可三维度转动的子母套免维护大推力关节轴承的制作方法

1.本公开涉及关节轴承技术领域，尤其涉及一种可三维度转动的子母套免维护大推力关节轴承。


背景技术：

2.目前我国正在使用的高铁32m简支箱梁运架一体机主梁与后车关键连接构件采用球铰接连接方式，由于球铰竖直方向占用高度大，导致整机设计高度较高，造成过隧及隧道口架梁困难,另外一体机在风沙、雾霾、潮湿等恶劣环境下架梁工作时，球铰摩擦面处容易受潮生锈、且摩擦副表面容易进沙、尘土等杂质，造成摩擦副转动困难、且在转动过程中产生严重噪音污染、虽然加入黄油等润滑剂后可暂时延长球铰使用功能，由于润滑剂也容易氧化变质，对改善摩擦副润滑效果仍然不佳，球铰往往还未到设计使用寿命就因噪音过大，摩擦副锈蚀卡死等问题需要提前进行更换，浪费人力财力，甚至延误工期造成严重的经济损失；为了满足高速铁路40m简支箱梁运架一体机在恶劣环境、大荷载、低高度、大坡度、小曲线、过隧道等苛刻架梁工况要求，必须设计一种主梁与后车之间的新型连接机构，这种连接机构既满足运架一体机整机低高度，又可以承受竖向、横向及纵向大荷载，同时具有纵、横、水平三维度转动功能，摩擦副还能在恶劣环境下能不受干扰的长期稳定免维护正常工作，减少因关键连接部件损坏而进行维修、更换、延误工期造成的时间、经济等损失。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种可三维度转动的子母套免维护大推力关节轴承。
4.本公开提供了一种可三维度转动的子母套免维护大推力关节轴承，包括第一连接座、第二连接座以及支撑转轴，第一连接座和第二连接座上均设有安装部，第一连接座靠近第二连接座的一端设有球台状的凸起，沿第一连接座至第二连接座的方向，凸起的直径逐渐减小，第二连接座靠近第一连接座的一端设有与凸起位于同一球心的球台状的凹槽，凸起的外侧壁与凹槽的内侧壁配合以使第一连接座与第二连接座转动配合，支撑转轴的一端与凹槽的底壁连接，支撑转轴的另一端贯穿凸起且连接有第一限位部，凸起设有用于支撑转轴贯穿的通孔，支撑转轴的外壁与通孔的内壁之间留有供支撑转轴相对于第一连接座摆动的间隙。
5.可选的，支撑转轴的一端与凹槽的内底壁的轴心连接，通孔设置在凸起的中轴线处。
6.可选的，还包括用于对支撑转轴与第一连接座之间的相对摆动进行导向的导向机构，导向机构包括与支撑转轴同轴连接的球台状的导向内圈，沿第一连接座至第二连接座的方向，导向内圈的直径逐渐减小，导向内圈位于通孔远离第二连接座的一端，通孔对应导向内圈处设有与导向内圈相配合的导向面。
7.可选的，导向内圈和导向面所在的球心位置与凸起和凹槽所在的球心位置一致。
8.可选的，通孔包括沿第一连接座至第二连接方向依次设置的第一沉头孔和贯穿孔，第一沉头孔的孔径大于贯穿孔的孔径，第一沉头孔内同轴设置有导向环，导向面设置在导向环的顶部。
9.可选的，第二连接座远离第一连接座的一端设有第二沉头孔，支撑转轴的一端贯穿第二沉头孔并连接有第二限位部，第二限位部的形状与第二沉头孔的形状相匹配，第一限位部与支撑转轴螺纹连接。
10.可选的，第一连接座远离第二连接座的一端设有第三沉头孔，第三沉头孔与第一沉头孔相连通，第一限位部设置在第三沉头孔内。
11.可选的，凸起的外侧壁与凹槽的内侧壁之间设有自润滑摩擦板。
12.可选的，凹槽的内壁上还开设有固定槽，自润滑摩擦板通过固定螺钉安装在固定槽内。
13.可选的，凸起的外侧壁与凹槽的内侧壁之间还设有密封圈，密封圈位于凹槽靠近第一连接座的一端。
14.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
15.本公开通过凸起、凹槽以及支撑转轴的相互配合，不但可以实现基本的三维度转动的功能，还可以有效降低整机设计高度，避免在过隧及隧道口遇到的架梁困难的问题；且通过凸起和支撑转轴的巧妙设置，还可以有效避免因结构的竖向荷载而造成的对凸起与凹槽转动面的损耗，从而有效增加了结构的使用寿命。以实现运架一体顺利过隧、纵横大坡度、小曲线、三维度转动大荷载运架梁作业要求，并满足在特殊工况下顺利架梁作业。
附图说明
16.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
