CN102691722B - 一种二自由度转动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二自由度转动轴承，包括轴承内圈、轴承外圈、内滚珠、中心轴、外滚珠；轴承外圈内腔为或含有两端对称切平的球形，球形内腔的球心位于轴承内圈的回转轴线上；在轴承内外圈之间，均匀布置有一圈或多圈内滚珠；轴承外圈与轴承内圈之间间隙配合；中心轴穿置在轴承内圈中，在中心轴上有一个周向凸台，在周向凸台与外圈一端面之间，沿中心轴的轴线对称布置有一对外滚珠；中心轴带动轴承内圈，沿轴承外圈的中心回转轴线转动，和/或以轴承外圈的球形内腔的球心为中心，沿与中心轴轴线和两个外滚珠的中心连线形成的平面垂直的方向，在一定角度内转动；该轴承结构紧凑，维修保养方便，可应用于斯特林发动机领域。

Description

一种二自由度转动轴承

技术领域

本发明涉及轴承，尤其涉及一种具有两个垂直方向旋转自由度的二自由度转动轴承，该轴承可以用于斜盘或摇摆盘等轴向式传动机构中。

背景技术

轴承是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的部件。轴承是当代机械设备中一种举足轻重的零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦系数。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两类。一般所说的轴承多为滚动轴承(ball and roller bearing)，滚动轴承就是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件，一般由外圈、内圈、滚动体和保持架组成，内圈紧套在轴颈上并与轴一起旋转，外圈装在轴承座孔中，其具有有很好的起动性能和承载能力，广泛应用于机床、汽车、铁路等工业机械和民用器具，是现代化机械设备的重要配套基础件。但传统的轴承只能满足一个自由度的旋转运动，对于某些特殊的应用场合，如斜盘或摇摆盘等传动机构的斯特林发动机领域，往往涉及两个自由度的转动，传统的轴承就难以满足应用需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可实现两个自由度转动的轴承组件，解决目前的轴承只能满足一个运动自由度的问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种二自由度转动轴承，包括轴承内圈、 轴承外圈和内滚珠，其还包括中心轴、外滚珠；轴承外圈内腔为或含有两端对称切平的球形，球形内腔的球心位于轴承内圈的回转轴线上；在轴承内圈和外圈之间，通过球形内腔的球心且与轴承内圈轴线垂直的平面上，均匀布置有一圈或多圈内滚珠；在轴承外圈内腔靠近两个端面附近，轴承外圈内腔的内表面与轴承内圈的外表面之间有一定的间隙；中心轴穿置在轴承内圈中，在中心轴上有一个与轴承内圈端面平行的周向凸台，在周向凸台与外圈一端面之间，在中心轴的轴线平面内，沿中心轴的轴线对称布置有一对外滚珠；中心轴带动轴承内圈，沿轴承外圈的中心回转轴线转动，和/或以轴承外圈的球形内腔的球心为中心，沿与中心轴轴线和两个外滚珠的中心连线形成的平面垂直的方向，在一定角度内转动。

优选地，上述的二自由度转动轴承，所述的轴承外圈为分体式结构。

优选地，上述的二自由度转动轴承，在所述的轴承外圈的一端面，也就是与外滚珠配合处，设置有用于放置外滚珠的球形凹槽。

优选地，上述的二自由度转动轴承，所述的中心轴为阶梯轴，小端插入轴承内圈中形成过盈配合，轴承内圈的一端通过轴肩定位，另一端通过端盖和螺栓或其他形式的紧固连接件实现定位。

优选地，上述的二自由度转动轴承，所述的轴承内圈外表面上有若干用于放置内滚珠的凹槽，凹槽为与内滚珠相适配的球形，凹槽位于轴承内圈的外表面上，并沿圆周均布分布。

本发明的有益效果是：

本发明基于传统滚珠轴承的原理，设计了球形的轴承外圈内腔，使得滚珠不仅能沿径向圆周方向滚动，还可以沿球形内腔的横向切面方向在一定角度内滚动，外滚珠起到支撑传递作用。本发明具有结构简单、紧凑，零部件少，维 修保养方便的优点。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的结构外形图(与连杆安装在一起，并示意了一定的转动角度)。

图2是本发明的横向剖视图(仅示意了轴承部分)。

图3是本发明的一端面视图(与连杆安装在一起)。

图4是本发明的纵向剖视图(与连杆安装在一起)。

图5是本发明的横向剖视图(与连杆安装在一起)。

其中：

1-端盖；2-螺栓；3-轴承内圈；4-轴承外圈；5-内滚珠；6-外滚珠；7-中心轴；8-连杆；9-挡圈；A-中心连线；B-轴线；C-中心连线。

具体实施方式

本发明的轴承主要由轴承外圈4、轴承内圈3、内滚珠5，以及中心轴7、外滚珠6等零部件组成，中心轴7为阶梯轴结构，中心轴7的一端插入轴承内圈3中，通过过盈或键配合的形式与轴承内圈3连接，可以带动轴承内圈3转动。轴承内圈3的一端抵靠在中心轴7的台阶上，另一端通过端盖1用螺栓2固定，也可以用直接安装在中心轴7上的螺母锁紧固定。轴承外圈4内腔为球形或部分球形，如两端对称切平的球形，球形内腔的球心位于轴承外圈4的回转中心轴线上，轴承内圈3和轴承外圈4之间布置有若干球形内滚珠5，内滚珠5沿轴承内圈3的外表面均匀布置，从图2所示的视图来看，内滚珠5正好布置在轴承内圈3和轴承外圈4左右对称中心线处，也就是球形内腔中轴承内圈3外表面和轴承外圈4内表面的最大间隙处，上下内滚珠5的中心连线A正好通过球形内腔的球心，并与中心轴轴线B垂直，当然内滚珠5也可以布置成两圈或多 圈。在轴承外圈4内腔靠近两个端面附近，轴承外圈4内腔的内表面与轴承内圈3的外表面之间有一定的间隙，便于轴承外圈4和轴承内圈3可以沿轴线在一定角度内转动。

