專利名稱：具有防滑彈簧的軸承組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及滾動軸承，尤其涉及用于電機中軸承組件的彈性體彈簧，該彈簧可抑制磨損破壞并延長軸承的壽命。

背景技術：
機器中主要關注的是磨損，磨損源自表面看起來相對固定的緊配合部件之間的微小的微機械相對運動。磨損是腐蝕和磨蝕的疊加，其常見于具有移動或振動部件的設備中。如果持續(xù)發(fā)展的話，磨損能導致接觸面的點蝕和磨傷，以及振動、應力集中增大和壽命降低。
在電機中，磨損是軸承失靈的主要原因。如本領域技術人員已知的，電機具有安裝在位置固定的組件或定子的中空芯部內(nèi)的可旋轉組件或轉子，該位置固定的組件或定子上具有絕緣線繞組。當定子的繞組通入電流并且與旋轉的轉子互感時，電機將電能轉換為機械扭矩。轉動軸貫穿所述電機，并安裝在位于兩縱向端的前、后端蓋處的軸承上。例如，具有柱形外表面的球軸承容納在相應端蓋的孔中。不幸的是，軸承的外表面相對于容納該軸承的孔旋轉。軸承的尺寸通常設定成與孔間隙配合，以方便組裝并避免軸承受到徑向載荷，但是這降低了軸承的柱形外側部的摩擦阻力，因此容易發(fā)生相對運動。由于軸承和端蓋的熱膨脹不同，所以當外界溫度變化時，即使過盈配合的軸承也易于松動。結果，在外軸承表面和孔之間出現(xiàn)微小的相對運動，其導致磨損破壞。
通常，在一個軸承的位置固定的端面和相應孔的底部臺肩之間設置環(huán)形鋼墊圈，以調節(jié)公差積聚和設計裕度。墊圈不是完全平坦的，而是具有“波形”圓周輪廓，該輪廓具有多個(例如，三個)高點，所述高點平滑地過渡到居間的低點。當在軸承和孔的端部之間受壓時，該墊圈用作壓縮彈簧，并沿軸向對軸承施加反作用力。彈簧墊圈有利于將軸和整個轉子組件推向穩(wěn)定位置，以“預載”轉子并減少軸向運動，同時調節(jié)元件的公差。不幸的是，所述墊圈不能對軸承的旋轉提供明顯的阻力。這種限制來源于至少兩個原因。首先，墊圈的輪廓僅在墊圈和軸承的端面之間提供了小的接觸區(qū)域，具體為在三個高點處。其次，由于接觸材料都是金屬，所以接觸區(qū)域處的表面粘附力(即，摩擦系數(shù))較低。因此，軸承容易在彈簧墊圈上滑動(旋轉)。
隨著磨損繼續(xù)，軸承最終沿徑向移動，即本領域技術人員所稱的軸承蠕變，這會導致轉子沖擊定子。那樣，必須更換整個電機。幾種現(xiàn)有的預防軸承轉動的方法已經(jīng)失敗或者需要沿軸承的外側部附加插入物或粘合劑，這增加了復雜性、降低了可靠性或者使組件的制造更困難。


發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的示例性實施方式的幾個目的和特點中，可以注意到，軸承系統(tǒng)的應用延長了可用壽命；示例性軸承系統(tǒng)的應用減弱了磨損和軸承蠕變；示例性軸承系統(tǒng)可用在電機中；示例性軸承系統(tǒng)易于組裝；示例性軸承系統(tǒng)運行可靠；示例性軸承系統(tǒng)可抑制振動并減弱噪聲級；并且該示例性軸承系統(tǒng)的生產(chǎn)經(jīng)濟。
大體上，根據(jù)本發(fā)明的軸承系統(tǒng)包括軸承座，該軸承座包含沿縱軸線對齊的孔，所述孔具有處于孔內(nèi)的柱形內(nèi)側壁以及底面，該底面限定孔的端部；容納在所述軸承座的孔中以用于可旋轉地支承一軸的軸承，所述軸承具有與孔的內(nèi)側壁相鄰的柱形外側部和大體與孔的底面相鄰的端面；以及容納在孔中并且插置在軸承的端面和孔的底面之間的防滑彈簧部件，該防滑彈簧部件構造成當在軸承和孔的端部之間受壓時沿大致軸向的方向對軸承端面施力，還構造成沿平行于軸承端面的方向對該端面施力以抵抗軸承相對于孔的任何旋轉運動，從而所述防滑彈簧部件迫使軸承保持在孔中的固定旋轉位置，以防止軸承的外側部相對于孔的內(nèi)側壁運動。