CN101529102A - 具有各种端部突片设计的防止互锁的公差环 - Google Patents

Abstract

一种公差环，其被构造成用于防止在运送和处理的过程中互锁。所述公差环具有绕着第一旋转轴的第一半径的柱状体和在柱状体表面上的间隙，该间隙具有沿着所述轴线延伸的第一边缘和第二边缘。在柱状体基部的间隙具有在第一边缘上的第一突片和在第二边缘上的第二突片。第一突片适合于与第二突片联接，并且从而防止公差环相互之间发生互锁。所述间隙被构造成非线性。

Description

具有各种端部突片设计的防止互锁的公差环

技术领域

本发明总体上涉及轴承公差环。更具体地，本发明涉及用于信息存储装置，例如硬盘驱动器内的致动臂的盒式轴承的公差环。

背景技术

任何计算机系统的关键元件是存储数据的装置。在计算机系统中用于存储大量数据的一个常用位置是在磁盘驱动器上。磁盘驱动器最基本的部分是被转动的磁盘、将转换器移动到磁盘各个位置上的致动器以及用于向磁盘写数据以及从磁盘读数据的电路。连接到致动器的是包括磁头和金属悬架的磁头悬架组件(HGA)。所述HGA可以堆在一起成为磁头臂组件(HSA)，其由致动器驱动穿越磁盘表面。当前具有多种在用的磁盘驱动器，例如硬盘驱动器、zip驱动器、软盘驱动器。它们都使用旋转的或线性的致动器。

在硬盘驱动器中，磁头在同轴地安装在主轴电机上的旋转磁盘的表面上读写数据。以磁方式写入的“位”信息被安排在磁盘表面上的同心的圆形磁道中。磁盘必须快速旋转以便于计算机用户不必长时间等待磁盘表面上的理想的位信息在磁头下定位。在现在的磁盘驱动器中，数据位和磁道必须非常窄并且紧密间隔，以在每单位面积的磁盘表面上获得高密度的信息。

所需的小尺寸和在磁盘表面上的信息位的紧密间隔对磁盘驱动器及其机械元件的设计具有重要意义。其中最重要的意义是磁头上的磁转换器必须非常接近磁盘的磁表面。因为由于磁盘旋转和磁头致动在磁盘表面与磁头之间存在相对运动，磁头与磁盘之间的持续接触会导致接触面的摩擦故障。这种摩擦故障，通俗地讲称作“磁头碰撞”会破坏磁盘和磁头，通常造成数据丢失。因此，根据流体力学，将所述磁头设计成由非常薄的空气轴承支撑，以便于其磁转换器能够接近磁盘运作而将磁头与磁盘之间的物理接触降到最小或者避免物理接触。通常，现在的硬盘驱动器运转期间，磁头到磁盘所呈现的间隔是非常小的，以数十纳米计量。

设计者必须考虑用于将磁转换器靠近磁盘移动的致动器的特性，以将响应快速角运动和其它激励的振动降到最小。例如，致动器臂必须足够得硬并且致动器枢转轴承必须有足够高的质量，以便于在运转期间磁头的位置得到精确控制。还有，致动器臂与枢转轴承之间的接触面必须有足够的刚度和强度，以能够在运转期间精确控制磁头的位置并且提供必要的边界条件，以便于致动器臂的振动的更高的固有谐振频率。通常，致动器臂由铝或铝合金制成，并且因此它比通常由不锈钢制成的枢转轴承套更软并更容易被刻划。

致动器还必须具有足够的刚度，以在机械振动的情况下限制会造成与磁盘接触的扭曲。同样地，致动器结构与枢转轴承之间的接触面必须有足够的强度，以防止毁灭性的结构故障，例如在较大的机械振动的情况下，致动器臂与致动器枢转轴承之间的轴向滑移。

