CN103016548A - 中间驱动型密珠轴系机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于数控精密测量设备领域，涉及一种中间驱动型密珠轴系机构。所述中间驱动型密珠轴系机构包括四组轴向推力密珠轴系和两组径向密珠轴系、传动轴和锁紧构件。所述四组轴向推力密珠轴系设置在传动轴中间台阶轴的两侧，径向密珠轴系分别设置在两组轴向推力密珠轴系的中间，且轴向推力密珠轴系与径向密珠轴系相邻的轴承挡圈端面与径向密珠轴系轴套和保持架共面的端面共面。传动轴通过螺钉与转动件螺纹连接，通过圆柱销与转动件保持相对不变的位置关系；轴套通过螺钉螺纹连接在固定件上，本发明保证了最大的刚/惯比，抗颠覆能力强、回转精度高，受力均匀，定位精度可达1"；降低了加工难度，易于保证滚珠工作滚道的尺寸和几何精度。

Description

中间驱动型密珠轴系机构

技术领域

本发明属于数控精密测量设备领域，涉及一种中间驱动型密珠轴系机构。

背景技术

目前，国内外厂家生产的关节臂式测量仪普遍使用普通滚珠轴承作为关节间的转向工具，且均采用非对称结构布置。普通滚珠轴承存在运转重复精度较低的局限性，在工作负荷加大或者存在震动时，单滚珠承受的压力会增大，使滚珠容易粉碎；非对称结构布置的轴系会使轴承受力不均匀，轴系的旋转轴线不固定，轴承磨损加大，轴系精度难于保证。因此，非对称布置的普通轴系结构会造成较大的测量信号读取误差。

密珠轴承是一种非标准的滚动轴承，它有轴向密珠轴承和径向密珠轴承两种。轴向密珠轴承由轴承滚珠、保持架、轴承挡圈组成；径向密珠轴承由轴承滚珠、轴套和保持架组成。密珠轴承具有密集和过盈两大结构特点。所谓密集就是滚珠数目多,在轴承滚珠的滚珠层（对轴向密珠轴承而言是轴承滚珠的径向截面，对径向密珠轴承而言是轴承滚珠的任意一个滚珠层）内均布满了滚珠。

轴向密珠轴承的每个滚珠都有一条单独的滚道,径向密珠轴承有多个滚珠层，由于滚道多,“均化”效果好,提高了轴系回转精度并降低了滚道表面的磨损。

所谓过盈就是轴承滚珠、保持架和轴承挡圈（或轴套）之间存在着一定的过盈量(或相近量),以消除轴承游隙,提高轴系的回转精度和刚度。密珠轴承不但具有标准轴承刚度大、结构简单、成本低的特点,又有标准滚动轴承所没有的高回转精度。

密珠轴承和普通轴承相比，具有设计复杂、加工难度大、轴承滚珠挑选困难、重量大的特点。现有的一些密珠轴系设计均为结构相对较为简单的顶部驱动型式，一般用于光学显微镜精密旋转驱动的过渡，不能满足中间驱动型机械设备的特殊要求。

发明内容

本发明的目的是设计一种能够满足中间驱动型机械设备要求的中间驱动型密珠轴系机构。

本发明的技术解决方案是，一种中间驱动型密珠轴系机构，其包括四组轴向推力密珠轴系和两组径向密珠轴系、传动轴和锁紧构件，所述四组轴向推力密珠轴系设置在传动轴中间台阶轴的两侧，径向密珠轴系分别设置在两组轴向推力密珠轴系的中间，并由两侧锁紧构件锁紧，且轴向推力密珠轴系与径向密珠轴系相邻的轴承挡圈端面与径向密珠轴系轴套和保持架共面的端面共面。

所述径向密珠轴系包括径向密珠轴系I和径向密珠轴系II，二者均由轴套、保持架、轴承滚珠组成，其中，保持架套在传动轴上，轴承滚珠嵌在保持架机加工孔内，而轴套套在保持架外围。

