式】
[0022]如图1所示，本实用新型主要由下球窝1、弹性垫圈2及高强度螺钉3、上球窝4、钢球5、连接套6、锁紧螺母7、轴杆8、密封罩9、底座10等组成。本实用新型的上球窝4与下球窝I的中部结合处设计有内、外止口 D，用于上球窝4与下球窝I的定心、限位，边缘结合处设计有内、外螺纹E，用于上球窝4与下球窝I的旋合紧固，下球窝I底部采用封闭式设计，可形成储油油腔，上球窝4与下球窝I呈非对称式接触，下球窝I接触面要大于上球窝3接触面，下球窝I底部外侧有与底座10配套的安装定位止口 F ;钢球5的上部切有一平面，钢球5的上部中心带有台阶孔，轴杆8上带有与钢球5的台阶孔配合的台阶轴，钢球5的中心设计有螺纹孔，与轴杆8的螺纹轴头A配合，钢球5的底部呈完整式球面，轴杆8上带有锥面B及扁方H，钢球5与轴杆8通过台阶面C定心，钢球5与轴杆8的螺纹轴头A连接形成球杆体；轴杆8穿过上球窝4经连接套6与动力源连接，由锁紧螺母7紧固在轴杆8上，钢球5立于下球窝I上，上球窝4、下球窝I通过止口 D定心限位、内外螺纹E旋合连接、使用专用钳式扳手运用插销孔G紧固后，再用高强度螺钉3及弹性垫圈2紧固在底座10上；上球窝4的上端口部装有M形口部倒扣式密封罩9，M形口部倒扣式密封罩9为氯丁橡胶材料。
[0023]为保证本实用新型的加工精度、抗冲击和拉伸强度，将轴杆8与钢球5分体设计，轴杆8与钢球5分别加工后，通过内、外台阶面定心、内外螺纹涂抹高强度螺纹胶连接成一体，充分利用钢球5的原始精度，有效保证球杆体的整体精度。同时将上球窝4、下球窝I也采取分体设计，上、下球窝内、外止口定心、限位，由内、外螺纹旋合连接，加工时采用耐腐蚀、抗磨损调质材质,先分体粗车加工后再整体精车加工,与钢球5接触的上球窝4、下球窝进行整体淬火，再进行粗、精磨和研磨加工，并在两零件的端面进行同号标记，从而有效保证了两球窝尺寸精度和几何精度的一致性，大大提高了球窝内球面与钢球5表面的接触精度。装配时，旋开上、下球窝，在下球窝I内涂抹适量高级润滑脂，将球杆体(轴杆8、钢球5)装入，识别相同号码标记，安装上球窝4，通过其外止口与下球窝I内止口定心、限位的方式，旋合上、下球窝内外螺纹连接紧固，形成一个完整的球面滑动副。
[0024]上球窝4的上端口部装有M形口部倒扣式密封罩9，构成防尘、润滑系统；上球窝4的台阶面设计有螺钉孔和用于专用钳式扳手旋合的插销孔G。下球窝I设计有安装定位止口 F及定位螺钉孔，上、下球窝旋合紧固后，并经螺钉孔由高强度螺钉3和弹性垫圈2紧固在底座10上。工作时，球杆体(轴杆8、钢球5)通过连接套6、锁紧螺母7连接到动力源上，根据动力源上输出的不同运动方式(摆动运动、倾斜运动、旋转运动)，可在一定角度范围内实现不同方式的运动。
[0025]由于球铰轴承的间隙是通过配研、微米表检测控制，滑动球面的接触精度较高(大于80%以上)，圆形误差及表面粗糙度得到充分保证，因此，在微米轴向间隙状态下，能保持较好的旋转灵活性，克服了原有结构大间隙非常灵活、小间隙容易卡死、灵活性极差的弊端和缺陷。
[0026]本实用新型由于结构形式的改变，外形尺寸及钢球增大，上、下球窝的内球面与球体的球面滑动面也发生了一定的改变，即球窝接触面相应增大，且呈非对称式接触，尤其是下球窝I接触面要大于上球窝4接触面，其作用是增强球铰轴承主要承受轴向拉伸和冲击载荷的能力。