在许多磁盘驱动器中，致动器臂由公差环固定到致动器枢转轴承上。通常，公差环包括敞开的柱状基部和多个自所述柱状基部凸出或凹入的接触部。通常，在安装期间，这些接触部通常被部分地压缩，在由公差环连接的部件的相配合的柱状特征之间形成径向预载。该径向预载压缩提供了防止相配合的部件实际滑移的摩擦接合作用。例如，在磁盘驱动器应用中，公差环的径向压缩预载，在运转期间和在机械振动的情况下，防止了致动器臂与枢转轴承之间的接触面处的分离和滑移。公差环还作为径向弹簧。这样，公差环将内部柱状部分关于外部柱状部分定位，同时补偿这些部件的半径上的半径间隙和制造差异。

附加的特征已加到公差环中，来获得特定的优点。例如，在授予Misso等人的美国专利6,288,878中，将圆周支撑部加到了公差环中，以增加环向强度。授予Misso等人的美国专利6,338,839公开了一种提供较低的恒定安装力曲线(profile)的公差环。

授予小Cramer等人的美国专利4,790,683公开了传统公差环结合柱状垫片的应用，其特征在于：结构上显著的径向振动或者加载。所述垫片防止了在下面的柔软的材料的变形，从而防止了保持公差环的摩擦接合的径向压缩的不良的局部突出。

现有技术的公差环通常由扁平的金属薄板制造，利用冲压、模制、轧制以及其它步骤来提供使接触部凹入和大致柱状体形状的方式。图1中示出了现有技术中公差环的透视图。由于这种公差环的制造方式，它们通常具有在轧制过的金属薄板交会的相对边缘处形成的间隙或空间。这种间隙或空间使公差环会在运送和处理过程中互锁。分离互锁的公差环是一种劳动强度大、耗时多的工作，这种工作费用高，并且会使公差环遭受损环。

随着在硬盘中安装致动臂对提高一致性的要求越来越高，仍持续需要对现有的公差环设计进行改进，以防止在运送或处理过程中互锁。这就是本发明所针对的改进。

发明内容

公差环包括具有在两端之间的预定长度的柱状体和沿着柱状体预定长度的间隙。所述间隙具有第一边缘和第二边缘。从间隙的第一边缘凸出与第二边缘重叠的第一突片。第二突片可从间隙的第二边缘凸出以与第一突片联接。第一突片可具有与第二突片上的钩状端相联接的钩状端。第一突片可被构造成使得其与在间隙的第二边缘上的孔接合。所述突片结构可具有空腔或孔，以按需要解决公差环的质量偏心问题。所述突片可构造成替代性的L状或U状凸缘，其钩住在相对的间隙的边缘上的孔或在相对的突片上的孔的开口。所述突片可被构造成相互接合。在另一个实施例中，从柱状体的一端到另一端形成非线性间隙。

附图说明

本发明的精确本质，以及其目的和优点从理解结合附图的以下详细说明将变得显而易见，所有图中相同附图标记指定相同部件，并且其中：

图1是现有技术公差环的透视图。

图2是根据本发明的一个实施例的公差环的透视图。

图3是沿图2中线3-3的公差环的截面图。

图4是根据本发明另一实施例的公差环的透视图。

图5示出了根据本发明另一实施例的公差环的透视图。

图6示出了沿图4和5中的线6-6的公差环的截面图。

图7示出了沿图4和5中的线6-6的公差环的截面图，示出了替代性的互锁突片特征。

图8是根据本发明又一实施例的公差环的透视图。

图9是根据本发明又一实施例的公差环的透视图。

图10示出了沿图9中的线10-10的公差环的截面图。

图11示出了沿图9中的线10-10的公差环的截面图，示出了替代性的互锁特征。

图12是根据本发明又一实施例的公差环的透视图。

图13示出了沿图12中的线13-13的公差环的截面图。

图14示出了沿图12中的线13-13公差环的截面图，示出了替代性的互锁特征。

具体实施方式

图1示出了现有技术公差环设计11的透视图。在一个实施例中，公差环11由300系列不锈钢制成。公差环11由被弯曲形成柱状体13的大致平面的基部形成。柱状体13具有绕着中心轴线的第一半径，并且它平行于中心轴线延伸一段固定长度。

