CN102279108B - 一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直线导引装置，尤其适用于月球车单轮台架试验装置等多尘环境的滚动轴承直线导引装置，包括方管、固定筒、轴承座、滚动轴承和轴承安装架，固定筒轴向方向的两个末端上分别设有轴承座，轴承座在轴向方向上开有方孔，轴承座远离固定筒的一端上还设有悬臂，悬臂上设有轴承安装架，轴承安装架安装有滚动轴承，滚动轴承的轴心与固定筒的轴心垂直，方管贯穿固定筒及轴承座的方孔，滚动轴承的外圈与方管接触。本直线导引装置运行过程中的摩擦力大大减小，同时又能适应月球车单轮台架试验时的多尘环境。

Description

一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置

技术领域：

本发明涉及一种直线导引装置，尤其适用于月球车单轮台架试验装置等多尘环境的滚动轴承直线导引装置。

背景技术：

单轮台架试验装置是确定月球车行走系统行驶性能的重要试验设备；在试验设备中，垂直载荷的加载方式多数采用了载荷靠重力驱动的滑动副，由于没有驱动，运动副之间的摩擦将直接影响到车轮的加载精度，因此多数试验装置均采用成型的直线轴承作为直线导引装置，虽然这种装置的摩擦力也很小，但相对于试验要求还有些偏大，同时，由于试验环境浮尘较多，直线轴承导杆上容易遭受污染，从而增大直线轴承的摩擦力，因此直线轴承必须加装相应的密封装置，这将增大直线导引装置的运动阻力，影响试验装置的加载精度。

发明内容：

本发明的目的是提供一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置，使其运行过程中的摩擦力大大减小，同时又能适应月球车单轮台架试验时的多尘环境。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置，所述直线导引装置包括方管、固定筒、轴承座、滚动轴承和轴承安装架，所述固定筒轴向方向的两个末端上分别设有轴承座，所述轴承座在轴向方向上开有方孔，所述轴承座远离固定筒的一端上还设有悬臂，所述悬臂上设有轴承安装架，所述轴承安装架安装有滚动轴承，所述滚动轴承的轴心与所述固定筒的轴心垂直，所述方管贯穿所述固定筒及轴承座的方孔，所述滚动轴承的外圈与方管接触。

本发明提供的另一优选的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置技术方案中，所述轴承座远离固定筒的一端上设有四个形状相同的悬臂，所述四个悬臂以所述固定筒的轴心为圆心两两对称设置。

本发明提供的再一优选的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置技术方案中，所述悬臂远离所述固定筒轴心方向的一端上设有轴承安装架，所述悬臂和所述轴承安装架上开有大小相等长方形孔，并且位置相对应，所述滚动轴承安装在轴承安装架上，所述滚动轴承的外圈穿过所述悬臂和轴承安装架的长方形孔与所述方管接触，所述每两个对称悬臂之间的距离等于轴承座的方孔的边长，所述方管的边长等于每两个对称滚动轴承之间的距离。

本发明提供的又一优选的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置技术方案中，所述长方形孔的形状与所述滚动轴承安装状态时轴承外圈投影在所述轴承安装架或者悬臂上的形状相同，所述长方形孔设置在悬臂的中心位置。

本发明提供的又一优选的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置技术方案中，所述滚动轴承通过轴承安装轴安装在所述轴承安装架上，并通过垫片、压片和螺栓固定。

本发明提供的又一优选的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置技术方案中，所述轴承座与所述固定筒上位置相对应处开有螺纹孔，并通过螺栓连接。

本发明提供的又一优选的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置技术方案中，所述轴承安装架与所述悬臂上位置相对应处开有螺纹孔，并通过螺栓连接。

本发明提供的又一优选的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置技术方案中，所述悬臂与安装于其上的滚动轴承一起，在力的作用下可产生微小的弹性变形。

本发明提供的又一优选的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置技术方案中，所述滚动轴承的内外圈之间设置有橡胶密封件。

