CN103511473A - 调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及传动机构领域，特别涉及一种能调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构。它包括基座(103)，贯穿基座(103)的主轴承组(100，130)，安装于基座(103)上且位于主轴承组(100，130)四周的多个支撑转动轴承(104,105,106)以及传动机构；所述主轴承组(100，130)包括至少一个主轴承(101，131)，此主轴承(101，131)包括内环(101E，111)、外环(101A，112)，所述内环(101E或111)与轴(102)连接；在接触式轴承的应用中，其还包括多个滚动组件(101D)，而在非接触式轴承的应用中，其还包括流体(115)。本发明在转动轴承中增设传动机构，使得轴承的内环和外环做适当的转动。

Description

调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构
技术领域
本发明涉及传动机构领域，特别涉及一种能调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构。
背景技术
一般转动机构的组成包括：1.接触式转动轴承含轴及转动轴承，轴承包含滚珠轴承、滚柱轴承或滚针轴承等；2.非接触式转动轴承含轴及液压轴承、轴及空气轴承等。在正常操作的情况下，接触式轴承摩损问题较常发生，而在非接触式轴承中由于使用较高粘性液体、较高压气体，故需定期更换流体、防漏垫片及密封件。
为了维持转动系统的刚性及精度要求，其轴与转动轴承内面接触处需密合，使二者没有相对移动。转动轴承外面也需与支撑架密合，使二者没有相对移动。
在有些应用上，支撑架为固定不动的，仅轴转动。此种情况转动轴承内的内环随着轴转动，而外环不动。另外有些应用则相反，轴固定不动，而支撑架转动。此种情况转动轴承内的外环随着支撑架转动，而轴与内环不动。
虽然传统技术的转动机构对系统刚性与精度的要求都可满足，然而在接触式转动轴承的应用中，却无法避免滚动组件的内磨损，在内磨损达到一定程度时必须及时更换轴承，费时费力，特别是在重型设备的更换时尤为明显。在非接触式转动轴承的应用中，对于高负荷设备必需使用较高粘性液体或较高压气体，故需定期更换流体、防漏垫片及密封件。
发明内容
本发明的目的在于：针对传统接触式转动轴承中滚动组件容易出现内磨损的问题，提供一种调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构，使得转动轴承内与滚动组件接触的内环和外环做方向相反，二者线性速率与滚动组件切线速率相等或趋近相等的转动，从而减少滚动组件的滑动，增加滚动组件的滚动，减少转动轴承内的摩擦耗损；而针对非接触式转动轴承，使得转动轴承的内环和外环做方向相同，二者线性速率相等或趋近相等的转动，从而增加流体(可为气体或液体)层流速度，减少流体的内剪力。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构，其特征在于：
其包括基座103，贯穿基座103的主轴承组100，安装于基座103上且位于主轴承组100四周的多个支撑转动轴承104,105,106以及传动机构；
所述主轴承组100包括至少一个主轴承101，此主轴承101包括内环101E、外环101A及多个滚动组件101D，所述内环101E与轴102连接；所述主轴承组100安装有传动机构，使外环101A与内环101E做方向相反、二者线性速率与滚动组件101D切线速率相等或趋近相等的转动。
其中，所述传动机构为马达及转速传感器。
其中，所述传动机构为传输皮带。
其中，所述传动机构为齿轮组。
其中，所述主轴承为滚珠轴承、滚柱轴承或滚针轴承。
一种调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构，其特征在于：
其包括基座103，贯穿基座103的主轴承组130，安装于基座103上且位于主轴承组130四周的多个支撑转动轴承104,105,106以及传动机构；
所述主轴承组130包括至少一个主轴承131，此主轴承131包括内环111、外环112及流体115，所述内环111与轴102连接；
所述主轴承组130安装有传动机构，使外环112与内环111做方向相同、二者线性速率相等或趋近相等的转动。
其中，所述传动机构为马达及转速传感器。
其中，所述传动机构为传输皮带。
其中，所述传动机构为齿轮组。
其中，所述主轴承为液压轴承或空气轴承。
