CN102619944A - 一种基于摩擦力的回转直线传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于摩擦力的回转直线传动装置，包括传动轴，至少一个相对于传动轴倾斜设置的轴承和用于固定轴承的轴承固定装置，所述轴承包括外环和内环，所述传动轴的直径小于所述轴承内环的直径，轴承固定装置包括止挡轴承中外环的第一、第二固定端件和套设于轴承外环表面的弹性圈。本发明的回转直线传动装置有效地改善现有的这类基于摩擦力的回转直线传动装置中光轴与轴承之间因点接触而产生的摩擦对光轴、轴承的磨损，从而延长了使用寿命，并且传动过程稳定；在相同的传动距离条件下，本发明的基于摩擦力的回转直线传动装置中使用轴承数量较少，节约成本；在离合状态时，轴承受到传动轴及弹性外环的限制，可有效减小装置的摩擦音。

Description

一种基于摩擦力的回转直线传动装置

技术领域

本发明涉及一种机械传动技术领域中将回转运动转变为直线运动的装置，尤其涉及一种利用摩擦力将回转运动转变为直线运动的装置，该装置同时具备离合功能。

 

背景技术

在机械领域，把回转运动改变为直线运动的方式有很多，例如：齿轮齿条传动副、螺纹传动副、滚珠丝杠传动副等。上述传动装置除了齿轮齿条传动副可以实现在啮合状态下的快速移动外，其他装置都不能实现脱离状态，也就是不能够实现快速移动功能。

近年有发明公开了可以实现改变传动方式的同时具有离合功能的摩擦直线传动副装置，该装置原理及结构如图1所示，这种装置给带倾斜角度的球轴承11外圈通过施力装置10施加压力控制其转动的能力的同时让光轴13转动，光轴13与球轴承11的内圈间产生的点接触摩擦力，摩擦力传递给带倾斜角度的球轴承的滚动球上，就产生了沿光轴13的轴向的分力，这个轴向分力就可以推动包括：球轴承11、施力装置10、球轴承固定装置12等机构沿光轴11的轴向的直线运动，实现将回转运动改变为直线运动。当撤离对球轴承11外圈施加的压力，光轴13就可以在上述机构预留的空隙间实现自由的直线运动，也就是实现了离合功能。

传统的齿轮齿条传动副、螺纹传动副、滚珠丝杠传动副不仅没有离合器功能，而且加工成本高，结构复杂。上述摩擦直线传动副装置显然比齿轮齿条传动副、螺纹传动副、滚珠丝杠传动副具有更多优势，例如加工工艺简单、低成本等。但是，因为摩擦直线传动副依靠光轴与球轴承的内圈间产生的点接触摩擦力来实现使回转转变为直线运动，所以整个装置系统的稳定性与可靠性均存在不确定性，并且点接触摩擦会产生摩耗、摩损、发热，这不仅影响机构寿命，也会影响机构移动精度。

 

发明内容

技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种性能稳定、移动精度高的、用于将回转运动转化为直线运动的装置。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明的基于摩擦力的回转直线传动装置采用以下技术方案：其包括一传动轴和至少一个相对于传动轴倾斜设置的轴承和用于固定轴承的轴承固定装置，所述轴承包括外环、内环，所述传动轴的直径小于所述轴承内环的直径，所述的轴承固定装置包括止挡轴承中外环的第一固定端件、第二固定端件和套设于轴承外环表面的弹性圈。所述的轴承一般为球轴承，相应地，所述外环、内环之间为滚动体例如钢球；所述的传动轴为光轴。所述的轴承固定装置中，第一固定端件、第二固定端件和弹性圈共同作用，使倾斜设置的轴承和传动轴位置相对固定。所述的弹性圈整体套设于轴承外环的外表面，弹性圈未受外力作用时，其本身的的预紧力使其内表面与外环外表面产生面接触。

