CN100427780C - 轴承衬套以及使用它的复合运动装置 - Google Patents

Abstract

提供一种排除了轴承衬套和轴部件的间隙，排除了两者间的旷量，使该轴部件能够良好地进行进退运动，同时，减轻了轴承衬套以及轴部件双方的尺寸管理的负担，能够廉价地制造的轴承衬套。是支承在轴部件(1)的轴向往复运动的轴承衬套(4)，具有上述轴部件(1)贯穿的承孔，在面向该承孔的内周面上，隔着规定的间隔反复形成槽(40)。然后，上述承孔的内径形成为等于或小于轴部件(1)的外径，相对于轴部件(1)的外周面，以所谓的过盈配合的状态压接。

Description

轴承衬套以及使用它的复合运动装置

技术领域

本发明涉及支承花键轴等的轴部件在轴向的进退运动的轴承衬套，例如，涉及被用于在以花键轴作为主轴，可以一面使该花键轴进退，一面付与该花键轴旋转运动的复合运动装置中，支承该花键轴的进退运动的轴承衬套。

背景技术

作为在NC工作机床中的工件的自动供给装置或工具的自动更换装置的主轴，必需能在轴向自由进退，并且能够高精度地进行旋转运动，作为支承主轴在轴向的移动，并相对于该主轴传递旋转扭矩的部件，使用花键轴和花键螺母的组合。

特别是在夹着多个滚珠，将花键螺母组装到花键轴上的滚珠花键中，通过对上述滚珠进行增压，可以在花键螺母和花键轴之间传递旋转扭矩时，使这些两者之间不产生背隙，一面传递旋转扭矩，一面使花键轴顺畅地进退。

以往，作为使用这样的滚珠花键的复合运动装置的一个例子，已公知的是由花键轴、花键螺母、大致圆筒状的壳体以及旋转传递部件构成的复合运动装置，该花键轴沿轴向形成多条滚珠滚动槽；该花键螺母夹着多个滚珠，被安装在该花键轴上，同时，能在轴向自由地往复运动；该大致圆筒状的壳体收容该花键螺母，同时，贯穿上述花键轴；该旋转传递部件为安装在该壳体上的皮带轮或齿轮等。

在将旋转传递部件设置于上述壳体的情况下，若重叠在花键螺母上设置，则由于旋转传递部件的外径增大，导致装置的大型化，提高成本，因此，使上述壳体成为大直径部和小直径部连续的带有阶梯的圆筒状部件，将大直径部作为花键螺母的收容部，将小直径部作为旋转传递部件的安装部来加以利用。

但相反一面，若使壳体成为这样的带阶梯的圆筒状部件，将花键螺母和旋转传递部件在壳体的轴向相互错开地配置，则从旋转传递部件作用于壳体的径向载荷(与花键轴的轴向垂直的载荷)作为转矩载荷作用于花键螺母，在壳体的小直径部的前端相对于花键轴没有任何支承的情况下，存在着该壳体相对于花键轴倾斜的问题。

因此，在壳体的小直径部的前端和花键轴之间，配置合成树脂制的轴承衬套，谋求减轻作用于花键螺母的转矩载荷。虽然该轴承衬套被压入壳体的小直径部的内周面，但为了抑制壳体相对于花键轴的滑动阻力的增加，相对于花键螺母留有微小的间隙(例如，在花键轴的外径是6mm的情况下，为0-24μm左右)，以所谓的间隙配合的状态与花键轴嵌合。

但是，若象这样以间隙配合的状态，使固定于壳体的小直径部的树脂制的轴承衬套与花键轴嵌合，则虽然极小，但由于在花键轴和轴承衬套之间还是存在间隙，所以轴承衬套和花键轴的接触状态不稳定，存在着壳体相对于花键轴的滑动阻力变动，容易有损壳体向轴向的进退运动的精度的问题。

另外，也存在着需要严格管理轴承衬套的内径尺寸、花键轴的外径尺寸，反而导致生产成本提高的问题。

以往，作为使用合成树脂制的轴承衬套的轴部件的引导装置，已知的是如特开2001-12472号公报所公开的，在所谓过盈配合的状态下压接该轴承衬套和轴部件的引导装置。在该引导装置中，通过对轴承衬套的内径和轴部件的外径进行尺寸管理，来管理使两部件嵌合时的过盈量，据此，将轴承衬套相对于轴部件的滑动阻力限制在规定的范围内。

