CN101608668B - 多层直线轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多层直线轴承，包括：轴承外圈、轴承内圈，均匀设置在所述轴承外圈和所述轴承内圈之间的环形空间内的多层滑动模块，以及置于所述多层滑动模块两端或中间任意位置的，用于约束所述多层滑动模块的约束机构。上述技术方案中，通过多层滑动模块置于用于约束所述多层滑动模块的约束机构内构成了多层直线轴承，并且多层滑动模块采用了分层的线性滚动轴承机构，以使每层带有滚珠的保持架在轨道上移动较短距离，达到了提高直线轴承承受高线速度和高换向加速度的能力的目的。

Description

多层直线轴承

技术领域

本发明涉及机械轴承领域，尤其涉及一种多层直线轴承。 

背景技术

众所周知，直线轴承是一种广泛应用于机械领域的配件。目前常用的直线轴承包括轴承外壳、设置在轴承外壳内的保持架和设置在托板滚道上的滚珠等部件。轴承外壳、保持架均为整体金属结构或者工程塑料结构，托板滚道为沿轴承径向均匀分布的多个滚道。在往复直线振荡电机、线性压缩机和其他作直线往复运动并同时需要径向支撑力的机构中，直线轴承是决定机构性能和寿命的关键部件。 

现有的直线轴承在振幅较大、频率较高的工作状况下，由于带有滚珠的保持架在轨道上相对位移较长，而不能承受高线速度带来的温升以及高线速度和高换向加速度而产生的滚珠滑动摩擦的问题，致使采用直线轴承的机械的整体性能和寿命受到了限制。 

发明内容

本发明的目的是针对现有直线轴承不能承受高线速度带来的温升以及高线速度和高换向加速度而产生的滚珠滑动摩擦的问题，提出了一种多层直线轴承，采用该多层线性滚动轴承机构，将高线速度和高换向加速度按层数等分，从而降低了轴承磨损，以达到高速往复运动的目的。 

为实现上述目的，本发明提供了一种多层直线轴承，包括：轴承外圈、轴承内圈、设置在所述轴承外圈和所述轴承内圈之间的环形空间内的多层滑动模块以及用于约束所述多层滑动模块的约束机构。 

所述多层滑动模块为多个，并均匀设置在所述轴承外圈和所述轴承内圈之间的环形空间内，所述多层滑动模块的每一层包括： 

多个滚珠； 

一保持架，所述保持架上开有与所述滚珠等数量，用于放置所述滚珠的孔； 

一滑动轨道，带有所述滚珠的所述保持架在所述滑动轨道内和滑动轨道做相对运动，所述滑动轨道两侧设有防止所述滚珠滑出轨道的凸出边沿。 

所述约束机构具体包括：摆杆保持、复位弹簧，所述摆杆保持通过复位弹簧固定在所述轴承外圈，在平衡位置时垂直于所述多层滑动模块；或可具体包括：连杆，所述连杆上设有数个通孔，所述连杆在平衡位置时垂直于所述多层滑动模块，并穿过通孔用连杆轴连接所述轴承外圈和每一层滑动轨道，所述数个通孔中至少有一个通孔与连杆轴配合，将连杆固定在所述轴承外圈或滑动轨道上，所述连杆轴不能在其通孔内有相对位移，所述其通孔成为该连杆的旋转中心。 

作为上述技术方案的另一种改进，所述多层直线轴承的多层滑动模块呈一环状设置在所述轴承外圈和所述轴承内圈之间的环形空间内，所述多层滑动模块的每一层包括： 

多个滚珠； 

一滑动轨道，所述滑动轨道呈环柱状，沿所述滑动轨道的轴向在所述滑动轨道圆周上均匀开有多个轨道凹槽； 

一保持架，所述保持架上开有用于放置滚珠的孔，带有所述滚珠的所述保持架在所述滑动轨道内和滑动轨道做相对运动，所述轨道凹槽用于防止所述滚珠滑出轨道。 

进一步改进的所述约束机构具体包括：侧外压板、侧内压板、橡胶膜片，所述侧外压板和所述轴承外圈通过螺栓固定所述橡胶膜片的圆环外环、所述侧内压板和所述轴承内圈固定所述橡胶膜片的圆环内环，在平衡位置时所述橡胶膜片的圆环面垂直于所述多层滑动模块。 