更进一步地，内环为倾斜内环，所述的倾斜内环具有与传动轴产生面接触的内表面。

为了利用摩擦力使轴承对传动轴产生某一方向上的推动力，同时亦考虑到需避免现有技术方案中轴承与传动轴之间点接触带来的不利影响，本技术方案中，并非简单地将现有通用的轴承例如滚动轴承直接相对于传动轴倾斜设置，而是通过对轴承的外环、内环进行结构上的重新设计，使其与相关机构部件产生面接触。

更进一步地，轴承的外环具有分别与第一、第二固定端件接触的第一、第二止挡部，所述的第一、第二止挡部分别位于轴承外环两侧朝向第一、第二固定端件的部位，优选为一平面，可预先通过铣、削等加工方法在轴承外环上加工得到。同时，第一、第二固定端件各设有开口，以便传动轴穿过。这样，第一、第二固定端件和弹性圈即构成相对封闭的空间，用于容纳轴承和与轴承相配合的传动轴部分。

更进一步地，本技术方案中，轴承的数量可以根据传动距离、速度等的实际需要进行选择，各倾斜设置的轴承之间相互平行排列，并且相邻的轴承之间设有垫片，确定地，所述垫片具有开孔，该开孔供传动轴穿过，同时开孔的直径与所述轴承内环的直径相同。

更进一步地，为了使轴承能在产生的摩擦力作用下将其本身的回转运动转化为需要的直线运动，本装置还设有可以通过弹性圈向轴承产生作用力的施力装置。相应地，为了使轴承在施力装置施加的力撤除后还能回复至原始位置，本装置还包括与施力装置对应设置的弹性支撑装置，该弹性支撑装置提供与施力装置施加的力相反方向的力，该弹性支撑装置可采用弹簧等弹性器件。施力装置、弹性支撑装置、轴承固定装置均通过传统的连接方式相连接，如：在框架上进行螺纹连接。

本技术方案的装置中，传动轴的直径小于轴承内环的直径，当施力装置未起作用时，传动轴与轴承内环之间是有间隙的，该间隙量可进行人为选择，此时，传动轴相对于轴承、固定端件及必要时的垫片是自由的，即可以进行相对的转动与直动，从而使本装置具有离合功能。

当施力装置向弹性圈施加力时，施力装置与弹性圈接触从而对轴承施加力，控制了轴承与轴承外圈的转动能力，即弹性圈的朝向外环的内表面与轴承外环的外表面之间形成了一个面接触，而传动轴的凸向表面与轴承内环的内表面间形成了一个面接触；上述两个面间均因面接触，产生了面接触摩擦力，该面接触摩擦力传递给带倾斜角度的轴承的滚动球上，就产生了传动轴的轴向的分力，这个轴向力就可以推动传动轴实现直动，即意味实现了回转运动改变为直线运动的功能。

有益效果

本发明的基于摩擦力的回转直线传动装置具有以下有益效果：（1）有效地改善现有的这类基于摩擦力的回转直线传动装置中光轴与轴承之间因点接触而产生的摩擦对光轴、轴承的磨损，从而延长了使用寿命，并且传动过程稳定；（2）在相同的传动距离条件下，本发明的基于摩擦力的回转直线传动装置中使用轴承数量较少，节约成本；（3）在离合状态时，轴承受到传动轴及弹性外环的限制，可有效减小装置的摩擦音。

 