由于采用了上述技术方案，本发明得到的有益效果是：

1、本发明采用市场上很容易采购到的滚动轴承作为滚动体，既可节省成本，又可大幅降低移动副的摩擦阻力；

2、由于滚动轴承组件可以加装相应的密封部件，本发明的环境适应性也大大提高；

附图说明

图1是本发明的完整结构示意图。

图2是本发明的4个滚动轴承与轴承座组装成组件的立体图。

图3是本发明的4个滚动轴承与轴承座组装成组件的俯视图及局部剖视图。

图4是本发明的滚动轴承内部的滚动摩擦力分析图。

图5是采用直线轴承时，在直线导引起作用时，发生在直线轴承内部的滚动摩擦力分析图。

图6是本发明采用滚动轴承，在直线导引起作用时，发生在滚动轴承内部的因密封而产生摩擦的力分析图。

图7是采用直线轴承时，在直线导引起作用时，发生在直线轴承内部的因密封而产生摩擦的力分析图。

其中，1-方管，2-滚动轴承，3-轴承座，4-固定筒，5-螺栓，6-轴承安装架，7-压片，8-轴承安装轴，9-垫片，10-悬臂。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1-7所示，本发明的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置，包括方管1、固定筒4、轴承座3、滚动轴承2和轴承安装架6，固定筒4轴向方向的两个末端上分别设有轴承座3，轴承座3在轴向方向上开有方孔，轴承座3远离固定筒4的一端上还设有悬臂10，悬臂10上设有轴承安装架6，轴承安装架6安装有滚动轴承2，滚动轴承2的轴心与固定筒4的轴心垂直，方管1贯穿固定筒4及轴承座3的方孔，滚动轴承2的外圈与方管1接触；轴承座3远离固定筒4的一端上设有四个形状相同的悬臂10，也可以根据管的形状的改变选择不同的个数，假如是管横截面为三条边以上的正多边形，相应悬臂10的数目也与管的边数相适应，本例优选四边型，四个悬臂10以固定筒4的轴心为圆心两两对称设置，每两个对称悬臂10之间的距离等于轴承座3的方孔边长，方管1的边长等于每两个对称滚动轴承2之间的距离；悬臂10远离固定筒4轴心方向的一端上设有轴承安装架6，悬臂10和轴承安装架6上开有大小相等长方形孔，并且位置相对应，长方形孔的形状与所述滚动轴承2安装状态时轴承外圈投影在所述轴承安装架6或者悬臂10上的形状相同，长方形孔设置在悬臂10的中心位置；滚动轴承2安装在轴承安装架6上，滚动轴承2的外圈穿过所述悬臂10和轴承安装架6的长方形孔与方管1接触；滚动轴承2通过轴承安装轴8安装在所述轴承安装架6上，并通过垫片9、压片7和螺栓5固定；轴承座3与固定筒4上位置相对应处开有螺纹孔，并通过螺栓连接；轴承安装架6与悬臂10上位置相对应处开有螺纹孔，并通过螺栓连接；悬臂10与安装于其上的滚动轴承2一起，在力的作用下可产生微小的弹性变形；滚动轴承2的内外圈之间设置有橡胶密封件。

在图1中，滚动轴承2安装在轴承座3上，一个轴承座3和4个滚动轴承2形成一个组件，2个组件安装在固定筒1的两端，位置做适当调整使得2个组件形成的方孔完全平行，再将方管1穿入方孔，整体形成一个直线运动导引装置。

在图2和图3中，轴承座3上设有4个悬臂，滚动轴承2由轴承安装轴8安装于轴承安装架6上，轴承安装轴8是一个内空的台阶轴，细端内空部分加工有螺纹，利用轴承安装轴8台阶和轴承轴向垫片9可以保证滚动轴承2在轴承安装架6上与侧壁不发生干涉，最后用螺栓5和压片7实现轴承的可靠定位与安装，与轴承安装架6安装于一体的滚动轴承2组成的组件安装在轴承座3的4个悬臂上，与悬臂一起组成一个可微小变形的悬臂结构。

在图4中，作为滚动体的滚动轴承2的外圈与导向杆在压力作用下不产生相对滑动，相互作用的摩擦力驱动轴承外圈克服钢球在内圈上的摩擦阻力产生旋转运动，同时导向杆直线运动。钢球的滚动阻力符合滚动摩擦阻力一般规律，即：内圈作用于钢球上的反作用力相对于钢球所受负载大小相等，但力的作用点偏移一定的距离e，反作用力与偏移e的乘积为钢球滚动的阻力矩。此时导向杆上必须有附加的力克服此滚动力矩再能实现轴承外圈旋转，导向杆平移。假定反作用力为F，偏移距离为e，轴承外径为R，则导向杆需要克服的阻力为F*e/R。

在图5中，钢球直接作为滚动体，为使导向杆产生平移，同样需要克服钢球的滚动阻力矩，此时假定各项参数与滚动轴承2中的钢球受力相同，钢球直径为D，则导向杆需要克服的阻力为F*e/D。因为R＝D+“轴承内外圈厚度之和”，所以采用滚动轴承2做滚动体时，阻力较小，且往往轴承外径越大，阻力越小。