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明的電動機器包括具有縱軸線的定子；轉子，該轉子安裝成相對于定子旋轉以與所述定子磁性互感，所述轉子包括沿所述縱軸線延伸的軸；用于連接在所述定子的兩縱向端的兩個端蓋，所述端蓋中的至少一個具有帶底面的孔；容納在所述孔中以支承所述軸的軸承；以及位于軸承與孔的底面之間的彈簧部件。該彈簧部件由彈性體材料形成。
下面將部分說明并指出本發(fā)明的其它目的和特點。



圖1是本發(fā)明的軸承系統(tǒng)的一種實施方式的分解透視圖； 圖2是防滑彈簧部件的前視圖； 圖3是圖2的防滑彈簧部件的側視圖； 圖4是圖3的局部放大圖； 圖5是包含所述軸承系統(tǒng)的電機的局部剖視側視圖； 圖6是圖5的局部放大圖； 在所有的附圖中，相應的附圖標記指代相應的部件。

具體實施例方式 現(xiàn)在參考附圖尤其是圖1，本發(fā)明的一種實施方式的軸承系統(tǒng)總體由10表示。軸承系統(tǒng)10包括軸承座15、可容納在該座中的軸承20以及防滑彈簧部件30，該防滑彈簧部件抑制軸承在軸承座中的旋轉并減弱因磨損導致的損壞。在一種實施方式中，軸承系統(tǒng)10用來安裝在電動機器，例如電機40(圖5)或發(fā)電機中。盡管這里的描述主要參考該實施方式，但是應該理解，該軸承系統(tǒng)應用廣泛，并且在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可用于其它工業(yè)領域的其它裝置、機器或設備中。
參見圖5，電機40包括具有中空內(nèi)部的外殼42。位置固定的組件或定子(總體標記為44)和磁性聯(lián)接到該定子的可旋轉組件或轉子(總體標記為46)都設置在所述外殼內(nèi)。如現(xiàn)有技術中已知的，定子44的芯部上具有一個或多個繞線線圈或繞組(未示出)。繞組中通有電流，使得定子44與旋轉的轉子46磁性互感。轉子46可繞軸48旋轉，該軸48沿中心縱軸線A延伸并且裝配在機器的兩個軸承上，所述軸承包括前軸承20和后軸承50。定子44和轉子46大體上沿軸線A同軸對齊。定子和轉子的很多方面都是常規(guī)的，在這里不再深入描述。用于冷卻電機40的通風系統(tǒng)包括風扇52和導流片54，導流片54用于引導空氣流穿過外殼42以冷卻零部件。多個排氣孔56貫穿外殼的側部，以用于將冷卻空氣從外殼內(nèi)部排出。
在電機40的兩縱向端部設置有前端蓋58和后端蓋60。端蓋58、60通過多個(例如，三個)沿周向間隔開的螺栓緊固件(未示出)連接，所述螺栓緊固件穿過每個端蓋的相應孔。每個端蓋包括帶有孔64的中心輪轂62，以用于容納相應軸承20、50。所述孔64沿中心軸線A對齊，并且都具有柱形的內(nèi)側壁66(圖6)。在一種實施方式中，各個孔64的臺肩68(圖1和圖6)均限定作為軸承座的底面。應該理解，軸承座可以是其它構型，例如，位于孔的一個端部處的平坦的閉合端壁。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，軸承座可以設置在沿著端蓋的中心軸線A的任意位置。軸承系統(tǒng)10可以與不同類型的軸承(例如，軸頸軸承)結合以形成所述的轉子軸承系統(tǒng)。
