CN112112894B - 一种角运动自由度的滚动关节轴承 - Google Patents

Abstract

一种滚动关节轴承具备外轴承圈和与该外轴承圈同轴球心的内轴承圈，多列滚珠可以实施为至少两列跨过径向中球心左右配置、以及保持架，内轴承圈形成为球形状的外球滚道面，外轴承圈形成剖分为左外圈和右外圈的截面L字变形状的台阶形，左右外轴承圈组合形成具有比内轴承圈的外径尺寸大的内径尺寸的内腔的环球形状空间为第一级台阶的内腔滚道面，左右外轴承圈的凸出的两外则的凸缘形成与内轴承圈的外径尺寸相同的内径尺寸的端部的球形状为第二级台阶的内球滚道面，多列滚珠以被保持架轴向分布保持的状态能够滚动地配设于外球滚道面与内腔滚道面之间，左右外轴承圈的两外则凸缘的内球滚道面和外球滚道面滑动配合。

Description

一种角运动自由度的滚动关节轴承

技术领域

本发明属于关节轴承技术领域，特别涉及一种角运动自由度的滚动关节轴承。

背景技术

轴承分为滑动轴承和滚动轴承。

轴承是支承旋转轴及载荷的核心部件，从支承微机电系统传动轴的微米级轴承，到支承巨型水力发电机轴的米级轴承，广泛应用于各种军用与民用机电设备。轴承的学术基础是：服役中轴承承受转轴或支座传来的旋转扭矩与弯矩作用，在轴承内圈或外圈滚道形成复杂随机动态轴向力与径向力作用；并通过滚珠与内外圈滚道的接触，融合润滑的减轻磨损、降低温升与噪音效果，力求平稳、高效地传递旋转部件的随机动态载荷。

世界轴承技术的发展经历了从滑动到滚动的变革：滑动轴承，接触面积大，传递能力大，但摩擦面积大，摩擦损失大，传递效率较低，在润滑不良情况下极易发生磨损与温升失效，寿命短。滚动轴承有其结构与工作原理上的天然优势，接触面积小，摩擦损失小，传递效率高；但因接触应力大，在润滑不良情况下也容易发生接触剥离与温升失效；从增大接触面积提高承载能力角度，滚动轴承向多列滚珠、圆柱、滚针轴承方向发展；从实现轴向承载角度，滚动轴承向深沟球轴承、圆锥滚子轴承和轴向推力轴承方向发展。随着承载能力与性能改进，滚动轴承广泛取代滑动轴承。

目前的关节轴承从结构形式上分主要包括整体外圈关节轴承、双半外圈关节轴承、单缝外圈关节轴承等几种形式，这几种形式的关节轴承都存在一个共同的特点，即轴承的径向间隙和轴向间隙控制难度比较大，尤其是对间隙要求比较严格的情况。由于现有的关节轴承的内外圈都采用单一曲率结构形式，而关节轴承又不是一个完整的球面接触，这样就是产生轴向间隙比径向间隙大的问题，并且随着轴承内外圈的曲率不同而变化。

普通的关节轴承由于装配和结构原因，无法同时消除轴向和径向间隙，给轴承的运动精度带来影响。

影响滚动轴承承载能力、传动性能与寿命的关键因素包括：轴承的游隙、接触应力、滑动摩擦和润滑。轴承的游隙对轴承的载荷分布，振动，噪音，摩擦，使用寿命和机械的运动精度等有很大的影响；接触应力一般采用球形滚动体并改进球形滚动体与滚道接触形貌和应用多列滚珠以增加接触点数量的方法技术得以降低；滑动摩擦产生于滚珠与滚道接触面、接触线上各点线速度不一致，通过滚珠与滚道接触形貌设计与制造来改进；润滑的关键作用在于：降低摩擦系数，避免干摩擦；保持滚动接触膜，避免直接接触损伤；吸附轴承工作腔的噪音。

但现有滚动轴承的结构本身存在无法克服的弱点：内、外圈的滚道按滚子的直径大小设计；滚子与内、外圈的滚道直接刚性接触，滚道无法随外力的变化做自适应摆动和/或角平面旋转，接触应力高，轴承运转平稳性差、噪音大，对复杂载荷的适应能力低，寿命短，在动载荷作用下，滚子与滚道接触处一部分出现明显的应力集中，例如在公称点接触的中心、线接触的端部、滚子无精确引导的轴承上，滚子表面会出现初期缺陷，进一步运转轴承会失效。

因此，在高性能、高精度、长寿命要求及高速、重载与复杂动力载荷环境下，现有轴承结构仍然需要改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种角运动自由度的滚动关节轴承，该角运动自由度的滚动关节轴承对复杂载荷条件的适应性强、传动平稳性与精度高、接触应力低、使用寿命长。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种角运动自由度的滚动关节轴承，包括外轴承圈1和内轴承圈2，固定螺钉5、多列滚珠3、保持架4，所述外轴承圈1与内轴承圈2关联部分为球面，所述内轴承圈2设置为球形状，在其球形状的外球面形成有外球滚道面2A；