在图6中，作为滚动体的滚动轴承2的内外圈之间常常有由橡胶制成的密封件，密封件在组件内有一定的预紧力，在预紧力的作用下，密封件紧紧的贴合在内外圈上，从而实现密封。在预紧力的作用下，橡胶密封和内外圈会产生滑动摩擦，假定橡胶件作用在内外圈上的预紧力相同，均为F，橡胶对钢的摩擦系数为μ，则要使得轴承转动，相对滑动面在内外圈的摩擦力矩分别为，F.μ.R_内和F.μ.R_外。因为轴承外圈内径要比轴承内圈外径要大，在此假定条件下，相对滑动面在橡胶与轴承内圈之间的接触面。此时与轴承外径接触的导向杆需要克服的密封件摩擦力为F.μ.R_内/R。

在图7中，以直线轴承为导向机构，密封件布置在导向杆与直线轴承座之间，密封件为直线运动副密封，同样，橡胶密封件同样需要相应的预紧力，假定预紧力相同，摩擦系数相同，则导向杆需要克服的密封件摩擦力为F.μ。因为(R_内/R)＜1，所以，以直线轴承为导向机构，其密封件的摩擦阻力要大于本发明。

同时，由于滚动轴承2密封件只是旋转密封，轴承内外圈与密封件之间的接触区域始终相同，所需的密封件预紧力较小，密封效果好，直线轴承的密封件是圆柱运动副密封，轴承内外圈与密封件之间的接触区域经常变化，所需的密封件预紧力较大，密封效果不如本发明。这也就造成了相应的导向杆摩擦阻力的增加。

密封件摩擦力是直线运动副承受轻载条件下的主要阻力来源，对于在月球车单轮台架试验这种要求直线导引装置自由随动，且环境要求对密封要求较高的条件下，采用本发明将大大减小轻载试验条件下的直线导引装置的摩擦阻力，提高实验装置的加载精度。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置，其特征在于：所述直线导引装置包括方管(1)、固定筒(4)、轴承座(3)、滚动轴承(2)和轴承安装架(6)，所述固定筒(4)轴向方向的两个末端上分别设有轴承座(3)，所述轴承座(3)在轴向方向上开有方孔，所述轴承座(3)远离固定筒(4)的一端上还设有悬臂(10)，所述悬臂(10)上设有轴承安装架(6)，所述轴承安装架(6)安装有滚动轴承(2)，所述滚动轴承(2)的轴心与所述固定筒(4)的轴心垂直，所述方管(1)贯穿所述固定筒(4)及轴承座(3)的方孔，所述滚动轴承(2)的外圈与方管(1)接触；

所述悬臂(10)远离所述固定筒(4)轴心方向的一端上设有轴承安装架(6)，所述悬臂(10)和所述轴承安装架(6)上开有大小相等长方形孔，并且位置相对应，所述滚动轴承(2)安装在轴承安装架(6)上，所述滚动轴承(2)的外圈穿过所述悬臂(10)和轴承安装架(6)的长方形孔与所述方管(1)接触，所述每两个对称悬臂(10)之间的距离等于轴承座(3)的方孔的边长，所述方管(1)的边长等于每两个对称滚动轴承(2)之间的距离。

2.如权利要求1所述的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置，其特征在于：所述轴承座(3)远离固定筒(4)的一端上设有四个形状相同的悬臂(10)，所述四个悬臂(10)以所述固定筒(4)的轴心为圆心两两对称设置。

3.如权利要求2所述的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置，其特征在于：所述长方形孔的形状与所述滚动轴承(2)安装状态时轴承外圈投影在所述轴承安装架(6)或者悬臂(10)上的形状相同，所述长方形孔设置在悬臂(10)的中心位置。

4.如权利要求3所述的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置，其特征在于：所述滚动轴承(2)通过轴承安装轴(8)安装在所述轴承安装架(6)上，并通过垫片(9)、压片(7)和螺栓(5)固定。

5.如权利要求4所述的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置，其特征在于：所述轴承座(3)与所述固定筒(4)上位置相对应处开有螺纹孔，并通过螺栓连接。

6.如权利要求5所述的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置，其特征在于：所述轴承安装架(6)与所述悬臂(10)上位置相对应处开有螺纹孔，并通过螺栓连接。

7.如权利要求6所述的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置，其特征在于：所述悬臂(10)与安装于其上的滚动轴承(2)一起，在力的作用下产生弹性变形。

8.如权利要求7所述的一种月球车单轮台架试验装置用滚动轴承直线导引装置，其特征在于：所述滚动轴承(2)的内外圈之间设置有橡胶密封件。

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