[0027]球铰轴承的精密度主要体现在钢球5与上、下球窝内球面的接触精度一圆形误差及表面粗糙度。在加工过程中采用耐腐蚀、抗磨损材质，通过完善的精密加工工艺路线，使用高精度数控装备加工和研磨以及严密的检测手段，使得球窝内球面与钢球5表面的接触精度得到充分保证。
[0028]球铰轴承的精密度还体现在轴杆与钢球连接的加工精度一同轴度误差及表面粗糙度。为满足球铰轴承既受冲击载荷又受拉伸载荷的要求，球杆体采取分体设计，即轴杆与钢球采取分体式、内外台阶面定心、内外螺纹连接设计，并在较高硬度的钢球上部和心部，通过高精度工装一次性定位夹紧修磨平面，用特殊的加工方法加工台阶孔和螺纹孔，使得球杆体的加工精度也得到充分保证。另外，由于这种设计结构的钢球底部呈完整式球面，从而避免了因钢球体表面棱角、毛刺，而在球窝表面产生的划伤，导致球铰轴承在冲击、振动后而产生卡滞的现象。
[0029]球铰轴承的口部倒扣式M形密封罩9采用氯丁橡胶材料制作，不仅构成防尘、润滑系统，而且防老化、耐高、低温和防盐雾性能较好。又因其口部的倒扣型式的特点，既避开了与扁方H的交叉接触，又避免了扁方H的棱边和扳手对其的损伤和破坏。同时，也使密封罩安装后更加牢固，且不易滑脱。
[0030]下球窝I底部采用封闭式设计，为滑动表面起到一定的润滑作用。
【权利要求】
1.一种旋合式精密球铰轴承，其特征在于:钢球(5)与轴杆(8)的螺纹轴头(A)连接形成球杆体，轴杆(8)穿过上球窝(4)经连接套(6)与动力源连接，锁紧螺母(7)紧固在轴杆(8 )上，钢球(5 )立于下球窝(I)上，上球窝(4)与下球窝(I)的中部结合处带有用于其定心、限位的止口(D)，边缘结合处带有用于上球窝(4)与下球窝(I)旋合紧固的内、外螺纹(E)，螺钉(3 )、弹性垫圈(2 )将上球窝(4 )、下球窝(I)紧固在底座(10 )上；上球窝(4 )的上端口部装有用氯丁橡胶材料制作的口部倒扣式密封罩(9 )。
2.根据权利要求1所述的旋合式精密球铰轴承，其特征在于:所述上球窝(4)与下球窝(I)呈非对称式接触，下球窝(I)接触面大于上球窝(4 )接触面。
3.根据权利要求1所述的旋合式精密球铰轴承，其特征在于:所述下球窝(I)底部外侧设有与底座(10)配套的定位止口(F)。
4.根据权利要求1所述的旋合式精密球铰轴承，其特征在于:所述下球窝(I)底部为封闭式结构。
5.根据权利要求1所述的旋合式精密球铰轴承，其特征在于:所述上球窝(4)带有用于钳式扳手旋合的四个插销孔(G)。
6.根据权利要求1所述的旋合式精密球铰轴承，其特征在于:所述钢球(5)的上部切有一平面，钢球(5)的上部中心带有台阶孔，轴杆(8)上带有与钢球(5)的台阶孔配合的台阶，钢球(5)与轴杆(8)通过台阶面(C)定心，钢球(5)底部为完整式球面结构，轴杆(8)上带有锥面(B)及扁方(H)。
【文档编号】F16C11/06GK203926368SQ201420337415
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】张志华, 邹志峰, 刘和平, 李垂辉, 王朝襄 申请人:襄阳博亚精工装备股份有限公司