17.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本公开的整体结构示意图；
19.图2为本公开中第一连接座的结构示意图；
20.图3为本公开中第二连接座的结构示意图；
21.图4为本公开中主梁、后车横梁的连接示意图。
22.其中，1、第一连接座；2、第二连接座；3、支撑转轴；4、凸起； 5、凹槽；6、第一限位部；7、导向内圈；8、第一沉头孔；9、贯穿孔； 10、导向环；11、第二沉头孔；12、第二限位部；13、第三沉头孔； 14、自润滑摩擦板；15、密封圈；16、主梁；17、后车横梁。
具体实施方式
23.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采
用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
25.请参阅图1至图3，本公开提供了一种可三维度转动的子母套免维护大推力关节轴承，包括第一连接座1、第二连接座2以及支撑转轴3，第一连接座1和第二连接座2上均设有安装部，第一连接座1靠近第二连接座2的一端设有球台状的凸起4，沿第一连接座1至第二连接座 2的方向，凸起4的直径逐渐减小，第二连接座2靠近第一连接座1 的一端设有与凸起4位于同一球心的球台状的凹槽5，凸起4的外侧壁与凹槽5的内侧壁配合以使第一连接座1与第二连接座2转动配合，支撑转轴3的一端与凹槽5的底壁连接，支撑转轴3的另一端贯穿凸起4且连接有第一限位部6，凸起4设有用于支撑转轴3贯穿的通孔，支撑转轴3的外壁与通孔的内壁之间留有供支撑转轴3相对于第一连接座1摆动的间隙。
26.请参阅图4，在上述实施例中，本公开设置了第一连接座1和第二连接座2，其上均设有安装部，安装部用于将结构固定在主梁16和后车横梁17上，主要包括安装板和设置在安装板上的安装孔，在实际安装过程中，可将安装板上的安装孔与主梁16和后车横梁17上提前开设或预留的孔位进行对齐，并通过螺栓进行连接，从而使第一连接座1 和第二连接座2对应的与主梁16和后车横梁17进行连接，例如第一连接座1可连接在主梁16的底端，而第二连接座2则对应的连接在后车横梁17的顶端。
27.以第一连接座1连接在主梁16的底端，第二连接座2连接在后车横梁17的顶端为例，第一连接座1的底端则对应设有球台状的凸起4，而第二连接座2的顶端则对应设有球台状的凹槽5，且二者的球心一致。球台是一种现有的常规的结构，主要采用两个横截面对球体进行截取，而位于两个横截面中间的部分球体则为球台结构，在本实施例中，该球台的直径变化趋势是不断减小的，因此可以理解为，两个横截面位于球体的其中一个半球上并对其进行截取。
28.由于凸起4和凹槽5的球心一致，因此凸起4和凹槽5之间可转动配合，从而实现第一连接座1与第二连接座2之间的转动配合。由于凸起4和凹槽5的形状均为球台状，因此相对于现有球铰的竖向占用高度较低，可有效降低整机设计高度，避免过隧及隧道口遇到的架梁困难的问题。
29.由于凸起4和凹槽5均不足半个球体，因此二者之间的连接关系是开放式的，即二者之间为相互接触，并不存在实质性的连接，这与现有技术中的球铰或关节轴承均存在很大区别。现有的球铰是球体外圈包裹住球体内芯的，属于封闭式连接。而关节轴承则是轴承外圈包裹轴承内圈，轴承外圈和轴承内圈虽然也为球台状结构，但是其半径变化趋势与本实施例中凸起4与凹槽5的半径变化趋势是不一致的，这是因为轴承外圈和轴承内圈的球台状结构在通过水平截面截取的过程中，水平截面是位于球体中心面两侧的，虽然轴承外圈和轴承内圈之间也可转动配合，但是由于二者也是封闭式连接，轴承外圈和轴承内圈会承受竖向荷载，会使得关节轴承极易产生耗损，在长期使用的过程中，轴承外圈和轴承内圈的接触球面也会因较大竖向荷载而变形，从而导致关节轴承失效的问题。
30.在本实施例中，对于凸起4和凹槽5的连接则是通过支撑转轴3 实现的，首先凸起4开设有通孔，且通孔与支撑转轴3之间留有间隙，在凸起4和凹槽5在转动配合过程中，首先凸起4开设有通孔可以满足支撑转轴3的水平转动，且通孔与支撑转轴3之间留有间隙可以满足支撑转轴3的竖向摆动。因此可首先实现凸起4和凹槽5在三维度方向上的转动，实现如