可以在電機40的一端或兩端使用本發(fā)明的軸承系統(tǒng)10。如附圖及下面的說明所示，僅在電機一端的一個端蓋-即前端蓋58-中含有所述軸承系統(tǒng)。前端蓋58的輪轂62包括前述軸承座15，并且其保持軸承20以便旋轉支承軸48。如圖1和6所示，軸承20包括內(nèi)圈或滾道70以及同心的外圈或滾道72，所述滾道構造成通過在這兩個滾道之間設置多個球狀物74而以較低的摩擦相對轉動。軸承的內(nèi)滾道70聯(lián)接到軸48上并隨著該軸旋轉，而外滾道72聯(lián)接到輪轂62上且不轉動。外滾道72具有與孔的內(nèi)側壁66相鄰的柱形外表面或側部76。軸承20的端面78朝向孔的臺肩68(或底面)，并且大體上靠著該底面布置。應該理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以采用不同類型的軸承。
防滑彈簧部件30在介于軸承的端面78和孔的臺肩68或孔的底面之間的位置處容納在該孔64中。在一種實施方式中，防滑彈簧部件30具有一體、連續(xù)且為環(huán)形的形狀，如圖2和3所示。該彈簧部件的外徑D與臺肩68一致并且寬度W與該臺肩的寬度大致相等。應該理解，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，彈簧部件可以具有其它的大小或形狀，包括不連續(xù)的形式或多部件的形式。
彈簧部件30構造成沿至少兩個方向對軸承20的端面78施力。首先，當彈簧部件30在軸承20和孔的底面68之間受壓時，該彈簧部件提供大致軸向的力。該軸向力將轉子組件46推向外殼42中的穩(wěn)定位置并且預防電機40運轉過程中的振動和噪音。其次，彈簧部件30沿圓周方向提供與端面78平行的力，以抵抗軸承的外滾道72相對于孔64的任意旋轉運動。該力由彈簧部件和相鄰表面之間的靜摩擦、彈簧部件的壓縮及其具有帶周向部分的區(qū)段的結構提供，如下面所述。因此，彈簧部件30對座15中的軸承20的外滾道72提供了旋轉運動的摩擦阻力。
防滑彈簧部件30由合適的彈性和柔性材料形成，所述材料可提供對軸承的良好的表面粘附。優(yōu)選地，所述材料也可耐高壓和高溫環(huán)境、可注射成形并且可回收。示例性的材料包括橡膠、灌注聚氨酯以及熱塑性彈性體例如SANTOPRENE(Advanced Elastomer Systems of Akron，Ohio的注冊商標)。當在軸承20和孔的底面68之間受壓時，所述材料壓縮，彈簧部件30根據(jù)它相對于無負載狀態(tài)的變形來施加相應的反作用力。為了抵抗旋轉，所述材料還優(yōu)選具有對金屬表面-例如典型的鋼制的軸承20端面78和孔底面68-的良好表面粘附(即，靜摩擦)。因此，該材料不易沿這些表面滑動，并且由彈性體彈簧部件30提供的抵抗軸承20的外滾道旋轉的力比由現(xiàn)有技術的金屬墊圈提供的力大。
在一種實施方式中，彈簧部件30具有多個沿周向間隔的接合區(qū)域，所述區(qū)域的形式為具有平坦接觸面80的齒。所述齒包括第一組齒(每個齒都標記為82)以及第二組齒(每個齒都標記為84)。所述第一和第二組齒朝向相反的方向，以分別與軸承20的端面78和孔的底面(或臺肩)68接合。每組中的齒82、84均由凹部86隔開，所示出的凹部具有輪廓平滑的邊緣并總體為U形。但是，所述凹部86也可是其它形狀，包括非平滑輪廓。第一和第二組齒以交替方式繞彈簧部件30沿周向布置，即，第一組的齒82與第二組的齒84沿周向偏移，從而一個組中的齒大致與另一組中的齒之間的凹部86對準。在附圖所示的實施方式中，彈簧部件30上具有三十六個第一齒82和三十六個第二齒84。由于齒82與端面78之間以及齒84與底面68之間的總接合面積明顯大于現(xiàn)有技術中金屬墊圈提供的相應接觸面積，因此，平坦的接觸面80提供了有效的接合。與現(xiàn)有技術中在較小的區(qū)域或在幾點接觸軸承的“波形”金屬墊圈不同，彈簧部件30的齒82、84在圍繞軸承的較大區(qū)域上在許多點處提供了接觸區(qū)域。在一種實施方式中，與軸承端面78接觸的區(qū)域面積(即，第一組的所有齒82的總接觸面積)約為彈簧部件30的表面積的50％。應該理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，彈簧部件可以具有不同的構型，包括光滑的O型環(huán)或者不同數(shù)量或布置的接合區(qū)域。