上述技术方案中，通过将多层滑动模块置于用于约束所述多层滑动模块的约束机构内，构成多层直线轴承，并采用了分层的线性滚动轴承机构，在使每层带有滚珠的保持架在轨道上相对位移较短的同时，提高了直线轴承承受高线速度和高换向加速度的能力。 

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 

附图说明

图1a为本发明实施例一多层直线轴承立体剖切示意图； 

图1b为本发明实施例一多层直线轴承俯视图； 

图1c为本发明实施例一多层直线轴承径向截面示意图； 

图1d为本发明实施例一多层直线轴承轴向截面示意图； 

图2a为本发明实施例二多层直线轴承立体剖切示意图； 

图2b为本发明实施例二多层直线轴承俯视图； 

图2c为本发明实施例二多层直线轴承轴向截面示意图； 

图2d为本发明实施例二多层直线轴承采用中间连杆结构时的轴向示意图； 

图2e为本发明实施例一和实施例二多层滑动模块呈Y字状布置的径向截面示意图； 

图3a为本发明实施例二多层直线轴承连杆的一种结构； 

图3b为本发明实施例二多层直线轴承连杆的另一种结构； 

图3c为本发明实施例二多层直线轴承连杆的又一种结构； 

图3d为本发明实施例二多层直线轴承连杆的再一种结构； 

图4a为本发明实施例三多层直线轴承立体剖切示意图； 

图4b为本发明实施例三多层直线轴承轴向截面示意图； 

图4c为本发明实施例三多层直线轴承径向截面示意图。 

附图标记说明： 

1-轴承外圈；   2-轴承内圈；   3-复位弹簧；    4-摆杆保持； 

5-滚珠；       6-保持架；     7-滑动轨道；    8-多层滑动模块； 

91-约束机构；  92-约束机构；  93-约束机构；   10-连杆； 

11-连杆轴；    12-耐磨环；    13-侧外压板；   14-侧内压板； 

15-橡胶膜片；  16-螺栓。 

具体实施方式

本发明实施例的多层直线轴承包括：轴承外圈、轴承内圈，均匀设置在所述轴承外圈和所述轴承内圈之间的环形空间内的多层滑动模块，以及用于约束所述多层滑动模块的约束机构。所述多层滑动模块均匀设置在所述轴承外圈和所述轴承内圈之间的环形空间内可以呈十字装、Y字状、米字状或其他形式的放射状分布。 

本发明实施例的多层直线轴承主要通过一个多层滑动模块，在做直线往返运动的过程中，采用多层线性滚动轴承机构各层分别做线性运动的特性，将高线速度和高换向加速度按层数等分，使得每层直线的相对位移明显减小，从而提高了直线轴承承受高线速度和高换向加速度的能力。并且，将多层滑动模块置于用于约束多层滑动模块的约束机构内，从而保证多层滑动模块的各个层均匀联动，并使带有滚珠的保持架在滑动轨道上相对位移很短就能达到降低轴承磨损以达到高速往复运动的目的，使采用直线轴承的机械的整体性能得到了改善和寿命得到了延长。 

多层滑动模块置于用于约束多层滑动模块的约束机构内，根据用于约束多层滑动模块的约束机构所用部件不同，致使其多层滑动模块的结构有所变化，下面分别进行具体说明。 

实施例一 

图1a为本发明实施例一多层直线轴承立体剖切示意图；图1b为本发明实施例一多层直线轴承俯视图；图1c为本发明实施例一多层直线轴承径向截 面示意图；图1d为本发明实施例一多层直线轴承轴向截面示意图。 