但是，为了不提高滑动阻力，而完全排除轴承衬套和轴部件的间隙，还是必需严格地进行轴承衬套的内径和轴部件的外径的尺寸管理，存在着生产上花费工时的问题。

本发明就是鉴于这样的问题点而成，其目的在于，提供一种排除了轴承衬套和轴部件的间隙，排除了两者间的旷量，使该轴部件能够良好地进行进退运动，同时，减轻了轴承衬套以及轴部件两者的尺寸管理的负担，能够廉价地制造的轴承衬套。

发明内容

即，本发明是支承在轴部件的轴向往复运动的轴承衬套，具有上述轴部件贯穿的承孔，在面向该承孔的内周面上，隔着规定的间隔反复形成槽。然后，该轴承衬套的内周面在与轴部件之间不形成间隙地压接于该轴部件。

根据这样的本发明，因为是在上述轴承衬套的内周面上，隔着规定的间隔反复形成槽，所以即使通过过盈配合，使轴承衬套嵌合在轴部件上，与轴部件压接的轴承衬套的滑动接触面也比较容易被压碎，能够缓和相对于轴部件的压接力。另外，还能够减小轴承衬套和轴部件的接触面积。

因此，能够排除轴承衬套和轴部件之间的间隙，同时将两者间的滑动阻力抑制到很小，能够提高轴部件相对于轴承衬套的进退运动的精度。另外，因为通过在轴承衬套的内周面上形成多条槽，与轴部件压接的轴承衬套的滑动接触面也比较容易被压碎而变形，所以即使不严格地进行轴承衬套的内径尺寸的管理，也能将轴承衬套相对于轴部件的滑动阻力抑制得很小，仅这部分的量，即可廉价地制造。

作为在本发明中使用的轴承衬套，金属制、合成树脂制的任意一种都没有问题，但从减少在以过盈配合状态，使轴承衬套和花键轴嵌合时产生的压接力的观点出发，还是使用合成树脂较好。

这样的本发明的轴承衬套可以用于上述的复合运动装置中。在该复合运动装置中，通过花键螺母所具有的多个滚珠，支承花键轴的进退，若该花键轴以大的加速度、减速度进退，则与滚珠的滚动相伴的振动作用到花键轴上。但是，在本发明中，因为在使用轴承衬套，支承花键轴的进退运动的情况下，该轴承衬套压接在花键轴上，所以提高了相对于花键轴的振动的减衰效果，花键轴即使是在以大的加速度、减速度进退的情况下，也有缩短该花键轴的定位制定时间的倾向。据此，可以缩短使用该复合运动装置的作业时的单个产品生产时间，可以制造出生产性良好的机械装置。

另外，本发明的轴承衬套也可以用于支承线性马达执行器中的输出杆的进退运动。作为线性马达执行器的一个例子，已公知的是由磁性杆和线圈部件构成的线性马达执行器，该磁性杆上配列着多个磁极；该线圈部件松配合于该磁性杆的周围，同时，在轴向驱动上述磁性杆。在将该磁性杆作为输出杆使用的情况下，需要通过轴承部件支承该磁性杆的进退运动，作为该轴承部件，若使用本发明的轴承衬套，则可以排除轴承衬套和磁性杆之间的间隙，将两者间的滑动阻力抑制到很小，可以提高磁性杆相对于轴承衬套的进退运动的精度。

附图说明

图1是表示利用本发明的轴承衬套的复合运动装置的实施方式的正视剖视图。

图2是表示可用于本发明的复合运动装置的滚珠花键的例子的立体图。

图3是表示轴承衬套和花键轴的接触状态的放大图。

图4是表示轴承衬套的侧视图。

图5是表示轴承衬套的其他的例子的侧视图。

图6是表示与轴承衬套相连地设置了润滑剂的供给部件的例子的放大图。

图7是表示利用了本发明的轴承衬套的线性马达执行器的实施方式的正视剖视图。

图8是表示有关实施方式的线性马达的工作原理的侧视图。

图9是表示有关实施方式的线性马达的工作原理的正视图。

符号说明

1…花键轴、2…花键螺母、3…壳体、4…轴承衬套、40…槽、41…突部

具体实施方式

下面，根据附图，详细说明本发明的轴承衬套。

图1是表示利用本发明的轴承衬套，支承花键轴的进退运动的复合运动装置的一个例子的图。该装置作为工具更换装置等的主轴被加以利用，是由作为该主轴使用的花键轴1、在该花键轴1的轴向自由往复运动的花键螺母2、在保持该花键螺母2的同时，相对于固定部B自由旋转地被支承的壳体3、设置在该壳体3的一端，并对花键轴1相对于上述壳体3的进退进行引导的轴承衬套4构成。