彈簧部件30構造成抵抗軸承20-尤其是其外滾道72-的旋轉。如圖4所示，彈簧部件30的連接每對相鄰齒的部分限定一連接段90，該連接段位于第一組齒中的每個齒82和第二組齒中的相鄰齒84之間。在一種實施方式中，每個連接段90具有位于相對的凹部86之間的較窄區(qū)域。每個連接段90具有大致在中心的相對于接觸面80傾斜一角度C的軸線B。因此，每個連接段90都具有既沿軸向又沿周向的方向分量。如果軸承20要開始旋轉，則第一齒82相對于相鄰的第二齒84沿圓周方向移動。由于連接段90延伸為具有周向分量，所以連接段布置成拉伸或壓縮狀態(tài)，從而產(chǎn)生增大旋轉摩擦阻力的力。在一種實施方式中，角度C小于80度，優(yōu)選為大約45度。其它形狀的連接段也不脫離本發(fā)明的范圍。
這樣，彈簧部件30迫使軸承20停留在孔64內(nèi)的固定旋轉位置，預防外滾道72相對于孔運動。彈簧部件30的幾何結構及其所用的材料都有助于該彈簧沿兩個方向(軸向和周向)施力的能力。應該理解，僅通過彈簧部件的幾何結構或其材料中的一項提供這些優(yōu)點也不脫離本發(fā)明的范圍。例如，具有與附圖所示的彈簧部件30相同的幾何形狀、但由金屬例如鋼形成的彈簧部件也可提供軸向力和周向力。凹部86和齒82、84的偏移使得該彈簧部件能夠壓縮。相似地，具有環(huán)形O型環(huán)形狀(不帶凹部，也不帶齒)但由彈性體材料形成的彈簧部件也能提供軸向力和周向力。
需要注意的是，本發(fā)明的彈簧部件30使得軸承20的尺寸能設定成以滑動(間隙)配合的方式容納在孔64中。這就避免需要用以將軸承20牢固保持在孔中的過盈配合，所述過盈配合會在軸承上產(chǎn)生徑向載荷，這對軸承的運行是不利的。此外，彈簧部件30使得軸承的軸向外側部76或表面能直接靠在孔的相鄰內(nèi)側壁66上。這就避免需要任何為預防磨損而設置在外側部76和內(nèi)側壁66之間的中間部件，例如插入件、容差環(huán)或粘合劑，設置中間部件會增加復雜程度、降低可靠性或者使組件更難制造。
上述彈簧部件30可通過傳統(tǒng)的、低成本的注射成形法制造。在組裝過程中，可在安裝軸承之前簡單地將彈簧部件30插入孔64中。彈簧部件30可直接取代現(xiàn)有技術中的“波形”墊圈，并可作為修理中的電機內(nèi)的金屬彈簧的替代物。在這點上，可以選擇彈簧部件30的彈性體材料和幾何構型，以便接近特定金屬墊圈的軸向載荷特性(即，“彈簧常數(shù)”)。
根據(jù)上文，可實現(xiàn)本發(fā)明的多個目的并且達到其它的有利效果。
在說明本發(fā)明或其優(yōu)選實施方式的元件時，詞語“一”、“該”和“所述”是指存在一個或多個元件。術語“包括”、“包含”、“具有”是包含性的，并且指除了所列出的元件外還可以有另外的元件。
由于在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以對上述方案進行各種改變，因此，包含在上述說明和圖示中的內(nèi)容應解釋為示例性的而非限制性的。
權利要求
1.一種軸承系統(tǒng)，包括