如图1b所示，多层直线轴承包括：轴承外圈1、轴承外圈2、复位弹簧3、摆杆保持4、滚珠5、保持架6、滑动轨道7。如图1a和图1c所示，四个多层滑动模块成十字状均匀设置在轴承外圈1和轴承内圈2之间的环形空间内，如图1c所示，其中多层滑动模块8的每一层包括：多个滚珠5；一保持架6，保持架6上开有与所述滚珠5等数量，用于放置滚珠5的孔，所述用于放置滚珠5的孔可为圆孔或腰形孔；一滑动轨道7，带有滚珠5的保持架6在滑动轨道7内和滑动轨道7做相对运动，滑动轨道7两侧设有防止滚珠5滑出轨道7的凸出边沿。滚珠5可以为陶瓷或金属材料制成的滚珠，并且孔的尺寸略大于滚珠5的直径。 

如图1a、1b、1c、1d所示，置于所述多层滑动模块8两端的，用于约束多层滑动模块8的约束机构91由复位弹簧3、摆杆保持4组成。摆杆保持4通过复位弹簧3固定在轴承外圈1上，在平衡位置时垂直于多层滑动模块8。摆杆保持4和复位弹簧3相配合，将多层滑动模块8卡在轴承外圈1和轴承内圈2之间的环形空间内. 

本发明实施例一例通过弹簧和摆杆构成的约束机构置于多层滑动模块的两端，从而使得多层模块按层数等分了高速的线速度和高换向加速度，从而提高了直线轴承承受高线速度和高换向加速度的能力，降低了轴承磨损，达到了高速往复运动的目的，使采用直线轴承的机械的整体性能得到了改善和寿命得到了延长。 

实施例二 

图2a为本发明实施例二多层直线轴承立体剖切示意图；图2b为本发明实施例二多层直线轴承俯视图；图2c为本发明实施例二多层直线轴承轴向截面示意图。 

如图2b所示，多层直线轴承包括：轴承外圈1、轴承内圈2、滚珠5、保持架6、滑动轨道7、连杆10。如图1a和图1c所示，四个多层滑动模块 成十字状均匀设置在轴承外圈1和轴承内圈2之间的环形空间内，如图1 c所示，其中多层滑动模块8的每一层包括：多个滚珠5；一保持架6，保持架6上开有与滚珠5等数量，用于放置滚珠5的孔，所述用于放置滚珠5的孔可为圆孔或腰形孔；一滑动轨道7，带有滚珠5的保持架6在滑动轨道7内和滑动轨道7做相对运动，滑动轨道7两侧设有防止滚珠5滑出轨道7的凸出边沿。滚珠5可以为陶瓷或金属材料制成的滚珠，并且圆孔的尺寸略大于滚珠5的直径。 

如图2a、2b、2c所示，置于所述多层滑动模块8两端的，用于约束多层滑动模块8的约束机构92由连杆10组成。连杆10设有数个通孔，连杆10在平衡位置时垂直于多层滑动模块8，并穿过通孔用连杆轴11连接滑动轨道7；连杆轴11上套有耐磨环12，在实际生产工艺中，根据连杆轴11和滑动轨道7材料的不同，也可以不用在连杆轴11上套有耐磨环12，以降低成本；所述数个通孔中至少有一个通孔与连杆轴11配合，将连杆10固定在轴承外圈1或滑动轨道7上，连杆轴10不能在其通孔内有相对位移，所述其通孔成为连杆的旋转中心。 

本发明实施例二的连杆10可以置于多层滑动模块8的两端或中间的任意位置。 

图2d为本发明实施例二多层直线轴承采用中间连杆结构时的轴向示意图。如图2d所示，对于实施例二所描述的多层直线轴承结构，也可采用连杆置于中部，而不是两端的结构，以减少连杆数量和进一步降低成本。连杆置于多层滑动模块中部或其任意位置的多层直线轴承和连杆置于两端多层直线轴承其余结构完全相同，这里不再赘述。 

图2e为本发明实施例一和实施例二多层滑动模块呈Y字状布置的径向截面示意图。如图2e所示，对于实施例一和实施例二中所描述的多层直线轴承结构中均匀设置在所述轴承外圈和所述轴承内圈之间的环形空间内的多层滑动模块，也可采用Y字状布置，以使结构更为简单和成本更为低廉。 