所述径向密珠轴系I保持架上的机加工孔按下列公式的排列方式排列，

滚珠坐标为（i＝0,1,2,3,4…14）：

所述径向密珠轴系II保持架上的机加工孔按下列公式的排列方式排列，

滚珠坐标为（i＝0,1,2,3,4…14）：

所述四组轴向推力密珠轴系包括轴承挡圈、保持架和轴承滚珠，其中，保持架夹在两个轴承挡圈之间，并套接在传动轴上，而轴承滚珠嵌在保持架机加工孔上。

传动轴的两轴肩C和D作为固定保持架的轴承挡圈。

所述四组轴向推力密珠轴系保持架机加工孔按下列公式的排列方式排列，

滚珠坐标为（i＝0,1,2,3,4,5）：

所述锁紧构件为圆螺母或锥孔锁紧挡圈。

临近传动轴输入端的径向密珠轴系II轴向尺寸小于径向密珠轴系I轴向尺寸，以保持部件整体中间对称。

径向密珠轴系外侧设置有用于调节其轴向尺寸的调整块。

本发明的优点为：1、固定件与转动件均为对称设计，传动轴的最大直径台阶轴的两个端面距离固定座最外侧两端面的距离相等，且与固定座最外侧两端面长度相等，保证了运动过程中，整个轴系受力点始终位于中心的延长线上；2、传动轴采用中间部分直径大，两侧部分直径逐渐递减的台阶轴设计形式，可使轴系驱动力作用于传动轴上，实现了中间驱动；3、当轴向推力密珠轴系为多个轴向推力密珠轴系共同使用时，每个轴向推力密珠轴系之间均为背对背使用，且每两个轴向推力密珠轴系之间通过轴套进行连接，在两个轴承挡圈之间通过一个径向密珠轴系进行连接，每两个轴向推力密珠轴系与一个径向密珠轴系三个独立的密珠轴承组成了一个小的密珠轴系；该轴系保证了最大的刚/惯比，抗颠覆能力强、回转精度高，受力均匀，定位精度可达1"；4、轴向推力密珠轴系的保持架上的轴承滚珠安装机加工孔为四条螺旋方式排列且为互不重叠的滚道，这种排列方式有利于轴承寿命的提高；5、径向密珠轴系保持架II上的多列轴承滚珠，按每列轴承滚珠圆周方向互错一定角度排列，此种单列轴承滚珠交错密集排列方式，降低了加工难度，易于保证滚珠工作滚道的尺寸和几何精度；6、中间驱动型密珠轴系机构安装完成后为一整体，与机体安装时可拆卸性能良好。

