CN103335025A

CN103335025A - 一种三层嵌套的轴系结构

Info

Publication number: CN103335025A
Application number: CN2013102365477A
Authority: CN
Inventors: 李慧鹏; 李乐; 宋凝芳; 杨德伟; 张春熹
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2013-10-02

Abstract

本发明公开了一种三层嵌套的轴系结构，包括第一轴、第二轴、第三轴、滚动花键、第一角接触轴承、第二角接触轴承；两个滚动花键直接安装在第一轴的两端，两个第一角接触轴承分别采用外隔套和内隔套固定于两个滚动花键的外围，第二轴通过第一角接触轴承嵌套在第一轴轴外，两个第二角接触轴承分别位于第二轴两端，第三轴通过两个第二角接触轴承嵌套在第二轴外，第三轴通过第二角接触轴承嵌套在第二轴轴外。本发明不仅增加了轴系的平移自由度，使整个嵌套结构能提供三轴转动和一轴平动的运动轨迹，而且大大提高了系统的刚性。

Description

一种三层嵌套的轴系结构

技术领域

本发明涉及一种三层嵌套的轴系结构，属于机械设计与制造技术领域。

背景技术

随着制造业在国民经济建设中发挥的作用日益显著，对制造业提出的要求也越来越高。多轴联动机构是实现高精度高质量制造的关键技术，也制约着加工效率和加工精度的进一步发展。

三层嵌套的轴系结构是一种多轴联动结构，根据三个运动轴空间共轴线的关系，可利用角接触轴承以内套接的形式相互嵌套而成。角接触轴承可承受轴向载荷，能够实现系统高速运转时轴间的相对转动。但是，角接触轴承的直径通常很大，造成系统体积庞大。多层嵌套结构对系统刚性的要求很高，单个角接触轴承的接触角大小有限，只能承受一定额度的轴向载荷，而且角接触轴承限制了轴系的轴向位移，各轴不能进行相对轴向移动。

通常对于传递直线运动和传递扭矩的要求，可以采用滚动花键副。滚动花键副是一种新型直线运动系统，由花键轴、花键套、滚珠、密封垫及循环装置等组成，当花键轴与花键套产生相对直线运动时，滚珠就在滚道及反向循环装置循环滚动，以此传递扭矩。但是，现有的滚动花键副不能与角接触轴承直接装配使用，因此无法满足系统既要轴向移动又要转动的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决轴系嵌套只能相对转动而不能相对移动的问题，针对三个运动轴空间共轴线的关系，提出一种三层嵌套的轴系结构，采用了滚动花键和角接触轴承，实现了轴间的相对转动和平移，同时实现了多运动副的结构关系，使三层嵌套的轴系结构更为紧凑。

一种三层嵌套的轴系结构，包括第一轴、第二轴、第三轴、滚动花键、第一角接触轴承、第二角接触轴承；两个滚动花键直接安装在第一轴的两端，两个第一角接触轴承分别采用外隔套和内隔套固定于两个滚动花键的外围，第二轴通过第一角接触轴承嵌套在第一轴轴外，两个第二角接触轴承分别位于第二轴两端，第三轴通过两个第二角接触轴承嵌套在第二轴外，第三轴通过第二角接触轴承嵌套在第二轴轴外。

本发明的优点在于：

（1）本发明不仅增加了轴系的平移自由度，使整个嵌套结构能提供三轴转动和一轴平动的运动轨迹，而且大大提高了系统的刚性；

（2）本发明的轴系结构为多轴联动系统提供了一种新的设计方案，对数控机床轴系设计具有一定的参考价值。

附图说明

图1是本发明的三层轴系嵌套结构示意图；

图2是本发明的滚动花键结构示意图；

图3是本发明的花键套结构示意图。

图1中：

1-第一轴 2-第二轴 3-第三轴

4-滚动花键 5-第一角接触轴承 6-第二角接触轴承

7-第一圆螺母 8-第二圆螺母 9-轴承法兰

10-轴承外隔套 11-轴承内隔套

401-花键套 402-滚珠 403-密封垫

404-花键轴 501-第一阶梯 502-第二阶梯

503-第三阶梯 504-第四阶梯

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种三层嵌套的轴系结构，如图1所示，包括第一轴1、第二轴2、第三轴3、滚动花键4、第一角接触轴承5、第二角接触轴承6。