花键轴1由未图示出的滚珠丝杠装置或液压缸、气压缸等付与其轴向的进退运动，该进退运动被上述花键螺母2支承。另外，在上述壳体3上，固定着缠挂有正时皮带的皮带轮或齿轮等的旋转传递部件5，从外部付与壳体3旋转扭矩，该旋转扭矩借助花键螺母2被传递到花键轴1，可以使该花键轴1任意旋转。

图2是表示组合了上述花键轴1和花键螺母2的滚珠花键的一个例子的图。上述花键轴1被形成为截面大致圆形状，在其外周面沿轴向形成多条滚珠滚动槽10。另一方面，上述花键螺母2具有上述花键轴1所贯穿的贯穿孔，被形成为大致圆筒状，夹着在花键轴1的滚珠滚动槽10上滚动的多个滚珠20，被安装于该花键轴1上。另外，该花键螺母2具有上述滚珠20循环的无限循环路21，可以一面使滚珠20在无限循环路21内循环，一面沿花键轴1连续地移动。一面在花键轴1和花键螺母2之间承担载荷，一面对滚动的滚珠20付与预压力，排除花键螺母2和花键轴1之间的背隙，即使是在从花键螺母2向花键轴1传递旋转扭矩的最中间，也能使该花键轴1顺畅且精度良好地在轴向进退。

上述壳体3为覆盖花键轴1的周围的大致圆筒状，具有收容上述花键螺母2的大直径部30，和外径比该大直径部30小的小直径部31，作为整体，被形成为带有阶梯的圆筒状。在上述大直径部30的外周面上安装着未图示出的旋转轴承，据此，壳体3相对于固定部B自由旋转地被支承。另外，在大直径部30的内径侧嵌合着上述花键螺母2，通过在径向贯穿大直径部30的螺栓，被固定于该大直径部30上。

另一方面，上述小直径部31以小于上述大直径部30的外径被形成，在其外周面上固定着例如皮带轮等的旋转传递部件5。另外，小直径部31的内径被形成为略微大于上述花键轴1的外径，使该花键轴1能在小直径部31的内部在轴向自由进退而构成。

在该小直径部31侧的壳体3的一端，即，在小直径部31的前端安装着轴承衬套4，对花键轴1相对于壳体3的进退运动进行引导。该轴承衬套4在耐摩擦磨损特性优异的同时，具有自我润滑性，而且是由具有高弹性率的合成树脂(例如聚甲醛等)形成，如图3所示，被安装在壳体3的小直径部31的内周面和花键轴2的外周面之间。该轴承衬套4具有花键轴1所贯穿的承孔，被形成为大致圆筒状，被压入固定在壳体3的小直径部31的内周面上。另外，上述承孔的内径形成为等于或小于花键轴1的外径，在所谓的过盈配合的状态下，压接在花键轴1的外周面上。该过盈配合，在例如过盈量为γ，轴径为D的情况下，为γ＝D/1000的程度。

如图3以及图4所示，在轴承衬套4的内周面上，沿周方向隔着规定的间隔形成多条槽40，槽40以外的圆环状的突部41的前端压接在花键轴1的外周面上。因此，即使轴承衬套4在过盈配合的状态下，嵌合于花键轴1，形成于轴承衬套4的内周面的上述突部41的前端也被花键轴1压碎，轻易地弹性变形，减轻了轴承衬套4和花键轴2的压接力。据此，即使轴承衬套4在过盈配合的状态下，嵌合于花键轴1，也能够减轻作用于两者之间的滑动阻力。另外，因为通过在轴承衬套4的内周面上形成多条槽，与没有形成槽40的情况相比，能够使花键轴1和轴承衬套4的接触面积较小，所以据此，也能够减低轴承衬套4和花键轴1之间的滑动阻力。

再有，若象这样地构成为，将沿周方向的多个槽40形成在轴承衬套1的内周面，使夹着这些槽40的多个突部41压接在花键轴2的外周面上，则因为这些突部41反复擦拭进退的花键轴1的外周面，所以轴承衬套作为密封装置发挥功能，能够有效地防止附着在花键轴1上的尘埃侵入到壳体3内。

作为轴承衬套4，可以如上所述使用具有自我润滑性的合成树脂，但也可以构成为，预先将油脂填充在上述槽40，随着花键轴1的进退运动，使槽40内的油脂涂抹在花键轴1的外周面上。另外，若象这样将油脂填充在轴承衬套的槽内，则能够进一步提高轴承衬套作为密封装置的功能。