附图说明

图1是本发明中间驱动型密珠轴系机构第一实施方式的整体结构平面示意图；

图2是本发明轴向推力密珠轴系I的立体结构示意图；

图3是本发明轴向推力密珠轴系II的立体结构示意图；

图4是本发明轴向推力密珠轴系III的立体结构示意图；

图5是本发明轴向推力密珠轴系IV的立体结构示意图；

图6是本发明径向密珠轴系I的立体结构示意图；

图7是本发明径向密珠轴系II的立体结构示意图；

图8是本发明轴向推力密珠轴系保持架机加工孔排列方式平面示意图；

图9是本发明径向密珠轴系I保持架的立体结构示意图；

图10是本发明径向密珠轴系II保持架的立体结构示意图；

图11是本发明的爆炸图；

图12是本发明应用实例的半剖视图；

图13是本发明第二实施方式的结构示意图；

图14是本发明第三实施方式的结构示意图；

其中，1-密封圈I、2-圆螺母、3-轴承挡圈I、4-轴承滚珠I、5-保持架I、6-轴承挡圈II、7-传动轴、8-轴套I、9-保持架II、10-轴承滚珠II、11-密封圈II、12-轴承挡圈III、13-轴承滚珠III、14-保持架III、15-固定座、16-转动座、17-密封圈III、18-轴承滚珠IV、19-保持架IV、20-轴承滚珠V、21-轴承挡圈IV、22-保持架V、23-轴套II、24-轴承挡圈V、25-保持架VI、26-轴承滚珠VI、27-轴承挡圈VI、28-密封圈IV、29-轴向推力密珠轴系I、30-轴向推力密珠轴系II、31-轴向推力密珠轴系III、32-轴向推力密珠轴系IV、33-径向密珠轴系I、34-径向密珠轴系II、35-密封圈安装槽I、36-中间驱动型密珠轴系机构、37-螺钉、38-圆柱销、39-螺钉、40-螺钉、41-密封圈安装槽II、42-密封圈安装槽III、43-密封圈安装槽IV、44-调整块I、45-调整块II、46-L形件、47-调整块III、48-调整块IV。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明：

请参阅图1，其是本发明中间驱动型密珠轴系机构第一实施方式的结构示意图。所述中间驱动型密珠轴系机构包括轴向推力密珠轴系I29（见图2）、轴向推力密珠轴系II30（见图3）、轴向推力密珠轴系III31（见图4）、轴向推力密珠轴系IV32（见图5）和径向密珠轴系I33（见图6）、径向密珠轴系II34（见图7）、传动轴7和圆螺母2，

请参阅图1和图2，且图2是本发明中间驱动型密珠轴系机构轴向推力密珠轴系I的立体结构示意图。所述轴向推力密珠轴系I29中，包括一个密封圈I1、轴承挡圈I3和轴承挡圈II6、一个保持架I5、轴承滚珠I4，密封圈I1套在轴承挡圈I3的密封圈安装槽I35内，保持架I5置于轴承挡圈I3和轴承挡圈II6中间，轴承滚珠I4嵌在保持架I5上的机加工孔中，保持架I5上的机加工孔按下列公式的排列方式排列，

滚珠坐标为（i＝0,1,2,3,4,5）：

其中，i为滚珠在轨道上的排列顺序，图8为保持架I5的机加工孔排列方式平面示意图。

保持架I5上的机加工孔的轴线与保持架I5的两端面垂直；

请参阅图1和图3，且图3是本发明中间驱动型密珠轴系机构轴向推力密珠轴系II的立体结构示意图。轴向推力密珠轴系II30中，包括一个密封圈II11、一个轴承挡圈III12、轴承滚珠III13、一个保持架III14，保持架III14置于轴承挡圈III12和传动轴7中间，轴承滚珠III13嵌在保持架III14上的机加工孔中，保持架III14上的机加工孔的排列方式同保持架I5，保持架III14上的机加工孔的轴线与保持架III14的两端面垂直；

请参阅图1和图4，且图4是本发明中间驱动型密珠轴系机构轴向推力密珠轴系III的立体结构示意图。轴向推力密珠轴系III31中，包括一个密封圈III17、一个轴承挡圈IV21、轴承滚珠V20、一个保持架IV19，保持架IV19置于轴承挡圈IV21和传动轴7中间，轴承滚珠V20安装在保持架IV19上的机加工孔中，保持架IV19上的机加工孔的排列方式同保持架I5，保持架IV19上的机加工孔的轴线与保持架IV19的两端面垂直；

请参阅图1和图5，且图5是本发明中间驱动型密珠轴系机构轴向推力密珠轴系IV的立体结构示意图。轴向推力密珠轴系IV32中，包括一个密封圈IV28、轴承挡圈V24和轴承挡圈VI27、一个保持架VI25、轴承滚珠IV26，密封圈IV28套在轴承挡圈VI27的密封圈安装槽II41内，保持架VI25置于轴承挡圈V24和轴承挡圈VI27中间，轴承滚珠IV26安装在保持架VI25上的机加工孔中，保持架VI25上的机加工孔排列方式同保持架I5，保持架VI25上的机加工孔的轴线与保持架VI25的两端面垂直；