图3a为本发明实施例二多层直线轴承连杆的一种结构；图3b为本发明实施例二多层直线轴承连杆的另一种结构；图3c为本发明实施例二多层直线轴承连杆的又一种结构；图3d为本发明实施例二多层直线轴承连杆的再一种结构。 

所述连杆的具体构成如图3a、3b、3c和3d所示，可包括如下几种结构： 

图3a为分段伸缩结构。将图3a这种连杆结构应用于多层直线轴承，其中的每一段上都设有通孔，连杆上设有数个通孔，连杆垂直于多层滑动模块，并穿过通孔用连杆轴连接所述滑动轨道和轴承外圈。其中连杆轴的直径和通孔的直径相吻合，连杆轴不会在通孔内有相对位移。图3a这种分段伸缩结构在工作时，连杆两端不会伸出轴承外圈和内圈，可用于空间受限的场合。 

图3b为整体连杆结构。将图3b这种连杆结构应用于多层直线轴承，连杆上设有4个通孔，连杆垂直于多层滑动模块，并穿过通孔用连杆轴连接所述滑动轨道和轴承外圈。其中连杆轴的直径和其中一个通孔的直径相吻合，连杆轴不会在通孔内有相对位移；连杆的是其余通孔为腰形，连杆轴随多层滑动模块的运动，能自由的在其通孔内位移。图3b为整体连杆结构工作时，连杆会伸出轴承内圈和外圈，通过腰形轴孔实现滑动。图3b这种整体连杆结构具有结构简单可靠，制造成本低，可用于大部分场合的优点。 

图3c为另一种伸缩连杆结构。将图3c这种连杆结构应用于多层直线轴承，连杆上设有4个通孔，连杆垂直于多层滑动模块，并穿过通孔用连杆轴连接所述滑动轨道和轴承外圈。其中连杆轴的直径和连杆两端通孔的直径相吻合，连杆轴不会在通孔内有相对位移；连杆中间的两个通孔为腰形，连杆轴随多层滑动模块的运动，能自由的在其通孔内位移。图3c这种伸缩连杆在工作时，连杆两端不会伸出轴承外圈和内圈，可用于空间受限的场合。 

图3d为交叠式连杆结构。将图3d这种连杆结构应用于多层直线轴承，连杆由两个两端上分别设有1个半腰形开口通孔的子连杆组成，连杆垂直于多层滑动模块，并穿过通孔用连杆轴连接所述滑动轨道和轴承外圈。其中所 述子连杆中部的通孔为圆形与此处的连杆轴自由旋转配合但连杆轴在子连杆中部的通孔内没有相对的位移。所述子连杆两端的通孔均为半腰形，连杆轴随多层滑动模块的运动，能自由的在其通孔内位移。图3d这种交叠式连杆结构，在工作时，除具有连杆两端不会伸出轴承外圈和内圈，可用于空间受限场合的优点外，并且结构简单，工作可靠。此外，用此连杆所构成的多层直线轴承装配方便，易于维护。 

以上四种结构均对应于本发明实施例多层滑动模块为三层的结构，随着滑动模块层数的增加或减少，所述连杆的结构也会随之变化，以用来约束多层滑动模块。例如图3a中的分段伸缩结构应用于多层直线轴承，当多层滑动模块增加一层或减少一层时，相应的分段伸缩结构连杆也增加或减少一段类似本实施例中间凸字状的结构。再例如图3d中的交叠式连杆结构应用于多层直线轴承，当多层滑动模块增加一层或减少一层时，相应的交叠式结构连杆也增加或减少一段两端上分别设有1个半腰形开口通孔的子连杆结构；从这个交叠式连杆结构应用于多层直线轴承的例子可以看出，由于两端上分别设有1个半腰形开口通孔的子连杆结构的两端分别固定在相邻两层滑动轨道上，并且相邻两个子连杆结构之间都是相互交叠的。从事本领域的技术人员由公知常识可推出，两端上分别设有1个半腰形开口通孔的子连杆结构的数量始终比滑动轨道的层数少一个。 