现有技术中球铰或关节轴承的作用。
31.支撑转轴3的另一个作用是完成凸起4与凹槽5之间的连接，即避免二者之间出现脱离的情况。主要通过将支撑转轴3的一端与凹槽5 连接，另一端贯穿凸起4并连接第一限位部6来实现，通过设置第一限位部6，实际上可对凸起4进行夹持，避免凸起4与凹槽5分离，从而保证结构的稳定性。更重要的是，通过设置第一限位部6，可起到对凹槽5以及第二连接座2的悬挂作用，即当主梁16提升时，通过第一限位部6与凸起4的配合，可用于悬挂支撑转轴3，而支撑转轴3则起到对第二连接座2的起吊作用，这样设置的好处在于，较大的竖向荷载由凸起4的顶端、第一限位部6以及支撑转轴3来承担，而凸起4 和凹槽5的接触面则不会受到竖向荷载，这明显区别于现有技术中球铰和关节轴承在承受竖向荷载时，均会对其接触面产生较大影响的情况。
32.综上，通过上述凸起4、凹槽5以及支撑转轴3的相互配合，不但可以实现基本的三维度转动的功能，还可以有效可有效降低整机设计高度，避免过隧及隧道口遇到的架梁困难的问题；且通过凸起4和支撑转轴3的巧妙设置，还可以有效避免因结构的竖向荷载而造成的对凸起4与凹槽5转动面的损耗，从而有效增加了结构的使用寿命。
33.需要强调的是，由于凸起4和凹槽5均为球台状结构，因此二者均包括上底面和下底面，在实际生产过程中，本领域的技术人员应对凸起4和凹槽5的尺寸进行设计，以使凸起4的上底面直径和下底面直径分别大于凹槽5的上底面直径和下底面直径，即凸起4的上底面直径大于凹槽5的上底面直径，凸起4的下底面直径大于凹槽5的下底面直径，这样的话，二者虽然相互配合，但是不会相互贴合，即避免凸起4和凹槽5因对应底面相互贴合而造成的无法转动的情况，即凸起4和凹槽5的对应底面之间留有转动余量。
34.上述直径尺寸的设置主要取决于凸起4和凹槽5的相对转动量，正常来说，主梁16与后车横梁17的相对摆动一般在3
°
以内，因此凸起4的上底面直径和下底面直径分别略大于凹槽5的上底面直径和下底面直径即可，这样也可以有效减少凸起4和凹槽5所占的竖向高度空间。
35.请参阅图1至图3，在一些实施例中，支撑转轴3的一端与凹槽5 的内底壁的轴心连接，通孔设置在凸起4的中轴线处。
36.在上述实施例中，则是对支撑转轴3设置位置的优化，即支撑转轴3位于凸起4和凹槽5的中轴线上，这样的话，无论是从二者的摆动角度以及受力情况上来看，均能达到最佳，从而有效提高结构的整体效果。
37.请参阅图1至图3，在一些实施例中，还包括用于对支撑转轴3 与第一连接座1之间的相对摆动进行导向的导向机构，导向机构包括与支撑转轴3同轴连接的球台状的导向内圈7，沿第一连接座1至第二连接座2的方向，导向内圈7的直径逐渐减小，导向内圈7位于通孔远离第二连接座2的一端，通孔对应导向内圈7处设有与导向内圈7 相配合的导向面。
38.在上述实施例中，则是对支撑转轴3的摆动位置进行优化，在一般情况下，凸起4和凹槽5之间的状态不是相互齐平的，支撑转轴3 也处在非竖直状态，由于支撑转轴3和第二连接座2主要通过第一限位部6进行悬吊，当主梁16起升时，后车横梁17也会相应的复位，此时会导致支撑转轴3也相应的摆动从而复位至竖直状态，但是该复位摆动则较为生硬，有可能产生较大的摩擦以及噪音。
39.为此设置了导向结构，通过设置同样为球台状的导向内圈7以及可与导向内圈7配
合的导向面，从而使得当支撑转轴3摆动时，导向内圈7可与导向面之间转动配合，从而实现支撑转轴3的平缓复位。
40.具体的，导向内圈7通过固定孔套设在支撑转轴3上。
41.请参阅图1，在一些实施例中，导向内圈7和导向面所在的球心位置与凸起4和凹槽5所在的球心位置一致。
42.在上述实施例中，则是对导向机构结构的具体优化，主要体现在导向内圈7和导向面所在的球心位置与凸起4和凹槽5所在的球心位置一致。这样设置的好处在于，可实现凸起4和凹槽5的转动配合与导向内圈7和导向面之间的转动配合方向一致，从而可起到相互约束的效果。例如，在凸起4和凹槽5的转动配合过程中，导向内圈7和导向面也转动配合，从而可以使得支撑转轴3的相应摆动也更加平稳，可有效减少摩擦、噪音的情况。同理，当主梁16起升时，由于凸起4 和凹槽5之间也相互转动配合，也使得第二连接座2的复位，即后车横梁17的复位更加平稳。通过上述结构之间的相互约束和配合，从而可有效提高结构整体的稳定性。