在上述那样构成的复合运动装置中，例如，若通过正时皮带50相对于固定在壳体3的小直径部31的皮带轮5传递旋转驱动力，则能够使相对于固定部B旋转自由地被支承的壳体3旋转。据此，相对于借助花键螺母2被支承在壳体3上的花键轴1传递旋转扭矩，可以使该花键轴1在其轴心的周围任意地旋转。另外，在象这样花键轴1旋转的状态下，可以使该花键轴1在其轴向任意地进退。

这样，因为是相对于壳体3的小直径部31，设置引导花键轴1的轴承衬套4，使该轴承衬套4相对于花键轴1以过盈配合嵌合，所以可以排除在它们两者之间的间隙，能够总是以稳定的滑动阻力，顺畅地引导花键轴1。

另外，虽然是通过过盈配合，使花键轴1和轴承衬套4压接，但因为通过在该轴承衬套4的内周面设置多条槽40，可以如上所述地减少两者的压接力，进而减少接触面积，所以能够将花键轴1相对于轴承衬套4的滑动阻力抑制在很小。

再有，作为在轴承衬套4的内周面设置多条槽40的结果，因为与花键轴1接触的突部41的前端比较容易被压碎变形，所以在使轴承衬套4和花键轴1以过盈配合嵌合时，轴承衬套4的内径尺寸的管理不必那么严格地进行，同时能够将轴承衬套4相对于花键轴1的滑动阻力抑制在很小。据此，减轻了在轴承衬套4的制作中的尺寸管理的工时，仅这部分的量，即可廉价地制造本装置。

实际上，相对于外径6mm(公差0～-0.012mm)的花键轴，使轴向长度3mm、外径8mm、内径6mm(公差0～-0.010mm)的轴承衬套嵌合，验证了花键轴相对于该轴承衬套的旷量、滑动阻力的增加。在该轴承衬套的内周面上形成四条宽度0.75mm、深度0.4～0.7mm的槽。其结果为，没有花键轴相对于轴承衬套的旷量，能够顺畅地引导花键轴。另外，滑动阻力的增加在实际应用上可充分地允许。

在图3所示的轴承衬套4中，槽40的截面形状呈矩形状，突部41也呈矩形状，但从使突部41的前端更容易弹性变形的观点出发，最好槽40的截面为三角形状，突部41的前端被形成为尖塔状。

另外，在图3以及图4所示的轴承衬套4中，在其内周面相互平行地形成多个槽40，但这些槽40可以作为连续的一条或多条的螺旋状槽而形成。

图5是表示轴承衬套4的其他的例子的图。在图3以及图4所示的轴承衬套4中，在其内周面形成沿周方向的槽40，但在该图5所示的轴承衬套6中，形成沿轴向的多条槽60，使由这些槽夹着的突条61以过盈配合压接于花键轴1的外周面。即使在该轴承衬套6中，也能得到与使用上述的轴承衬套4的情况相同的效果。

图6是表示在壳体3的小直径部31的内部设置了润滑剂的供给部件7的例子的图。该供给部件7与上述轴承衬套4相邻，由嵌合在壳体3的小直径部31的内周面的环部件70、被固定在该环部件70的内周面并含浸着润滑剂的毛毡等的涂抹体71构成。上述涂抹体71与花键轴1的外周面接触，若花键轴1进退，则对其外周面涂抹必要的最小限度的润滑剂。如上所述，因为本发明的轴承衬套4也作为密封壳体3的小直径部31和花键轴1之间的密封装置而发挥功能，所以若与该轴承衬套4相邻地在小直径部31的内部设置润滑剂的供给部件7，则涂抹于花键轴1的润滑剂不会流出到外部，另外，因为是对由轴承衬套4擦拭掉了细小的尘埃的花键轴1的外周面涂抹润滑剂，所以能够谋求进一步提高润滑性能。

图7是表示将本发明的轴承衬套应用到线性马达执行器8的输出杆的支承的例子的图。该线性马达执行器8具有：形成有贯穿孔80的壳体81、为贯穿上述贯穿孔81而设置的并沿轴向以规定的间距配列有多个磁极的输出杆82、松配合于该输出杆82的周围，同时被固定在上述壳体81上，并在轴向驱动上述输出杆82的线圈部件83、在上述贯穿孔的两端开口部被固定于壳体81，同时，支承上述输出杆的进退的一对轴承部件84、84，可以使上述输出杆82在轴向自由进退运动，停止在任意的位置。

上述输出杆82和线圈部件83构成线性马达，上述线圈部件83留有微小的间隙，松配合于输出杆82的周围。在上述输出杆82上多个永久磁铁被磁化，同时，这些永久磁铁沿轴向配列，外周面被圆滑地加工。如图8所示，各永久磁铁84具有N极以及S极，彼此相邻的永久磁铁84以N极彼此或者S极彼此相对的方式，交替地使朝向反转地配列。据此，在输出杆82上，沿其长的方向形成N极的磁极和S极的磁极交替排列的驱动用的磁化部，这成为磁场磁铁。