说明书附图

图1是现有技术方案的一种摩擦直线传动装置结构示意图；

图2是本发明一个实施例的基于摩擦力的回转直线传动装置结构示意图；

图3是轴承内环剖视图；

图4是处于过盈配合状态的轴承内环与传动轴结构示意图；

图5是轴承内环与传动轴面接触工作原理图；

图6是轴承外环结构示意图；

图7是本发明另一个实施例的基于摩擦力的回转直线传动装置结构示意图；

图8是图7传动装置中施力装置工作状态的结构示意图

图9是垫片结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图2所示，本实施例的基于摩擦力的回转直线传动装置，包括传动轴9和一个相对于传动轴9倾斜设置的轴承４和用于固定轴承4的轴承固定装置6，所述轴承4包括外环3、内环5，所述传动轴9的直径小于所述轴承4内环5的直径，所述的轴承固定装置6包括止挡轴承4中外环3的第一固定端件61、第二固定端件62和套设于轴承4外环3表面的弹性圈2。所述的传动轴9为光轴，轴承4为球轴承。第一固定端件61设有第一开口611，第二固定端件62设有第二开口621，第一开口611、第二开口621、球轴承4内环5的直径相同，光轴9贯穿于第一开口611、第二开口621、球轴承4内环5中。当弹性圈2不受外力时，光轴9可自由运动，实现装置的离合功能。如图6所示，外环3两侧朝向第一固定端件61的部位设有第一止挡部34，朝向第二固定端件62的部位设有第二止挡部33，所述的止挡部为一平面，与固定端件的内表面形成面接触，这样，第一固定端件61、第二固定端件62、弹性圈2与轴承4相配合使其位置相对固定。

如图6所示，球轴承4的外环3为倾斜外环，倾斜外环3具有与弹性圈2面接触的外表面31，其内表面32朝向球轴承4容纳滚动体如钢环的腔体，倾斜外环3的外表面31与内表面32之间存在一夹角。

如图2、图3所示，所述的球轴承内环5为倾斜内环，所述的倾斜内环具有可以与光轴9产生面接触的内表面51，其外表面52朝向球轴承4容纳滚动体如钢球的腔体。如图3所示，倾斜内环5内表面51和外表面52之间存在夹角以适应与光轴9面接触的需要。

如图2所示，当没有施加任何外力时，光轴9与倾斜内环5之间存在间隙，从而光轴9可以自由地转动或直动；当向下向弹性圈2施力时，如图4和图5所示，光轴9的凸向表面与球轴承4倾斜内环的凹向内表面51间形成面接触，图5中a表示上述间隙，同时，倾斜外环3的外表面31与弹性圈2也形成面接触，这两个面接触摩擦力传递给带倾斜角度的球轴承4的滚动球上，就产生了沿光轴9的轴向的分力，这个轴向力就可以推动光轴9实现直线运动，从而把回转运动转变为直线运动。

 

实施例二：

如图7所示，本实施例的基于摩擦力的回转直线传动装置包括传动轴9和两个相对于传动轴9倾斜设置的第一轴承４、第二轴承4’和用于固定两个轴承的轴承固定装置6，两个轴承4彼此平行排列；所述轴承4包括外环3、内环5，轴承4’包括外环3’、内环5’， 第一轴承４和第二轴承4’为相同型号的球轴承；所述传动轴9的直径小于所述轴承4内环5及轴承4’内环5’的直径，所述的传动轴9为光轴。所述的轴承固定装置6包括止挡球轴承4中外环3的第一固定端件61、止挡球轴承4’中外环3’的第二固定端件62和套设于轴承4外环3及轴承4’外环3’表面的弹性圈2。如图7、如图9所示，第一轴承4和第二轴承4’之间设置有一垫片7，该垫片7具有开孔71。第一固定端件61具有第一开口611，第二固定端件62具有第二开口621，第一开口611、第二开口621、第一轴承4的内环5、第二轴承4’的内环5’、垫片7的开孔71具有相同的直径，所述的传动轴9贯穿地设置于上述各部件组成的空间中。当弹性圈2不受外力时，光轴9可自由运动，实现装置的离合功能。