本发明与现有技术相比，其有益效果如下：
本发明通过在传统的转动轴承中增设传动机构，使得轴承的内环和外环做适当的转动，在接触式轴承的应用中，从而减少滚动组件的滑动，增加滚动组件的滚动，减少轴承内的摩擦耗损，达到延长其寿命的目的；在非接触式轴承的应用中，使内环与外环中间的流体产生等向移动，增加流体层流速度，减少流体内流层间的剪力，降低对其保养的要求，因而减少定期更换流体、更换防漏垫片及密封件的次数。
附图说明
图1为本发明所述的接触式转动轴承与齿轮组合机构的主视图
图2为本发明所述的接触式转动轴承与齿轮组合机构的剖视图
图3为本发明所述的接触式或非接触式支撑轴承的结构示意图
图4为本发明所述的接触式或非接触式支撑轴承的结构剖面图
图5为本发明所述的接触式主轴承的结构示意图
图6为本发明所述的接触式主轴承的结构剖面图
图7为本发明所述的实施例的接触式主轴承的结构示意图
图8为本发明所述的实施例的接触式主轴承的结构剖面图
图9为本发明所述的实施例的接触式主轴承的尺寸示意图
图10为本发明所述的接触式转动轴承传动机构齿轮组的结构示意图
图11为本发明所述的接触式转动轴承传动机构齿轮组的剖面示意图
图12为本发明所述的接触式转动轴承传动机构齿轮组的传动示意图
图13为本发明所述的接触式转动轴承组件的第一滚动示意图
图14为本发明所述的接触式转动轴承组件的第二滚动示意图
图15为本发明所述的接触式转动轴承组件的第三滚动示意图
图16为本发明所述的接触式转动轴承传动机构为马达及转速传感器的主视图
图17为本发明所述的接触式转动轴承传动机构为马达及转速传感器的剖视图
图18为本发明所述的接触式转动轴承传动机构为传输皮带的示意图
图19为本发明所述的接触式转动轴承传动机构为传输皮带的剖面图
图20为本发明所述的非接触式转动轴承组件的第一示意图
图21为本发明所述的非接触式转动轴承组件的第二示意图
图22为本发明所述的非接触式转动轴承传动机构为齿轮组的主视图
图23为本发明所述的非接触式转动轴承传动机构为齿轮组的剖视图
图24为本发明所述的非接触式转动轴承传动机构为齿轮组的结构示意图
图25为本发明所述的非接触式转动轴承传动机构为马达及转速传感器主视图
图26为本发明所述的非接触式转动轴承传动机构为马达及转速传感器剖视图
图27为本发明所述的非接触式转动轴承传动机构为传输皮带主视图
图28为本发明所述的非接触式转动轴承传动机构为传输皮带剖视图
图29为本发明所述的非接触式转动轴承传动机构为传输皮带结构示意图
【主要组件符号说明】
100—主轴承组(接触式转动轴承)    100A-外套筒
101—主轴承(接触式转动轴承)      101A-外环(接触式转动轴承)
101B—外环外面                   101C—外环凹槽
D1—外环内直径                   101D—滚珠
D2—滚珠直径                     101E—内环(接触式转动轴承)
101F—内环内面                   101G—内环凹槽
D3—内环外直径                   101H-固定架
101K-支撑架                      102-轴
103-基座                         104-第一支撑轴承
104A—轴承                       104B—垫片
104C-固定轴                      105-第二支撑轴承
105A-轴承                        105B-垫片
105C-固定轴                      106-第三支撑轴承
106A-轴承                        106B-垫片
106C-固定轴                      107-内环齿轮
107A-固定轴                      108-笫一传动齿轮
108A—固定轴                    109—笫二传动齿轮
109A—固定轴                    110—外环齿轮
111—内环(非接触式转动轴承)     112—外环(非接触式转动轴承)
113—内环移动速度               114—外环转动速度
115—流体                       116—流体转动速度
117—流体层流间的剪力           118—马达
119—马达齿轮                   120—转速传感器
121—内环皮带轮                 122—第一皮带轮