以上各种连杆结构都能通过联动各层轨道以均分位移和速度的作用。其中腰形孔或伸缩处的尺寸根据行程和不同层与基准轴的距离而不同，只需使其在最大行程内灵活运动即可。 

本发明实施例二通过连杆构成的约束机构来约束多层滑动模块，使得多层模块按层数等分了高速的线速度和高换向加速度，从而提高了直线轴承承受高线速度和高换向加速度的能力，降低了轴承磨损，达到了高速往复运动的目的，使采用直线轴承的机械的整体性能得到了改善和寿命得到了延长。 

实施例三 

图4a为本发明实施例三多层直线轴承立体剖切示意图；图4b为本发明实施例三多层直线轴承轴向截面示意图；图4c为本发明实施例三多层直线轴承径向截面示意图。 

如图4b所示，多层直线轴承包括：轴承外圈1、轴承外圈2、滚珠5、保持架6、滑动轨道7、侧外压板13、侧内压板14、橡胶膜片15。如图4a和图4c所示，8个多层滑动模块8成米字状均匀设置在轴承外圈1和轴承内圈2之间的环形空间内，如图4c所示，其中多层滑动模块8的每一层包括：多个滚珠5；一滑动轨道7，滑动轨道7呈环柱状，沿滑动轨道7的轴向在滑动轨道7圆周上均匀设置的多个轨道凹槽；一保持架6，保持架6上开有用于放置滚珠5的孔，用于放置滚珠5的孔可为圆孔或腰形孔，带有滚珠5的保持架6在滑动轨道7内和滑动轨道做相对运动，所述轨道凹槽用于防止滚珠5滑出轨道。滚珠5可以为陶瓷或金属材料制成的滚珠，并且圆孔或腰形孔的尺寸略大于滚珠5的直径。 

如图4a、4b、4c所示，置于所述多层滑动模块8两端的，用于约束多层滑动模块8的约束机构93由侧外压板13、侧内压板14、橡胶膜片15组成。侧外压板13、侧内压板14和橡胶膜片15均为圆环体形状，且橡胶膜片15内外环边有凸缘以张紧橡胶膜片15，其轴向截面呈哑铃状。 

多层滑动模块8的约束机构93具体包括：侧外压板13和轴承外圈1通过螺栓16固定橡胶膜片15的圆环外环、侧内压板14和轴承内圈2固定所述橡胶膜片15的圆环内环，在平衡位置时橡胶膜片15的圆环面垂直于多层滑动模块8。 

本发明实施例三多层直线轴承通过侧外压板、侧内压板、橡胶膜片构成的约束机构置于多层滑动模块的两端，从而使得多层模块按层数等分了高速的线速度和高换向加速度。并且同时为橡胶膜片提供了充足的轴向支承力，以保持安装在内环上具有一定质量的运动部件于特定的位置。根据橡胶膜片多层直线轴承这种特定的性质，可制造出结构简单可靠的、用于气体或 液体环境内，相当于精密活塞的机构。本实施例三特用于将橡胶膜片相当于活塞来用，并需要有大的径向负荷的场合，如用于热声发电机中。 

发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。 

Claims (15)

1.一种多层直线轴承，其特征在于，包括：轴承外圈、轴承内圈、设置在所述轴承外圈和所述轴承内圈之间的环形空间内的多层滑动模块以及用于约束所述多层滑动模块的约束机构；