请参阅图1和图6，且图6是本发明中间驱动型密珠轴系机构径向密珠轴系I的立体结构示意图。径向密珠轴系I33包括轴套I8、保持架II9和轴承滚珠II10，轴套I8与保持架II9为同轴安装在传动轴7上，且轴套I8的两个端面与保持架II9的两个端面分别共面，轴承滚珠II10安装在保持架II9的机加工孔中，保持架上的机加工孔按下列公式的排列方式排列，

滚珠坐标为（i＝0,1,2,3,4…14）：

图9为径向密珠轴系I保持架II9的立体结构示意图。

其中，径向密珠轴系I33置于轴向推力密珠轴系I29与轴向推力密珠轴系II30之间，轴承挡圈II6的右侧端面与轴套I8和保持架II9共面的端面共面，轴承挡圈III12的左侧端面与轴套I8和保持架II9共面的端面共面，保持架II9上的各机加工孔的轴线分别与保持架II9的轴线垂直；

请参阅图1和图7，且图7是本发明中间驱动型密珠轴系机构径向密珠轴系II的立体结构示意图。径向密珠轴系II34包括保持架V22、轴承滚珠IV18、轴套II23，轴套II23与保持架V22为同轴安装在传动轴7上，且轴套II23的两个端面与保持架V22的两个端面分别共面，轴承滚珠IV18安装在保持架V22的机加工孔中，保持架上的机加工孔按下列公式的排列方式排列，

滚珠坐标为（i＝0,1,2,3,4…14）：

图10为径向密珠轴系II保持架V22的立体结构示意图。

其中，径向密珠轴系II34置于轴向推力密珠轴系III31与轴向推力密珠轴系IV32之间，轴承挡圈IV21的右侧端面与轴套II23和保持架V22共面的端面共面，轴承挡圈V24的左侧端面与轴套II23和保持架V22共面的端面共面，保持架V22上的各机加工孔的轴线分别与保持架V22的轴线垂直。

请参阅图1、图11和图12，图11是本发明中间驱动型密珠轴系机构的爆炸图，图12是本发明应用实例一的半剖视图。轴向推力密珠轴系II30与轴向推力密珠轴系III31通过孔轴配合安装在传动轴7直径最大的台阶轴两侧，径向密珠轴系I33通过过盈配合，与传动轴7进行孔轴配合，并与轴向推力密珠轴系II30中的轴承挡圈III12左侧部分相接触，轴向推力密珠轴系I29通过孔轴配合安装在传动轴7上，且轴向推力密珠轴系I29中的轴承挡圈II6右侧部分与相径向密珠轴系I33接触；径向密珠轴系II34通过过盈配合，与传动轴7进行孔轴配合，并与轴向推力密珠轴系III31中的轴承挡圈IV21右侧部分相接触，轴向推力密珠轴系IV32通过孔轴配合安装在传动轴7上，且轴向推力密珠轴系IV32中的轴承挡圈V24左侧部分与径向密珠轴系II34相接触；

通过传动轴7两端的螺纹，传动轴7与圆螺母2进行刚性连接。

传动轴7与转动座16用螺钉37刚性连接，并通过圆柱销38确保传动轴7与转动座16间的相对位置不变，轴套I8与固定座15通过螺钉39刚性连接，轴套II23与固定座15通过螺钉40刚性连接。

中间驱动型密珠轴系机构中的滚珠均采用精选钢球，粒间尺寸差和圆度误差应进行严格控制，挑选概率不大于万分之一。

轴承挡圈I3、轴承挡圈II6、轴承挡圈III12、轴承挡圈IV21、轴承挡圈V24、轴承挡圈VI27均采用优质轴承钢加工而成，平面度不高于5μm,各挡圈自身两端面的平行度不高于10μm。

