CN101245805A - 角接触球轴承、机器人手臂的关节装置及工程机械用行驶减速器的链轮支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以2点接触承受径向载荷及一方向的轴向载荷的角接触球轴承、机器人手臂的关节装置及工程机械用行驶减速器的链轮支撑装置，该角接触球轴承，球(5)与外圈(1)的轨道面(2)及内圈(3)的轨道面(4)在轴承中心线(C)的互为相反侧接触，且与其中至少之一的轨道面(2)以不同接触角(α1、α2)的2点接触，球以装满球的形式嵌入内外圈的轨道面(2、4)之间，据此，尽量减小承受径向载荷及一方向的轴向载荷的两接触点(a、b)的接触应力，其结果，抑制两接触点(a、b)处的弹性变形。

Description

角接触球轴承、机器人手臂的关节装置及工程机械用行驶减速器的链轮支撑装置

技术领域

本发明涉及一种适用于在低速区域使用的角接触球轴承、使用了该角接触轴承的工程机械用行驶减速器的链轮支撑装置及机器人手臂的关节装置。

背景技术

具有不超过100rpm的低速旋转的输出轴的驱动装置、例如工程用机械的链轮驱动装置或机器人手臂的关节装置等由驱动源、减速器等构成。减速器的输出轴被主轴承可旋转地支撑，且该主轴承设在减速器的输出轴和驱动侧之间。主轴承由于负担力矩载荷且载荷点在轴承外，因此采用角接触球轴承。

如上所述的装置中，为了改善机械、手臂的姿势控制或被驱动部的定位精度等问题，要求提高针对力矩载荷的主轴承的刚性。

作为应对上述要求的角接触球轴承，提出如下方案，即如图5所示，由保持器15沿周方向定位配置的球16以2点接触于外圈11的轨道面12和内圈13的轨道面14之一，且该球16以至少1点接触于另一个轨道面。上述之一的轨道面12上的接触点a、b以轴承中心线C为界线靠向轴方向的一侧，且上述另一个轨道面14上的接触点c、d靠向与上述一侧相反一侧(专利文献1)。

而且，可由图5的轴承所承受的轴向载荷P仅限于图5中空心箭头所示方向，不能承受其相反方向的轴向载荷。

这样，通过由2点a、b承受仅限于一方向上的轴向载荷P，使施加在各接触点a、b上的载荷，与由1点承受的情况相比，被分散减弱，弹性变形量变小。也就是说，轴承针对轴向载荷P的刚性增大。此外，对于由2点接触来承受径向载荷的情况也不言而喻。

专利文献1：JP特开2005-201294号公报

但是，由于一个轨道面12与球16的各接触点a、b之间的允许接触压力有限，所以如上所述那样以2点接触来承受径向载荷及一方向的轴向载荷对于提高刚性也有限。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种以2点接触来承受径向载荷及一方向的轴向载荷的角接触球轴承，其可进一步提高刚性。

为了实现上述目的，本发明的角接触球轴承，球与外圈及内圈的轨道面在轴承中心线的互为相反侧接触，且所述球与所述外圈及所述内圈中至少之一的轨道面以不同接触角的2点接触，其中：所述球以装满球的形式都嵌入所述内外圈的轨道面之间。

在由保持器防止球彼此接触在周方向上均等配置球时，出于设置被球所挤靠的保持器柱部的柱宽度以确保其强度上的考虑，在球P.C.D(节距圆直径)的圆周上相邻的球之间产生间隙，该间隙的总和在球直径。这无非会使直接与分散支撑载荷相关的球数因保持器而减少。

本发明，在低速旋转的条件下使用轴承时，基于经验认为球彼此间的接触不成为致命的损伤的原因，着眼于此，通过将球装满嵌入内外圈的轨道面之间，使球数达到最大化。从而，尽量减小承受径向载荷及一方向的轴向载荷的两接触点的接触应力，其结果，抑制两接触点处的弹性变形。

也就是说，根据本发明，设成以装满球的形式将球嵌入内外圈的轨道面之间的结构，能够谋求进一步提高刚性。

附图说明

图1中的a是从侧面表示实施方式的角接触球轴承且内外圈被局部剖开的主视图，b是a的局部放大纵向剖视图。

图2是图1a的剖开显示部分的放大图。

图3是表示将所述实施方式的角接触球轴承使用于机器人手臂的关节装置中的一例的主要部分剖视图。

图4是表示将所述实施方式的角接触球轴承使用于工程机械用行驶减速器的链轮支撑装置中的一例的主要部分剖视图。

图5是现有例的角接触球轴承的纵向剖视图。

图中：1-外圈，2、4-轨道面，3-内圈，5-球，6、8-肩部，7、9-垂肩部。

具体实施方式

以下，根据图1说明本发明的实施方式。该角接触球轴承，球5、5……装满嵌入外圈1的轨道面2和内圈3的轨道面4之间(装满球型轴承：fullball bearing，参照日本工业规格JISB0104-1991)，且球5与轨道面2、4在轴承中心线C的互为相反侧接触，使其与至少之一的轨道面2以不同接触角的2点接触。该角接触球轴承中，径向载荷及一方向的轴向载荷P被外圈1的轨道面2的2处接触点a、b承受，与上述相反的轴向载荷P被内圈3的轨道面4的接触点c、d承受。