123—二节转向变换轴             124—外环皮带轮
125—内环皮带                   126—反向转动连接器
127—外环皮带                   128—流体喷入口
129—流体泄出口                 130—主轴承组(非接触式转动轴承)
131—主轴承(非接触式转动轴承)   132—固定架
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1和图2，其中图1为本发明所述的接触式转动轴承与齿轮组合机构的主视图，图2为其剖视图。本发明所述的接触式转动轴承与齿轮组合机构包括基座，贯穿基座的主轴承组，安装于基座上、在主轴承组四周的多个支撑转动轴承以及传动机构，所述主轴承组包括至少一个转动轴承。于接触式转动轴承的应用中，其内包括内环、外环和多个滚动组件。所述内环连接有轴，主轴承组安装有传动机构。在接触式轴承的应用中，使外环与内环做方向相反、线性速率与滚动组件切线速率相等或趋近相等的转动。
接触式轴承的应用中的结构，请参见图3和图4，其中，图3为本发明所述的支撑转动承轴的结构示意图，图4为其剖面图。其中，在基座103中间开有一个孔，使主轴承组100与轴102组合部件得以穿过此基座103。在中间孔四周适当位置装入第一支撑轴承104、第二支撑轴承105和第三支撑轴承106，用来支撑主轴承组100，用于保证整个装置的刚性。所述支撑轴承104、105、106包括轴承104A、105A、106A、垫片104B、105B、106B和固定轴104C、105C、106C。
图5为本发明所述的接触式主轴承的结构示意图，图6为其剖面图。其中，主轴承组100可仅由一个主轴承101或多个主轴承101组成，主轴承101外环外面101B嵌入外套筒100A，轴102穿过这些主轴承101。
图7为本发明所述的实施例的接触式主轴承的结构示意图，图8为其剖面图。此处以转动轴承中的滚珠轴承为例，且此滚珠轴承的外环101A固定不转动。此主轴承101包括一组滚珠(即前面所述的滚动组件)101D﹑内环101E﹑外环101A及固定架101H。其中，内环内面101F与轴102相接，另一面有内环凹槽101G与滚珠101D相接；外环外面101B与支撑架101K相接，此固定支撑架101K不转动，另一面有外环凹槽101C与滚珠101D相接。滚珠101D被固定架101H锁定位，只能沿着此内环凹槽101G与外环凹槽101C形成的轨道内作滚动或滑动运动。
参见图9，图9为本发明所述的实施例的主轴承的尺寸示意图。此处为滚珠直径D2﹑轴承外环凹槽101C内直径D1及轴承内环凹槽101G外直径D3的尺寸大小，本领域技术人员可以根据实际需求做具体调整，在此不做限定。
参见图10、图11和图12，图10为本发明所述的齿轮组的结构示意图，图11为其剖面示意图，图12为其传动示意图。其中，所述传动机构至少包含4个齿轮的齿轮组，分别为内环齿轮107、第一传动齿轮108、第二传动齿轮109、外环齿轮110。在轴102上嵌入主轴承内环齿轮107，内环齿轮107啮合笫一传动齿轮108，此笫一传动齿轮108啮合笫二传动齿轮109，最后此笫二传动齿轮109啮合主轴承外环齿轮110。
当轴102以顺时针方向旋转时，主轴承内环齿轮107随着轴102以顺时针方向旋转。笫一传动齿轮108则以反时针方向旋转。笫二传动齿轮109又回到以顺时针方向旋转，最后主轴承外环齿轮110以反时针方向旋转。
参见图7和图13，图13为本发明所述的组件的第一滚动示意图，其中，轴承外环101A与固定架101K密合，即轴承外圈101A静止，其转速为0。主轴承内环101E与轴102密合，即轴承内环101E与轴102转速相同。其滚珠在与内环凹槽101G接触处滚动，该处没有(或很少)摩擦力。然而因外环101A不动，故滚珠101D在与外环凹槽101C接触处滑动，该处产生摩擦力。
此时滚珠101D线性位移也接近为S1，角位移为θ2
S1=(D2/2)x(θ2/π)
其转动速度为
ω=θ2/t
外环角速度为0，故线性位移为0；
因此滚珠101D与外环101A之间产生滑动。
由以上的关系知：
当轴承外环101A固定，内环101E转动时，滚珠101D与内环101E同步转动。滚珠101D于此处作滚动运动，其间没有摩擦力(或摩擦力很小)。因外环101A固定，其转速为0。滚珠101D于此处作滑动运动，滚珠101D与外环凹槽101C接触处产生摩擦力。
参见图14，图14为本发明所述的组件的第二滚动示意图。当外环转动，内环固定时，滚珠101D与外环101A同步转动，滚珠101D于此处作滚动运动，其间没有摩擦力(或摩擦力很小)。因内环101E固定，其转速为0，滚珠101D于此处作滑动运动，滚珠101D与内环凹槽101G接触处产生摩擦力。