柱状开口19的径向膨胀和收缩通过沿着公差环11的长度的间隙21实现，间隙21具有第一边缘15和第二边缘17。所述间隙21使公差环在运送和处理过程中易于互锁，这是因为公差环11的柱状体13能通过间隙21进入另一公差环11的柱状开口19中。分离互锁的公差环11会耗时、费用高，并可能会使公差环11遭受处理损坏。

公差环11具有多个接触部23。所述接触部23通常具有沿柱状体13轴向延伸的长斜方形的截面形状。如图1中所示，接触部23在离开公差环11的内部的方向上径向向外凸出。可以理解，在本领域的其它已知的替代结构包括，具有以替代方式径向向内凸出或向内和向外凸出的接触部23的公差环。

图2是根据本发明一个实施例的防止在运送和处理过程中互锁的公差环25的透视图。所述公差环25包括具有相对配合端部的钩状突片27和29。这些端彼此互锁以闭合在边缘27和29之间形成的间隙21。图3是沿图2的线3-3的公差环25的截面图，示出了这种互锁突片特征。通过消除间隙21，公差环25在运送和处理过程中就不会与其它公差环25发生缠结或互锁。

图4和5示出根据本发明的一个实施例的利用非线性间隙结构37防止在运送和处理过程中互锁的公差环31的透视图。所述非线性间隙结构37形成在边缘15和17之间。边缘17具有能够与边缘15的凹进33配合的突片35。可以想象，边缘15和17可具有不同的相配合的或互相作用的结构，其导致在它们之间的非线性间隙结构37。例如，可以想象到，非线性结构37对角地穿过柱状体13的轴向宽度，或构造为在边缘15和17之间的半圆形间隙。

由于非线性间隙37会影响接触部23的空间和定向，可使用具有不同尺寸的附加接触部或辅助接触部。图5示出了利用非线性间隙结构37防止在运送和处理过程中互锁的公差环31，在靠近非线性间隙结构37处具有多个接触部39和41。这些接触部39和41能提高在非线性间隙37上的致动臂组件的配合的柱状特征之间的径向预载。所述径向预载压缩提供防止配合部件实际滑移的摩擦接合作用。具有多个靠近非线性间隙37的接触部39和41的优点是减弱公差环31的质量偏心或质量不平衡。

图5还示出了接触部的替代结构23。接触部23可沿着柱状体表面13布置成多排。接触部23，39和41通常具有沿柱状体13轴向延伸的长斜方形的截面形状。所述接触部23，39和41在离开公差环11内部的方向上径向向外凸出。可以理解，在本领域中已知的其它替代结构包括具有以替代方式径向向内凸出的，或向内和向外凸出的接触部23，39和41的公差环。

图6和图7示出了沿图4和5中的线6-6的公差环31的替代性的截面图。在一个实施例中，突片15和17可移动地接合以闭合它们之间形成的非线性间隙37。图6示出了突片15的边缘与突片17的边缘重叠，而凸出部35与空腔33重叠。在另一个实施例中，如图7中所示，突片15和17沿着柱状体13的参数交会。图7在与柱状体13的相同平面内用虚线示出了凸出部35和空腔33。通过利用非线性间隙结构37，公差环31在运送和处理过程中不会发生彼此缠结或互锁。

图8是利用螺旋状间隙45以防止在运送和处理过程中发生互锁的公差环43的透视图。边缘15和17成一角度，以允许螺旋状间隙45围绕柱状体13的轴向宽度对角地穿过。利用这种螺旋状间隙45结构，公差环43在运送和处理过程中不会发生彼此缠结或互锁。

图9是利用突片49和孔51以防止在运送和处理过程中发生互锁的公差环47的透视图。所述孔51是在柱状体13上形成的孔，该孔足够得大，至少能够接纳相对端上的突片49。所述突片49具有空腔或开口53，用于解决公差环47质量偏心问题。可以想象，突片49可具有由相对端上的配合孔51接纳的任一种结构。