两个滚动花键4直接安装在第一轴1的两端，两个第一角接触轴承5分别采用外隔套10和内隔套11固定于两个滚动花键4的外围，第二轴2通过第一角接触轴承5嵌套在第一轴1轴外，第一角接触轴承5外端用轴承法兰9和第一圆螺母7锁紧，轴承法兰9安装在第一圆螺母7外围，两个第二角接触轴承6分别位于第二轴2两端，第三轴3通过两个第二角接触轴承6嵌套在第二轴2外，第二角接触轴承6外端用第二圆螺母8锁紧，第三轴3通过第二角接触轴承6嵌套在第二轴2轴外；

本发明中，第一轴1作为主轴位于嵌套层的最里层；

本发明中，第一轴1、第二轴2、第三轴3是空间共轴线；

本发明中，滚动花键4的结构与标准结构不同，其中的花键套采用了新型设计。如图2所示，滚动花键4包括花键轴404、花键套401、滚珠402、密封垫403等，花键套401安装于花键轴404的外围，滚珠402位于花键轴404与花键套401之间，密封垫403位于花键轴404的两端，用于密封花键轴404与花键套401之间的滚珠402。

如图3所示，本次发明中的花键套401设计成阶梯式结构，主要分布四个阶梯：第一阶梯501为第一角接触轴承5安装位置，第二阶梯502为轴承内隔套11、轴承外隔套10安装位置，第三阶梯503为第一角接触轴承5安装位置，第四阶梯504具有螺纹部分，用于安装圆螺母，这样的阶梯结构实现了与角接触轴承直接配合连接。其次，由于第一轴1上装有两个滚动花键4，为解决热膨胀产生间隙的问题，花键套均经过研磨处理，研磨是现有技术，只是简单将花键套外表面研磨一下即可，补偿热膨胀产生的误差。

本发明中，第一轴1的第一角接触轴承5安装在滚动花键4与第二轴2之间，第一轴1的每一端均装有一对第一角接触轴承5，所以第一轴1上是两对轴承组合的结构，系统刚性大，承受载荷能力增强。

本发明中，三层轴“第一轴1、第二轴2、第三轴3”都能独立正、反旋转；

本发明中，每个运动轴均采用两对角接触轴承连接，提高了系统刚性；

本发明中，为实现轴间平移的功能，在第一轴1两端处增加了滚动花键4连接，这样每轴层之间无轴向相对运动，但是第二轴2和第三轴3可以一起相对于第一轴1轴向运动。

本发明中，为实现滚动花键4和第一角接触轴承5直接连接，设计了新型的滚动花键的花键套401结构，即阶梯式结构，这样第一角接触轴承5可依阶梯固定连接在滚动花键外侧。第一角接触轴承5可实现轴间转动，滚动花键4可实现直线运动，配合连接后可实现转动和平移的功能。

第一角接触轴承5、第二角接触轴承6实现转动，滚动花键4实现平移，连接后使轴系结构同时具有转动和平移功能。

Claims

1.一种三层嵌套的轴系结构，包括第一轴、第二轴、第三轴、滚动花键、第一角接触轴承、第二角接触轴承；

两个滚动花键直接安装在第一轴的两端，两个第一角接触轴承分别采用外隔套和内隔套固定于两个滚动花键的外围，第二轴通过第一角接触轴承嵌套在第一轴轴外，两个第二角接触轴承分别位于第二轴两端，第三轴通过两个第二角接触轴承嵌套在第二轴外，第三轴通过第二角接触轴承嵌套在第二轴轴外。

2.根据权利要求1所述的一种三层嵌套的轴系结构，所述的第一角接触轴承外端用轴承法兰和第一圆螺母锁紧，轴承法兰安装在第一圆螺母圆螺母外围。

3.根据权利要求1所述的一种三层嵌套的轴系结构，所述的第二角接触轴承外端用第二圆螺母锁紧。

4.根据权利要求1所述的一种三层嵌套的轴系结构，所述的第一轴、第二轴、第三轴是空间共轴线。

5.根据权利要求1所述的一种三层嵌套的轴系结构，所述的滚动花键包括花键轴、花键套、滚珠、密封垫，花键套安装于花键轴的外围，滚珠位于花键轴与花键套之间，密封垫位于花键轴的两端，用于密封花键轴与花键套之间的滚珠。

6.根据权利要求5所述的一种三层嵌套的轴系结构，所述的花键套为阶梯式结构，分布四个阶梯：第一阶梯为第一角接触轴承安装位置，第二阶梯为轴承内隔套、轴承外隔套安装位置，第三阶梯为第一角接触轴承安装位置，第四阶梯具有螺纹部分，用于安装圆螺母。

7.根据权利要求5所述的一种三层嵌套的轴系结构，所述的花键套经过研磨处理。