轴承内圈3外表面上设置有若干凹槽，用于放置内滚珠5，凹槽沿轴承内圈3外表面均布分布，凹槽相当于滚动轴承的保持架。

中心轴7的中间有一个凸起较高的台阶，高度基本与轴承外圈4外径的高度等高，轴承外圈4的一个端面和中心轴7凸起台阶之间对称布置有一对外滚珠6，轴承外圈4和中心轴7凸起台阶构成了外滚珠6的轴承座。上述的外滚珠6沿中心轴轴线7上下对称布置，其两个外滚珠6的中心连线C与中心轴轴线B垂直交叉。在轴承外圈4的端面上有一对凹槽，用于放置外滚珠6，凹槽的形状与外滚珠6相适配，一般为球形；在中心轴7凸起台阶端面上，一般也设置与外滚珠6相适配的凹槽。

上述的结构，中心轴7可以带动轴承内圈3在轴承外圈4内转动，这是本发明轴承的第一个自由度转动。同时，中心轴7也可以带动轴承内圈3，以轴承外圈4的球形内腔的球心为中心，沿与中心轴轴线B和两个外滚珠6的中心连线C形成的平面垂直的方向，在一定角度内转动，这是本发明轴承的第二个自由度转动。第一个自由度转动的范围是360度，而第二个自由度转动的角度取决于设计要求，主要由轴承外圈4内腔的两个端面附近轴承外圈4内表面与轴承内圈3的外表面的间隙确定。间隙越大，可转动的角度越大。

图3所示为本发明的轴承与某型斯特林发动机U形连杆8安装在一起的情况，轴承外圈4嵌套在U形连杆8的大端孔内，并用内置式弹簧挡圈9固定。一般中心轴7与传动机构的摆筒相连接，二者可以通过螺纹或法兰等方式实现连接；当摆筒带着中心轴7做空间运动时，中心轴7与连杆8之间可实现两个 垂直方向的自由转动，如图1所示。

为了便于轴承装配，一般轴承外圈4或者轴承内圈3可以设计为分体式结构，如图3所示轴承外圈4为分体式的。

本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利保护范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变换或修饰，均落入本专利保护的范围。

Claims (7)

1.一种二自由度转动轴承，包括轴承内圈(3)、轴承外圈(4)和内滚珠(5)，其特征在于：其还包括中心轴(7)、外滚珠(6)；轴承外圈(4)内腔为球形，球形内腔的球心位于轴承内圈(3)的回转轴线上；在轴承内圈(3)和轴承外圈(4)之间，通过球形内腔的球心且与轴承内圈(3)轴线垂直的平面上，均匀布置有一圈或多圈内滚珠(5)；在轴承外圈(4)内腔靠近两个端面附近，轴承外圈(4)内腔的内表面与轴承内圈(3)的外表面之间有一定的间隙；中心轴(7)穿置在轴承内圈(3)中，在中心轴(7)上有一个与轴承内圈(3)端面平行的周向凸台，在周向凸台与轴承外圈(4)一端面之间，在中心轴(7)的轴线(B)平面内，沿中心轴(7)的轴线(B)对称布置有一对外滚珠(6)；中心轴(7)带动轴承内圈(3)，沿轴承外圈(4)的中心回转轴线转动，和/或以轴承外圈(4)的球形内腔的球心为中心，沿与中心轴轴线(B)和两个外滚珠(6)的中心连线(C)形成的平面垂直的方向，在一定角度内转动。

2.根据权利要求1所述的二自由度转动轴承，其特征在于：所述的轴承外圈(4)为分体式结构。

3.根据权利要求1或2所述的二自由度转动轴承，其特征在于：在所述的轴承外圈(4)的一端面，也就是与外滚珠(6)配合处，设置有用于放置外滚珠(6)的球形凹槽。

4.根据权利要求1或2所述的二自由度转动轴承，其特征在于：所述的中心轴(7)为阶梯轴，小端插入轴承内圈(3)中形成过盈配合，轴承内圈(3)的一端通过轴肩定位，另一端通过端盖(1)和螺栓(2)或其他形式的紧固连接件实现定位。

5.根据权利要求3所述的二自由度转动轴承，其特征在于：所述的中心轴(7)为阶梯轴，小端插入轴承内圈(3)中形成过盈配合，轴承内圈(3)的一端通过轴肩定位，另一端通过端盖(1)和螺栓(2)或其他形式的紧固连接件实现定位。

6.根权利要求1或2所述的二自由度转动轴承，其特征在于：所述的轴承内圈(3)外表面上有若干用于放置内滚珠(5)的凹槽，凹槽为与内滚珠(5)相适配的球形，凹槽位于轴承内圈(3)的外表面上，并沿圆周均布分布。

7.根权利要求5所述的二自由度转动轴承，其特征在于：所述的轴承内圈(3)外表面上有若干用于放置内滚珠(5)的凹槽，凹槽为与内滚珠(5)相适配的球形，凹槽位于轴承内圈(3)的外表面上，并沿圆周均布分布。