具体地讲，在外圈1的内径面一端侧的肩部6和另一端侧的垂肩部7之间形成由拱形的2个圆弧面构成的轨道面2，在其两个圆弧面的对接点的两侧产生与球5接触的接触点a、b。内圈3的外径面的形状与上述外圈1的内径面的形状呈以球5的中心点O为基准的点对称。因此，在形成于内圈3的外径面另一端侧的肩部8和一端侧的垂肩部9之间的轨道面4上也产生与球5接触的接触点c、d。

由于球5以不同接触角的2点a、b与至少之一的轨道面2接触，所以通过在两个接触点a、b上的轨道面2的线速度差容易产生磨损，但在100rpm以下的低速旋转中使用时，该线速度差小，在磨损上没有问题。

当将相对于轴承中心线C的接触点a的角度(接触角)设为α1、接触点b的角度(接触角)设为α2、接触点c的角度(接触角)设为α3、及接触点d的角度(接触角)设为α4时，上述接触角α1、α3最小为5°，α2、α4最大为80°，各接触点之间的角度β1、β2在其范围内适当决定。该角接触球轴承中，虽然以点对称地同等设定了两个轨道面2、4的各接触点a、b、c、d上的接触角，但这些接触角没必要一定点对称地同等设定。另外，也可以使只内圈和外圈中的任一轨道面与球2以2个接触点接触。

此外，靠近轴承中心线C一侧的接触点a、c的接触角α1、α3分别越变小则径向变位越变小。若接触角α1等小于15°则球5有可能跨到垂肩部7、9上。

远离轴承中心线C一侧的接触点b、d的接触角α2、α4分别越变大轴向变位越变小。若接触角α2等超过50°则球5有可能跨到肩部6、8上。

由于扩大角β1等越从小角度变为大角度，则越能够避开接触点a、b等的接触椭圆彼此的重叠，所以可抑制接触应力的上升。因此，扩大角β1等优选尽量较大设置，最优选设定成相互的接触点a、b之间等的接触椭圆彼此不重叠。

出于上述事项的考虑，实际使用时接触角α1等优选设成15°～25°，接触角α2等优选为40°～50°，扩大角β1等优选为20°以上。

如上所述，该角接触球轴承，在通过设定α1、β1等的角度谋求提高轴承的刚性的前提下，如图2所示，设定相邻的球5、5之间的间隙δ、δ……之和不超过球5的直径d，省去了保持器，将间隙δ设成十分小的量，使得即使没有保持器也能赋予轴承所需满足的功能。

通过该装满球型，对如图1所示的各接触点a～d，可使球5与轨道面2、4之间的接触应力最小，与带有保持器的情况相比，能够更好地控制各接触点a～d的弹性变形。

因此，该角接触球轴承能够进一步提高刚性。

此外，只要在100rpm以下的低速区域使用的条件下，相邻的球5、5彼此的接触就不会成为造成致命损伤的原因。通过采用陶瓷球作为球5或给球5施加耐磨损性包层来谋求提高球5的耐磨损性或刚性也是可以的。

其次，基于图3对将本发明的角接触球轴承使用在机器人手臂的关节装置上的一例进行说明。如图3所示的机器人手臂的关节装置具有由偏心差动型减速器构成的减速器21。减速器21使其输出轴22与手臂一体化的旋转部件23动作。

具体地讲，减速器21具有：固定在旋转部件23和基座一侧之间的箱体24；配置在箱体24内，由与旋转部件23一体化的载架(carrier)构成的输出轴22；与设在箱体24内周的销齿咬合的带外齿小齿轮25。在输出轴22和箱体24之间安装有主轴承26。

主轴承26将上述实施方式的角接触球轴承作为背面组合轴承。主轴承26设在输出轴22外周和箱体24内周之间，使得输出轴22相对箱体24可旋转地被支撑。在输出轴22的两侧凸缘部和箱体24的两端部之间安装有密封部件27，主轴承26处在油脂润滑的环境下。

在小齿轮25的贯穿孔中穿入多个曲柄销28，曲柄销28经由轴承29、30可旋转地支撑在输出轴22上。此外，曲柄销28具有向中央部偏心的2个曲柄部，这些曲柄部经由滚针轴承31插入小齿轮25中。

在旋转部件23安装有驱动电机32。在电机32的输出轴的前端固定有外齿轮33，且在上述曲柄销28中之一上固定有外齿轮34。该外齿轮33和34直接咬合，通过外齿轮33的旋转驱动力传递给外齿轮34，而使上述曲柄销28旋转。