参见图15，图15为本发明所述的组件的第三滚动示意图。其中，本发明用一组齿轮与轴承内外环联结，使内环转动速度与外环转动速度二者方向相反而线性速率与滚动组件切线速率相等或趋近相等。
此情况下滚珠于内外圈仅作滚动运动,因此不产生摩擦力(或摩擦力很小)。
当内环101E角位移为θ3度时，其线位移为S3；
S3=(D3/2)x(θ3/π)；
D3即其上装主轴承内环齿轮107节圆直径，
故θ3/π可视为齿轮的齿数；
当外环101A其线位移也为S3，外环101A角位移为θ4度；
S3=(D1/2)x(θ4/π)；
D1即其上装主轴承外环齿轮110节圆直径；
故θ4/π可视为齿轮的齿数；
D3:D1=内环齿轮齿数:外环齿轮齿数；
即主轴承内环凹槽外直径:主轴承外环凹槽内直径=内环齿轮齿数:外环齿轮齿数；
依以上公式选用适当齿数齿轮，使主轴承内环101E及外环101A二者线性速率与滚动组件切线速率相等或趋近相等。联结至少四个齿轮以使主轴承内环101E及外环101A转动方向相反。此种机构组合可使滚珠101D在内环凹槽与外环凹槽形成的轨道内滚动，而不滑动。因此滚珠101D与内环凹槽101G及外环凹槽101C接触处不产生摩擦力(或摩擦力很小)。
在本发明的另一个实施例中，其中所述传动机构为马达及转速传感器。于接触式轴承的应用中参见图16和图17，图16为本发明所述的接触式转动承轴传动机构为马达及转速传感器的主视图，图17为侧面剖视图。其中，马达118带有驱动齿轮119，驱动齿轮119与外环齿轮110啮合并驱动其转动，转速传感器120位于轴102边，将所侦测的轴102的转速及转向输入马达118的控制器中，驱动马达118使外环101A与内环101E做方向相反、线性速率与滚动组件切线速率相等或趋近相等的转动。
在本发明的另一个实施例中，其中所述传动机构为传输皮带。于接触式轴承的应用中参见图18，图18为本发明所述的接触式转动承轴传动机构为传输皮带示意图，图19为其剖面图。其中内环101E外连结内环皮带轮121，另装有第一皮带轮122及外环皮带轮124，第一皮带轮122内嵌入二节转向变换轴123，此轴中间有反向转动连接器126，此连接器的功能在将轴的上下二节以方向相反速率相等的方式旋转；内环皮带125驱动第一皮带轮122，此时二节转向变换轴123的上节与内环皮带125作方向相同、速率相等的旋转；二节转向变换轴123的下节则作方向相反、速率相等的旋转，进而驱动外环皮带127，外环皮带127驱动外环101A，使外环101A与内环101E做方向相反、线性速率与滚动组件切线速率相等或趋近相等的转动。
基于上述，在接触式轴承的应用中，使外环与内环做方向相反、线性速率与滚动组件切线速率相等或趋近相等的转动，从而减少滚动组件的滑动，增加滚动组件的滚动，减少滚动轴承内的摩擦耗损，达到延长其寿命的目的。
于非接触式转动轴承的应用中，主轴承其内包括内环、外环和流体。所述内环连接有轴，主轴承组安装有传动机构，使外环与内环做方向相同、二者线性速率相等或趋近相等的转动。
于非接触式轴承的应用中参见图20及图21。图20为本发明所述的非接触式转动轴承组件的第一示意图。其中，非接触式转动轴承131的外环112外面至少一个流体喷入口128外接流体，流体在此处以高压态喷入外环与内环的间隙中，多余的流体经由至少一个流体泄出口129排出，参见图23。非接触转动轴承外环112与固定架132密合，即非接触转动轴承外环112静止，其转速为0。依附于此面上的流体层流速度为0。非接触转动轴承内环111与轴102密合，即非接触转动轴承内环111与轴102转速相同。依附于此面上的流体层流速度为V。
故流体层流间速度差大，即流体层流间的剪力117大。参见图21，图21为本发明所述的非接触式转动轴承组件的第二示意图。其中，本发明用一组传动机构将内外环联结，使内环转动速度113与外环转动速度114，二者方向相同且线性速率相等或趋近相等。此情况下，依附于内环111面上的流体层流速度与依附于外环112面上的流体层流速度，二者相等。因而使内环111与外环112中间的流体115产生等向移动，流体移动速度为116，减少流体层流间的剪力117。故可减少定期更换流体、更换防漏垫片及密封件的次数。
在本发明的一个实施例中，参见图22、图23和图24，其中，图22为本发明所述的非接触式转动轴承与齿轮组合机构的主视图，图23为其剖视图，图24为其齿轮组的结构示意图。其中，主轴承组130至少有一个非接触式转动轴承131。所述传动机构为至少包含3个齿轮的齿轮组，分别为套于轴上的内环齿轮107、与内环齿轮咬合的第一传动齿轮108、以及与外环连接的外环齿轮110。轴102此处示以顺时针方向转动，第一传动齿轮108则以反时针方向转动。外环齿轮110又回到顺时针方向转动，使用相同尺寸及齿数的内环齿轮107与外环齿轮110，主轴承的内环通过传动机构带动外环做与内环方向相同、二者线性速率相等或趋近相等的转动。