43.请参阅图1和图2，在一些实施例中，通孔包括沿第一连接座1 至第二连接方向依次设置的第一沉头孔8和贯穿孔9，第一沉头孔8 的孔径大于贯穿孔9的孔径，第一沉头孔8内同轴设置有导向环10，导向面设置在导向环10的顶部。
44.在上述实施例中，则是对导向机构的结构进行具体优化，主要包括设置在第一沉头孔8内的导向环10，导向环10上设有与导向内圈7 配合的导向面，从而可有效实现前文所提及的有益效果。此外，通过设置导向环10，可降低因直接在通孔上设置导向面的制造难度。上述贯穿孔9则与第二沉头孔11相互连通，起到用于通入支撑转轴3且便于支撑转轴3摆动的效果。
45.请参阅图1和图3，在一些实施例中，第二连接座2远离第一连接座1的一端设有第二沉头孔11，支撑转轴3的一端贯穿第二沉头孔11 并连接有第二限位部12，第二限位部12的形状与第二沉头孔11的形状相匹配，第一限位部6与支撑转轴3螺纹连接。
46.在上述实施例中，则是对支撑转轴3与凸起4和凹槽5之间的安装进行具体公开，在实际安装过程中，将支撑转轴3的一端依次穿入凹槽5底壁上的第二沉头孔11以及凸起4上的通孔即贯穿孔9和第一沉头孔8，然后将第一限位部6与支撑转轴3进行连接，其中，第一限位部6开设有螺纹孔，而支撑转轴3则对应设有外螺纹，通过旋拧第一限位部6即可实现二者的对接，直至第二限位部12与第二沉头孔11 相匹配，从而完成安装，上述安装方式快速便捷，且结构简单，固定效果良好。
47.请参阅图1和图2，在一些实施例中，第一连接座1远离第二连接座2的一端设有第三沉头孔13，第三沉头孔13与第一沉头孔8相连通，第一限位部6设置在第三沉头孔13内。
48.在上述实施例中，则是对第一限位部6位置的优化，即当支撑转轴3与凸起4和凹槽5连接之后，第一限位部6可位于第三沉头孔13 内，这样可以避免支撑转轴3和第一限位部6伸出凸起4，可降低第一连接座1与主梁16的安装难度。
49.需要强调的是，由于第一限位部6和支撑转轴3相对于凸起4为内嵌式，因此可保证第一连接座1与主梁16之间对接面的齐平，优选地，可在二者的对接面之间也设置密封垫，从而避免气体、杂质通过第一连接座1和主梁16的对接面进入凸起4的第三沉头孔13以及通孔内，从而起到良好的密封效果，可有效减少因密封效果差而造成结构内部锈蚀、进入杂质
以及润滑剂失效而造成的转动效果变差的问题。
50.请参阅图1和图3，在一些实施例中，凸起4的外侧壁与凹槽5 的内侧壁之间设有自润滑摩擦板14。
51.在上述实施例中，由于凸起4和凹槽5之间为钢对钢接触，虽然通过设置润滑剂等方式可以减少摩擦，但是润滑剂不可避免的会失效，需要定期维护，且润滑剂效果也较为一般，无法有效解决因二者摩擦导致的噪音较大的问题，因此可设置自润滑摩擦板14，自润滑摩擦板 14为现有技术，主要包括由超高分子聚乙烯制成的摩擦板以及金属基的摩擦板，工作人员可根据实际情况进行使用。
52.请参阅图3，在一些实施例中，凹槽5的内壁上还开设有固定槽，自润滑摩擦板14通过固定螺钉安装在固定槽内。
53.在上述实施例中，则是对自润滑摩擦板14安装方式的具体公开，主要通过螺钉将自润滑摩擦板14安装在设置在凹槽5内壁上的固定槽内，需要注意的事，当自润滑摩擦板14安装完成之后，应保证其表面光滑且依然与凸起4外壁相配合。
54.请参阅图1和图3，在一些实施例中，凸起4的外侧壁与凹槽5 的内侧壁之间还设有密封圈15，密封圈15位于凹槽5靠近第一连接座 1的一端。
55.在上述实施例中，则是对密封方案的具体实施，通过设置密封圈 15，可有效避免气体、杂质等进入凸起4和凹槽5的接触面，从而避免对结构内部造成不良的影响，配合前文提到的密封垫圈，可使凸起4 和凹槽5的整体内部结构均处在密封环境中，从而有效保证结构的使用寿命。
56.具体的，凹槽5的内侧壁端部可设置嵌入槽，而密封圈15则对应的镶嵌入嵌入槽内，从而保证密封圈15固定的稳定性。
57.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
58.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。