图8以及图9是表示该线性马达的工作原理的图。线圈部件83具有将U、V以及W相的3个励磁线圈86作为一组的线圈群。任意相的励磁线圈86也是环状，与输出杆82的外周面留有微小的间隙地相对。另外，各相的励磁线圈86的配列间距设定得比永久磁铁84的配列间距短。在输出杆82上，从S极的磁极向N极的磁极形成磁通85，在线圈部件83上，内置着检测该磁通密度的磁极传感器(未图示出)。因此，根据该磁极传感器输出的检测信号来掌握输出杆82的各磁极(N极以及S极)相对于励磁线圈86的位置关系。控制对励磁线圈86通电的控制器接收来自上述磁极传感器的检测信号，演算出与励磁线圈86和输出杆82的各磁极的位置关系相应的最佳的电流，将其通电到各励磁线圈86。其结果为，利用在各励磁线圈86流动的电流和通过永久磁铁84形成的磁通85的相互作用，在励磁线圈86和永久磁铁84的各磁极之间产生吸引力以及反作用力，相对于固定在壳体81上的线圈部件83，在轴向推进输出杆82。

收容着上述线圈部件的壳体61是由热传导性优异的铝形成的。但从在对上述励磁线圈86通电时，将在该励磁线圈86上产生的热有效地向壳体81传递，同时，向周边环境中散热，有效地冷却励磁线圈86本身的观点出发，最好在壳体81的表面上形成多个散热翅片。

作为相对于该壳体81支承上述输出杆82的一对轴承部件84，可以直接适用于在上述的复合运动装置中使用的本发明的轴承衬套。

即，作为上述轴承部件84，若使用图4所示的本发明的轴承衬套4，则因为该轴承衬套4相对于输出杆82以过盈配合嵌合，所以能够排除它们两者间的间隙，总是以稳定的滑动阻力顺畅地引导输出杆82。

另外，虽然是通过过盈配合，使输出杆82和轴承衬套4压接，但因为通过在该轴承衬套4的内周面设置多条槽40，可以如上所述地减少两者的压接力，进而减少接触面积，所以能够将输出杆82相对于轴承衬套4的滑动阻力抑制在很小。

再有，作为在轴承衬套4的内周面设置多条槽40的结果，因为与输出杆82接触的突部41的前端比较容易被压碎变形，所以在使轴承衬套4和输出杆82以过盈配合嵌合时，轴承衬套4的内径尺寸的管理不必那么严格地进行，同时能够将轴承衬套4相对于输出杆82的滑动阻力抑制在很小。据此，减轻了在轴承衬套4的制作中尺寸管理的工时，仅这部分的量，即可廉价地制造线性马达执行器。

Claims (7)

1.一种复合运动装置，其特征在于，由花键轴、花键螺母、壳体以及轴承衬套构成，

该花键轴沿轴向形成有多条滚珠滚动槽；

该花键螺母夹着多个滚珠，安装在该花键轴上，同时，在轴向自由往复移动；

该壳体作为大直径部和小直径部连续的带有阶梯的圆筒状部件形成，上述花键轴贯穿大直径部以及小直径部，同时，将上述大直径部安装在花键螺母的收容部，将上述小直径部的外周面作为旋转传递部件的安装面；

该轴承衬套被固定在该壳体的小直径部上，同时，支承上述花键轴的进退，

上述轴承衬套具有花键轴贯穿的承孔，在面向该承孔的内周面上，隔着规定的间隔反复形成槽，该内周面以过盈配合的状态压接于上述花键轴。

2.如权利要求1所述的复合运动装置，其特征在于，上述轴承衬套的内周面的槽沿周方向形成。

3.如权利要求1所述的复合运动装置，其特征在于，上述轴承衬套的内周面的槽形成为螺旋状。

4.如权利要求1所述的复合运动装置，其特征在于，上述轴承衬套由合成树脂形成。

5.如权利要求1所述的复合运动装置，其特征在于，上述轴承衬套被压入壳体的小直径部。

6.如权利要求1所述的复合运动装置，其特征在于，油脂被填充到上述轴承衬套的内周面的槽。

7.如权利要求1所述的复合运动装置，其特征在于，在上述壳体的小直径部内设置润滑剂供给部件，该润滑剂供给部件在与上述轴承衬套相比的内侧的位置，与该轴承衬套相邻，将润滑剂涂抹到上述花键轴的外周面上。

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