密封圈用于防治灰尘等的进入，延长轴承的使用寿命。

中间驱动型密珠轴系机构包括轴向推力密珠轴系I29、轴向推力密珠轴系II30、轴向推力密珠轴系III31、轴向推力密珠轴系IV32和径向密珠轴系I33、径向密珠轴系II34、传动轴7和圆螺母2。轴向推力密珠轴系II30与轴向推力密珠轴系III31通过孔轴配合安装在传动轴7直径最大的台阶轴两侧，保持架III14的右侧端面与传动轴7的左侧轴肩C相邻，保持架IV19的左侧端面与传动轴7的右侧轴肩D相邻，径向密珠轴系I33通过过盈配合，与传动轴7进行孔轴配合，并与轴向推力密珠轴系II30中的轴承挡圈III12左侧部分相接触，轴向推力密珠轴系I29通过孔轴配合安装在传动轴7上，且轴向推力密珠轴系I29中的轴承挡圈II6右侧部分与相径向密珠轴系I33接触；径向密珠轴系II34通过过盈配合，与传动轴7进行孔轴配合，并与轴向推力密珠轴系III31中的轴承挡圈IV21右侧部分相接触，轴向推力密珠轴系IV32通过孔轴配合安装在传动轴7上，且轴向推力密珠轴系IV32中的轴承挡圈V24左侧部分与径向密珠轴系II34相接触。

密封圈I1、密封圈II11、密封圈III17和密封圈IV28分别安装在隔套I2的密封圈安装槽I35、传动轴7的密封圈安装槽III42和密封圈安装槽IV43、轴承挡圈VI27的密封圈安装槽II41中。

通过传动轴7两端的螺纹，传动轴7与圆螺母2进行刚性连接。

传动轴7与转动座16用螺钉37刚性连接，并通过圆柱销38确保传动轴7与转动座16间的相对位置不变，轴套I8与固定座15通过螺钉39刚性连接，轴套II23与固定座15通过螺钉40刚性连接。

通过转动座16对传动轴7施加一个可使传动轴7绕自身轴线旋转的切向力，在摩擦力的作用下，轴向推力密珠轴系I29、轴向推力密珠轴系II30、轴向推力密珠轴系III31和轴向推力密珠轴系IV32，以及径向密珠轴系33和径向密珠轴系34中的轴承滚珠均会沿各自设计好的独立滚道滚动。

径向密珠轴系I33中的轴承滚珠II10、径向密珠轴系II34中的轴承滚珠IV18在与传动轴7连接时，均采用过盈的配合方式，可均化径向力，减小轴向游隙。保持架II9和保持架V22的机加工孔均采用十五条螺旋线形式，减小了工作滚珠间的替换角度，均化了轴承滚珠受力，降低了冲击，提高密珠轴系使用寿命。

传动轴7采用中间部分台阶轴直径尺寸大，两端台阶轴直径尺寸逐渐递减的方式，改变了原有的直轴传动方式，使原来只能由顶端传递力改为可由中间进行力的传递。

中间驱动型密珠轴系机构中的所有轴承滚珠均采用精选钢球，粒间尺寸差和圆度误差均需进行严格控制。

传动轴7的回转中心径向跳动（A面）重复误差与端面（M面）跳动重复误差均需控制在加工、装调公差范围内。

本发明的中间驱动型密珠轴系机构36一改原有驱动方式，实现了密珠轴系中间驱动。该机构由四组轴向推力密珠轴系（轴向推力密珠轴系I29、轴向推力密珠轴系II30、轴向推力密珠轴系III31和轴向推力密珠轴系IV32）与两组径向密珠轴系（径向密珠轴系I33和径向密珠轴系II34）共同组成。本发明采用特殊的轴承滚珠布置形式，均化了传动轴在运动过程中的轴向、径向间隙，使关节臂测量机中间驱动型密珠轴系机构36可实现运动过程中，传动轴仅绕其自身轴线转动，且传动轴的输出力平稳、可靠，整个轴系机构紧凑、刚度好。