在本发明的另一个实施例中，于非接触式轴承的应用中参见图25和图26，图25为本发明所述的非接触式转动承轴传动机构为马达及转速传感器的主视图，图26为其剖视图。马达118带有驱动齿轮119，驱动齿轮119与外环齿轮110啮合并驱动其转动，转速传感器120位于轴102边，将所侦测的轴102转速以及转向输入马达118控制器中，驱动马达118使外环112与内环111做方向相同、二者线性速率相等或趋近相等的转动。
在本发明的另一个实施例中，于非接触式轴承的应用中参见图27和图28，图27为本发明所述的非接触式转动承轴传动机构为传输皮带主视图，图28为其侧面剖视图，图29为其传输皮带结构示意图。其中，内环111外连结内环皮带轮121，另装有第一皮带轮122及外环皮带轮124，内环皮带125驱动第一皮带轮122，此第一皮带轮122驱动外环皮带127，使外环112与内环111做方向相同、二者线性速率相等或趋近相等的转动
以上所述者，仅为本创作的一个较佳可行的实施例而已，非因此就限制了本创作之权利保护范围，凡是运用本创作说明书及图式内容所为之等效变化，均包含于本创作之权利保护范围内。

Claims (10)

1.一种调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构，其特征在于：
其包括基座(103)，贯穿基座(103)的主轴承组(100)，安装于基座(103)上且位于主轴承组(100)四周的多个支撑转动轴承(104,105,106)以及传动机构；
所述主轴承组(100)包括至少一个主轴承(101)，此主轴承(101)包括内环(101E)、外环(101A)及多个滚动组件(101D)，所述内环(101E)与轴(102)连接；
所述主轴承组(100)安装有传动机构，使外环(101A)与内环(101E)做方向相反、二者线性速率与滚动组件(101D)切线速率相等或趋近相等的转动。
2.如权利要求1所述的调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构，其特征在于：所述传动机构为马达及转速传感器。
3.如权利要求1所述的调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构，其特征在于：所述传动机构为传输皮带。
4.如权利要求1所述的调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构，其特征在于：所述传动机构为齿轮组。
5.如权利要求1所述的调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构，其特征在于：所述主轴承为滚珠轴承、滚柱轴承或滚针轴承。
6.一种调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构，其特征在于：
其包括基座(103)，贯穿基座(103)的主轴承组(130)，安装于基座(103)上且位于主轴承组(130)四周的多个支撑转动轴承(104,105,106)以及传动机构；
所述主轴承组(130)包括至少一个主轴承(131)，此主轴承(131)包括内环(111)、外环(112)及流体(115)，所述内环(111)与轴(102)连接；
所述主轴承组(130)安装有传动机构，使外环(112)与内环(111)做方向相同、二者线性速率相等或趋近相等的转动。
7.如权利要求6所述的调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构，其特征在于：所述传动机构为马达及转速传感器。
8.如权利要求6所述的调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构，其特征在于：所述传动机构为传输皮带。
9.如权利要求6所述的调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构，其特征在于：所述传动机构为齿轮组。
10.如权利要求6所述的调整转动轴承内环与外环的转动方向及速度的机构，其特征在于：所述主轴承为液压轴承或空气轴承。
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