另外，在外齿轮34上直接咬合着齿轮35，齿轮35经由轴承可旋转地支撑在旋转部件23上。该齿轮35接受来自外齿轮34的旋转驱动力而旋转，与上述曲柄销28以外的其他曲柄销咬合，分配转矩。

根据上述结构，小齿轮25与曲柄销28以同一转速偏心旋转(公转)，但由于小齿轮25的外齿比箱体24的销齿少，且箱体24固定在基座一侧，所以向曲柄销28传递的旋转驱动力被箱体24、小齿轮25以高减速比减速并被输出轴22取出，向旋转部件23传递。

若对输入使手臂动作的驱动力的减速器21的输出轴采用本发明的角接触球轴承进行支撑，则可提高轴承的刚性，因此可实现手臂关节的小型化、轻量化，通过提高其刚性和减轻在手臂关节产生的惯性力，从而能够谋求提高定位精度及控制响应性。

其次，基于图4对将本发明的角接触球轴承使用在工程机械用行驶减速器的链轮支撑装置上的一例进行说明。

如图4所示的工程机械用行驶减速器的链轮支撑装置，具有：链轮100；固定在行驶体一侧的壳体110；组入在链轮100内周和壳体110外周之间的角接触轴承120、120。

这种行驶减速器适用于例如，油压铲车、铲斗类挖掘机、推土机、装载机、挖沟机、翻斗车、铲运机、振动压实机等履带式工程机械，特别能很好使用于铲车、推土机上。

链轮100由旋转滚筒101和安装在该旋转滚筒101外周部上的链轮体102构成。在链轮体102上卷挂有履带130。

壳体110固定在油压铲车或推土机的行驶侧架(图示省略)上。

壳体110具有内周部，在其内侧设有油压电机140。在壳体110的外周部上设有轴承座111，用于在与旋转滚筒101的内周部之间安装角接触轴承120、120。

角接触轴承120、120是上述实施方式中所提到的轴承，相对于壳体110旋转自在地支撑链轮100。

此外，角接触轴承120、120构成为背面组合轴承，分别被赋予规定的预压力。

油压电机140的输出轴141连接在使该输出轴141的旋转减速向链轮100传递的减速器150上。减速器150设于外壳160的内部，外壳160安装在旋转滚筒101的与油压电机140相反一侧。此外，外壳160的与旋转滚筒101相反一侧的侧面成为拆装式盖161。

减速器150由设在外壳160内周的齿圈151；与油压电机140的输出轴141结合的螺旋浆轴152的第1太阳轮153a；设在第1太阳轮153a和齿圈151之间的行星齿轮减速机构构成。行星齿轮减速机构采用由第1载架154a、第1销155a、第1行星齿轮156a、第2太阳轮153b、第2载架154b、第2销155b、第2行星齿轮156b、第3太阳轮153c、第3载架154c、第3销155c、第3行星齿轮156c构成的众所周知的结构。

当油压电机140被驱动时，旋转力通过上述行星齿轮减速机构而增大。作为终级减速部的第3载架154c与壳体110结合，成为不能旋转的状态。第3行星齿轮156c的自转力使齿圈151旋转，经由外壳160、旋转滚筒101而与齿圈151一体化的链轮体102一体旋转，履带130被驱使移动，从而使工程机械行驶。

在旋转滚筒101和壳体110的旋转滑动部形成有用于防止来自外部的灰尘、泥水侵入的迷宫部170。迷宫部170内侧设有浮动密封部171。浮动密封部171采用由形成有与旋转滚筒101、壳体110的内周部相对置的O形槽的一对的环部件和O形环构成的众所周知的结构。浮动密封部171防止从行驶减速器内漏油、异物进入行驶减速器内。

在上述的链轮支撑装置中，如上所述由于增大了角接触轴承120的刚性，可减轻对浮动密封部171的负担，或者谋求旋转滚筒101的薄壁化，而能使行驶减速器变得小型。

另外，由于旋转滚筒101为薄壁，所以可焊接旋转滚筒101和外壳160。利用焊接的方法，而无需螺栓、形成螺栓孔，能够降低制造成本。

Claims (3)

1.一种角接触球轴承，球与外圈及内圈的轨道面在轴承中心线的互为相反侧接触，且所述球与所述外圈及所述内圈中至少之一的轨道面以不同接触角的2点接触，其中：所述球以装满球的形式嵌入所述外圈的轨道面和所述内圈的轨道面之间。

2.一种机器人手臂的关节装置，具有输入使手臂动作的驱动力的减速器和装在所述减速器的输出轴上的权利要求1所述的角接触球轴承。

3.一种工程机械用行驶减速器的链轮支撑装置，具有链轮、固定在行驶体一侧的轴承壳体、和组入所述链轮内周与所述壳体外周之间的权利要求1所述的角接触球轴承。

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