軸承座，該軸承座包含沿縱軸線對齊的孔，該孔具有處于孔內(nèi)的柱形內(nèi)側壁和底面，該底面限定孔的端部；
容納在所述軸承座的孔中以用于可旋轉地支承一軸的軸承，該軸承具有與孔的內(nèi)側壁相鄰的柱形外側部和大體與孔的底面相鄰的端面；以及
防滑彈簧部件，該彈簧部件容納在所述孔中并且插置在所述軸承的端面和所述孔的底面之間；
其中，該防滑彈簧部件構造成當在所述軸承和所述孔的端部之間受壓時沿大致軸向的方向對所述軸承端面施力，還構造成沿平行于所述軸承端面的方向對該端面施力以抵抗軸承相對于孔的任何旋轉運動，從而所述防滑彈簧部件迫使軸承保持在孔中的固定旋轉位置，以防止該軸承的外側部相對于該孔的內(nèi)側壁運動。
2.如權利要求1所述的軸承系統(tǒng)，其特征在于所述防滑彈簧部件是彈性和柔性的。
3.如權利要求2所述的軸承系統(tǒng)，其特征在于所述防滑彈簧部件由彈性體材料形成。
4.如權利要求2所述的軸承系統(tǒng)，其特征在于所述防滑彈簧部件是環(huán)形的。
5.如權利要求4所述的軸承系統(tǒng)，其特征在于該軸承系統(tǒng)還包括在所述防滑彈簧部件上周向間隔開的多個齒。
6.如權利要求5所述的軸承系統(tǒng)，其特征在于所述防滑彈簧部件上的齒包括朝向相反方向的第一組齒和第二組齒，以用于分別接合所述軸承的端面和所述孔的底面。
7.如權利要求6所述的軸承系統(tǒng)，其特征在于所述齒均具有平坦的接合面。
8.如權利要求6所述的軸承系統(tǒng)，其特征在于所述第一組齒和第二組齒沿所述防滑彈簧部件以交替的方式周向布置。
9.如權利要求8所述的軸承系統(tǒng)，其特征在于該軸承系統(tǒng)還包括位于每對相鄰的第一和第二齒間的連接段，各連接段都具有周向方向分量。
10.如權利要求1所述的軸承系統(tǒng)，其特征在于所述軸承的尺寸設定成能以間隙配合容納在所述孔中。
11.如權利要求10所述的軸承系統(tǒng)，其特征在于所述軸承的外側部與所述孔的內(nèi)側壁直接相鄰，兩者之間沒有任何中間部件。
12.一種電動機器，包括
具有縱軸線的定子；
轉子，該轉子安裝成相對于定子旋轉以與所述定子磁性互感，該轉子包括沿所述縱軸線延伸的軸；
用于連接在所述定子的兩縱向端的兩個端蓋，所述端蓋中的至少一個具有帶底面的孔；
軸承，該軸承容納在所述孔中以支承所述軸；以及
彈簧部件，該彈簧部件位于所述軸承與所述孔的底面之間；
其中，所述彈簧部件由彈性體材料形成。
13.如權利要求12所述的電動機器，其特征在于所述彈簧部件是環(huán)形的。
14.如權利要求13所述的電動機器，其特征在于所述彈簧部件還包括在該彈簧部件上周向間隔開的多個齒。
15.如權利要求14所述的電動機器，其特征在于所述彈簧部件上的齒包括朝向相反方向的第一組齒和第二組齒，以用于分別接合所述軸承和所述孔的底面。
16.如權利要求15所述的電動機器，其特征在于所述齒均具有平坦的接合面。
17.如權利要求15所述的電動機器，其特征在于所述第一組齒和第二組齒沿所述彈簧部件以交替的方式周向布置。
全文摘要
一種通過抑制磨損來延長軸承壽命的軸承系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可用于機器例如電機中，該系統(tǒng)包括設置在軸承和容納該軸承的孔的底面之間的彈性體彈簧。該彈簧部件向軸承施加軸向和周向的力以抵抗該軸承在孔中的旋轉。所述彈簧部件呈環(huán)形，并具有多個沿周向間隔開的齒。
文檔編號F16C25/08GK1957515SQ20058001701
公開日2007年5月2日 申請日期2005年5月25日 優(yōu)先權日2004年5月27日
發(fā)明者P·M·瓊斯 申請人:艾默生電氣公司