所述多层滑动模块为多个，并均匀设置在所述轴承外圈和所述轴承内圈之间的环形空间内，所述多层滑动模块的每一层包括：

多个滚珠；

一保持架，所述保持架上开有与所述滚珠等数量，用于放置所述滚珠的孔；

一滑动轨道，带有所述滚珠的所述保持架在所述滑动轨道内和所述滑动轨道做相对运动，所述滑动轨道两侧设有防止所述滚珠滑出轨道的凸出边沿；

所述约束机构具体包括：摆杆保持和复位弹簧，所述摆杆保持通过复位弹簧固定在所述轴承外圈，在平衡位置时垂直于所述多层滑动模块。

2.根据权利要求1所述的多层直线轴承，其特征在于，所述滚珠为陶瓷或金属材料制成的滚珠。

3.根据权利要求2所述的多层直线轴承，其特征在于，所述孔的尺寸略大于滚珠的直径。

4.根据权利要求1所述的多层直线轴承，其特征在于，所述均匀设置在所述轴承外圈和所述轴承内圈之间的环形空间内的多个多层滑动模块呈Y字状、十字状或米字状分布。

5.一种多层直线轴承，其特征在于，包括：轴承外圈、轴承内圈、设置在所述轴承外圈和所述轴承内圈之间的环形空间内的多层滑动模块以及用于约束所述多层滑动模块的约束机构；

所述多层滑动模块为多个，并均匀设置在所述轴承外圈和所述轴承内圈之间的环形空间内，所述多层滑动模块的每一层包括：

多个滚珠；

一保持架，所述保持架上开有与所述滚珠等数量，用于放置所述滚珠的孔；

一滑动轨道，带有所述滚珠的所述保持架在所述滑动轨道内和所述滑动轨道做相对运动，所述滑动轨道两侧设有防止所述滚珠滑出轨道的凸出边沿；

所述约束机构具体包括：连杆，所述连杆上设有数个通孔，所述连杆在平衡位置时垂直于所述多层滑动模块，并穿过通孔用连杆轴连接所述轴承外圈和每一层滑动轨道。

6.根据权利要求5所述的多层直线轴承，其特征在于，所述连杆置于所述多层滑动模块两端或中间任意位置。

7.根据权利要求5所述的多层直线轴承，其特征在于，所述数个通孔中至少有一个通孔与所述连杆轴配合，将连杆固定在所述轴承外圈或滑动轨道上，所述连杆轴不能在其通孔内有相对位移，所述其通孔成为该连杆的旋转中心。

8.根据权利要求6所述的多层直线轴承，其特征在于，所述连杆轴上套有耐磨环。

9.根据权利要求5所述的多层直线轴承，其特征在于，所述滚珠为陶瓷或金属材料制成的滚珠。

10.根据权利要求9所述的多层直线轴承，其特征在于，所述用于放置所述滚珠的孔的尺寸略大于滚珠的直径。

11.根据权利要求5所述的多层直线轴承，其特征在于，所述均匀设置在所述轴承外圈和所述轴承内圈之间的环形空间内的多个多层滑动模块呈Y字状、十字状或米字状分布。

12.一种多层直线轴承，其特征在于，包括：轴承外圈、轴承内圈、设置在所述轴承外圈和所述轴承内圈之间的环形空间内的多层滑动模块以及用于约束所述多层滑动模块的约束机构；

所述多层滑动模块呈一环状设置在所述轴承外圈和所述轴承内圈之间的环形空间内，所述多层滑动模块的每一层包括：

多个滚珠；

一滑动轨道，所述滑动轨道呈环柱状，沿所述滑动轨道的轴向在所述滑动轨道圆周上均匀开有多个轨道凹槽；

一保持架，所述保持架上开有用于放置滚珠的孔，带有所述滚珠的所述保持架在所述滑动轨道内和所述滑动轨道做相对运动，所述轨道凹槽用于防止所述滚珠滑出轨道；

所述约束机构具体包括：侧外压板、侧内压板和橡胶膜片，所述侧外压板和所述轴承外圈通过螺栓固定所述橡胶膜片的圆环外环，所述侧内压板和所述轴承内圈固定所述橡胶膜片的圆环内环，在平衡位置时所述橡胶膜片的圆环面垂直于所述多层滑动模块。

13.根据权利要求12所述的多层直线轴承，其特征在于，所述滚珠为陶瓷或金属材料制成的滚珠。

14.根据权利要求13所述的多层直线轴承，其特征在于，所述孔的尺寸略大于滚珠的直径。

15.根据权利要求12所述的多层直线轴承，其特征在于，所述侧外压板、侧内压板和橡胶膜片均为圆环体形状，所述橡胶膜片内外环边有凸缘以张紧橡胶膜片，其轴向截面呈哑铃状。

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