请参阅图13

本发明第二实施方式中，做了以下三点改进：

1、将第一实施方式中的轴向推力密珠轴系I29、轴向推力密珠轴系IV32和圆螺母2去掉了，并将这三个部件原有的功能通过特殊设计的调整块44和调整块45来实现；

2、将第一实施方式中的径向密珠轴系I33和径向密珠轴系I34中的轴套I8和轴套II23，以及轴向推力密珠轴系II30、轴向推力密珠轴系III31中的轴承挡圈III12和轴承挡圈IV21，四个件的功能结合起来，统一成L形件46；

3、调整块44和调整块45需要通过紧定螺钉与转动座16进行连接。

请参阅图14

本发明第三实施方式中，做了以下两点改进：

1、将第一实施方式中的径向密珠轴系I33和径向密珠轴系I34中的轴套I8和轴套II23进行了减轻设计，使轴套I8和轴套II23沿轴向的剖面由两个长方形，变成了“][”形；

2、将第一实施方式中的轴向推力密珠轴系I29和轴向推力密珠轴系IV32中的轴承挡圈I3和轴承挡圈VI27，以及轴端内侧的两个圆螺母2的功能进行了重新的整合分配，变成了调整块47和调整块48。

Claims (10)

1.一种中间驱动型密珠轴系机构，其特征是，包括四组轴向推力密珠轴系和两组径向密珠轴系、传动轴和锁紧构件，所述四组轴向推力密珠轴系设置在传动轴中间台阶轴的两侧，径向密珠轴系分别设置在两组轴向推力密珠轴系的中间，并由两侧锁紧构件锁紧，且轴向推力密珠轴系与径向密珠轴系相邻的轴承挡圈端面与径向密珠轴系轴套和保持架共面的端面共面。

2.根据权利要求1所述的中间驱动型密珠轴系机构，其特征是，所述径向密珠轴系包括径向密珠轴系I和径向密珠轴系II，二者均由轴套、保持架、轴承滚珠组成，其中，保持架套在传动轴上，轴承滚珠嵌在保持架机加工孔内，而轴套套在保持架外围。

3.根据权利要求2所述的中间驱动型密珠轴系机构，其特征是，所述径向密珠轴系I保持架上的机加工孔按下列公式的排列方式排列，

滚珠坐标为（i＝0,1,2,3,4…14）：

4.根据权利要求2所述的中间驱动型密珠轴系机构，其特征是，所述径向密珠轴系II保持架上的机加工孔按下列公式的排列方式排列，

滚珠坐标为（i＝0,1,2,3,4…14）：

5.根据权利要求1所述的中间驱动型密珠轴系机构，其特征是，所述四组轴向推力密珠轴系包括轴承挡圈、保持架和轴承滚珠，其中，保持架夹在两个轴承挡圈之间，并套接在传动轴上，而轴承滚珠嵌在保持架机加工孔上。

6.根据权利要求5所述的中间驱动型密珠轴系机构，其特征是，传动轴的两轴肩C和D作为固定保持架的轴承挡圈。

7.根据权利要求6所述的中间驱动型密珠轴系机构，其特征是，所述四组轴向推力密珠轴系保持架机加工孔按下列公式的排列方式排列，

滚珠坐标为（i＝0,1,2,3,4,5）：

8.根据权利要求1所述的中间驱动型密珠轴系机构，其特征是，所述锁紧构件为圆螺母或锥孔锁紧挡圈。

9.根据权利要求1所述的中间驱动型密珠轴系机构，其特征是，临近传动轴输入端的径向密珠轴系II轴向尺寸小于径向密珠轴系I轴向尺寸，以保持部件整体中间对称。

10.根据权利要求1所述的中间驱动型密珠轴系机构，其特征是，径向密珠轴系外侧设置有用于调节其轴向尺寸的调整块。

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