如图6、图7所示，球轴承4的外环3为倾斜外环，其具有与弹性圈2面接触的外表面31，其内表面32朝向球轴承4容纳滚动体如钢球的腔体，外环3的外表面31与内表面32之间存在一夹角。外环3两侧朝向第一固定端件61的部位设有第一止挡部34，朝向垫片7的部位设有第二止挡部33，所述的止挡部为一平面，第一止挡部34与第一固定端件61的内表面形成面接触；相应地，球轴承4’也具有相同的结构，其倾斜外环3’朝向垫片7和第二固定端件的部位也设有这样的止挡部，其中朝向第二固定端件的止挡部与第二固定端件62的内表面形成面接触。这样，第一固定端件61、第二固定端件62、弹性圈2、垫片7和两个球轴承相配合使得球轴承的位置相对固定。

如图3所示，所述的球轴承内环5为倾斜内环，所述的倾斜内环具有可以与光轴9产生面接触的内表面51，其外表面52朝向球轴承4容纳滚动体如钢球的腔体。如图3所示，倾斜内环5内表面51和外表面52之间存在夹角以适应与光轴9面接触的需要。相应地，球轴承5’也具有相同的结构。

如图7所示，本实施例的基于摩擦力的回转直线传动装置还包括通过弹性圈2向第一轴承4和第二轴承4’产生作用力的施力装置1和与施力装置1对应设置的弹性支撑装置8。当施力装置1未向弹性圈2施加力时，弹性圈2的预紧力使第一球轴承4和第二球轴承4’处于装置中的原始位置，即光轴9与球轴承倾斜内环之间存在间隙，光轴9可进行自由运动，实现装置的离合功能。

如图8所示，当施力装置1施力端1-1向弹性圈2施加力时，弹性圈2按图中箭头所指方向向两个球轴承施加力，两个球轴承离开原始位置，则光轴9的凸向表面与第一球轴承4和第二球轴承4’倾斜内环的凹向内表面间形成面接触，同时，第一球轴承4和第二球轴承4’倾斜外环3的外表面31与弹性圈2也形成面接触，这两个面接触摩擦力传递给带倾斜角度的球轴承的滚动球上，就产生了沿光轴9的轴向的分力，这个轴向力就可以推动光轴9实现直线运动，从而把回转运动转变为直线运动。而弹性支撑装置8向弹性圈2提供与施力装置1的力相反方向的力，以使弹性圈2在施力装置1施加的力撤除后还能回复至原始位置。

Claims (7)

1.一种基于摩擦力的回转直线传动装置，包括传动轴（9），至少一个相对于传动轴（9）倾斜设置的轴承（４）和用于固定轴承（4）的轴承固定装置（6），所述轴承（4）包括外环（3）和内环（5），所述传动轴（9）的直径小于所述轴承（4）内环（5）的直径，其特征在于，所述的轴承固定装置（6）包括止挡轴承（4）中外环（3）的第一、第二固定端件（61、62）和套设于轴承（4）外环（3）表面的弹性圈（2）。

2.如权利要求1所述的基于摩擦力的回转直线传动装置，其特征在于，所述的轴承（4）为球轴承，所述的传动轴（9）为光轴。

3.如权利要求1或2所述的基于摩擦力的回转直线传动装置，其特征在于，所述的内环（5）为倾斜内环，所述的倾斜内环具有与传动轴（9）产生面接触的内表面（51）。

4.如权利要求1所述的基于摩擦力的回转直线传动装置，其特征在于，轴承（4）的外环（3）具有分别与第一、第二固定端件（61、62）接触的第一、第二止挡部（33、34）。

5.如权利要求1所述的基于摩擦力的回转直线传动装置，其特征在于，具有至少两个相对于传动轴（9）倾斜并相互平行设置的轴承（4，4’），并且相邻的轴承（4，4’）之间设有垫片（7），所述垫片（7）具有开孔（71），开孔（71）的直径与所述轴承内环（5）的直径相同。

6.如权利要求1或5所述的基于摩擦力的回转直线传动装置，其特征在于，还包括通过弹性圈（2）向轴承（4）产生作用力的施力装置（1）。

7.如权利要求6所述的基于摩擦力的回转直线传动装置，其特征在于，还包括与施力装置（1）对应设置的弹性支撑装置（8）。

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