图10和11示出了沿图9中的线10-10的公差环47的替代性的截面图。突片49可移除地与孔51结合。图10示出了与柱状体13在同一平面的突片49的结构。图10提供了替代性的突片49的结构，其设有凸缘55，以将突片49可靠地连接到孔51。通过消除间隙21，公差环47在运送和处理过程中不会与其它公差环47发生缠结或互锁。

可以理解，替代性的突片和孔结构也可用于消除间隙21。例如，公差环47可具有与多个孔配合的多个突片。图12示出了具有两个突片59的公差环57的透视图，突片59可移除地与两个孔61接合。突片59能以与图10和11中所解释的相同的方式与孔61配合，或突片59能夹在或钩在孔61内，如图13和14所示。所述突片59可具有能钩在孔61的开口的一边的L状或U状凸缘63。与本发明其它的实施例相同，通过消除间隙21，公差环57在运送和处理过程中能够避免与其它公差环57发生缠结或互锁。

本领域技术人员应该可以理解，在不偏离本发明目的情况下可使用在此描述的任何实施例结合。例如，利用非线性间隙结构37的公差环可与突片49以及孔51结合使用。类似地，利用非线性间隙结构37的公差环可与多个突片59以及多个孔61结合使用。利用非线性间隙结构37的公差环也可与钩状突片27和29一起使用。所有所述的实施例的结合都用于防止公差环彼此互锁。

Claims (18)

1.一种公差环，包括：

柱状体，其具有在两端之间的预定长度，以及沿着所述柱状体的预定长度的间隙，所述间隙具有第一边缘和第二边缘；和

第一突片，其从所述间隙的第一边缘凸出，与所述第二边缘重叠。

2.根据权利要求1所述的公差环，进一步包括第二突片，其从所述间隙的第二边缘凸出，所述第二突片适合于与所述第一突片联接。

3.根据权利要求2所述的公差环，其中所述第一突片和所述第二突片具有钩状结构。

4.根据权利要求1所述的公差环，其中所述第一突片构造成接合所述第二边缘上的凹进。

5.根据权利要求1所述的公差环，其中所述第一突片与所述第二边缘上的孔配合。

6.根据权利要求1所述的公差环，其中所述第一突片具有L状凸缘，以钩到所述第二边缘的孔上。

7.根据权利要求1所述的公差环，其中所述第一突片具有U状凸缘，以钩在所述第二边缘上的孔上。

8.根据权利要求1所述的公差环，其中所述第一突片具有空腔，以减少所述公差环的质量不平衡。

9.根据权利要求1所述的公差环，进一步包括多个接触部，每个接触部从所述柱状体凸出一定径向距离。

10.一种公差环，包括：

柱状体，其具有在两端之间的预定长度，以及沿着所述柱状体的预定长度的间隙，所述间隙具有第一边缘和第二边缘；和

第一突片，其从所述间隙的第一边缘凸出进入在所述间隙的第二边缘上的凹进，该凹进用于接纳所述柱状体上的所述第一突片。

11.根据权利要求10所述的公差环，其中所述间隙的第一边缘和第二边缘具有非线性结构。

12.根据权利要求10所述的公差环，进一步包括多个接触部，每个接触部从柱状体凸出一定径向距离。

13.一种公差环，其被构造成防止在大批运送和处理过程中公差环之间互锁，所述公差环包括：

柱状体，其具有绕着旋转轴线的半径以及在两端之间的预定长度，和在所述柱状体表面上沿着所述柱状体的预定长度与旋转轴成一角度的间隙。

14.根据权利要求13所述的公差环，其中所述间隙具有第一边缘和第二边缘。

15.根据权利要求13所述的公差环，进一步包括多个接触部，每个接触部从所述柱状体凸出一定径向距离。

16.一种公差环，包括：

柱状体，其具有旋转轴线以及在第一端和第二端之间的预定长度，和在柱状体的表面上从所述第一端到所述第二端周向延伸的间隙，并且所述间隙具有非线性结构。

17.根据权利要求16所述的公差环，其中所述间隙具有第一边缘和第二边缘。

18.根据权利要求16所述的公差环，进一步包括多个接触部，每个接触部从所述柱状体凸出一定径向距离。

Images