所述该外轴承圈1还包括左外圈1A和右外圈1B，其中所述组合的左、右外轴承圈1A、1B的一边的外圈的外径小于另一边的外圈的外径，或者所述组合的左、右外轴承圈1A、1B的两边的外圈的外径相同；所述左外圈1A的左外侧的凸出的设有凸缘1C至内轴承圈2的外球面的滚道2A上，所述右外圈1B的右外侧的凸出的设有凸缘1D至内轴承圈2的外球面的滚道2A上，所述左、右外轴承圈1A、1B的凸缘1C、1D的内端面形成为内球滚道面1G、1H，所述左、右外轴承圈1A、1B组合形成为具有比内轴承圈2的外径尺寸大的内径尺寸的中间凹陷的球形状空间，所述球形状空间形成为内腔滚道面1E、1F，所述外轴承圈1的左、右外圈1A、1B的内腔滚道面1E、1F和凸缘1C、1D的内球滚道面1G、1H为半球外圈的截面L字变形的连接一体的同球心的台阶的上下球面，所述外轴承圈1的左外圈1A和右外圈1B组合的结合端面处在径向中的球心延长线处或相对径向中的球心延长线偏置，所述外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F和内球滚道面1G、1H与内轴承圈2的外球滚道面2A为球心重合的球面，所述内腔滚道面1E、1F到外球滚道面2A的距离(空间)可以容纳多列滚珠3，所述多列滚珠3可以被引导在内腔滚道面1E、1F与外球滚道面2A之间滚动运动。

所述外轴承圈1的左、右外圈1A、1B的凸缘1C、1D的内球滚道面1G、1H和内轴承圈2的外球滚道面2A为球心重合的球面，所述左、右外轴承圈1A、1B相对的凸缘1C、1D穿过球心的内球滚道面1G、1H的直径与内轴承圈2的外球滚道面2A的直径相同，在所述内轴承圈2的外球滚道面2A中形成有供固体润滑剂保留的多个盲孔，所述内球滚道面1G、1H和外球滚道面2A形成为滑动运动。

所述外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F与内轴承圈2的外球滚道面2A之间设置多列滚珠3，所述多列滚珠3设置两列或(和)两列以上，所述多列滚珠3轴向沿环形球面间隔均布，其中所述至少有两列滚珠3A、3B是分布在径向中的球心延长线的左右，所述每列的滚珠按径向的环形球面直径大小间隔均布不同数量的滚珠，所述多列滚珠3轴向分布的环球面与外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F和内轴承圈2的外球滚道面2A为球心重合的球面。

所述轴向间隔均布的多列滚珠3设置轴向间隔均布的球环的保持架4，每列的每个滚珠按径向环形球面直径大小设置不同数量的滚珠同时设置相等数量的兜孔的保持架4，所述每列保持架4的环球面相对每列滚珠3的环球面偏向内轴承圈2处(每列保持架4保持每列滚珠3相对球心偏置)，每列滚珠3通过保持架进行位置保持。

所述外轴承圈1的左外圈1A和右外圈1B的外侧的端面相对设置八个错开的固定螺钉5，所述固定螺钉5头上套弹垫6，所述通过固定螺钉5的连接施加一定的预紧力将外轴承圈1、多列滚珠3和内轴承圈2固定为一体。

所述外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F和内轴承圈2的外球滚道面2A的直径与轴向中的球心一列滚珠3C的环形内外径相同(轴向中的球心的一列滚珠3C的每个滚珠的直径等于内腔滚道面1E、1F到外球滚道面2A的距离)，其他所述左右每列滚珠3的每个滚珠的直径大于外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F到内轴承圈2的外球滚道面2A的距离，所述大于距离的范围值在0.03mm～0.05mm。

所述，也可以设置外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F的直径大于分布的每列滚珠3的环球面的外径，所述大于距离范围值在0.03mm～0.05mm，所述外轴承圈1的左外圈1A的右端面相对径向中的球心延长线的距离减少0.03mm～0.05mm、外轴承圈1的右外圈1B的左端面相对径向中的球心延长线的距离减少0.03mm～0.05mm。

所述，也可以设置外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F和内轴承圈2的外球滚道面2A的直径与分布的每列滚珠3的环球形内外径相同(每列滚珠3的每个滚珠的直径等于内腔滚道面1E、1F到外球滚道面2A的距离)；所述外轴承圈(1)的左外圈(1A)的右端面相对径向中的球心延长线的距离减少0.01mm～0.03mm、外轴承圈(1)的右外圈(1B)的左端面相对径向中的球心延长线的距离减少0.01mm～0.03mm。

所述外轴承圈1的左、右外圈1A、1B的台阶的第二台阶的凸缘1C、1D的内侧边1J、1K相对径向中的球心延长线的距离设置限定多列滚珠的角平面运动的角度；台阶的第三台阶的凸边1M、1N相对内轴承圈2的轴向端面2B的距离设置限定滚珠关节轴承的角旋转和摆动的角度。

所述球形滚动体采取强度高、耐磨性好的GCr15材料，外轴承圈1和内轴承圈2采取滚动轴承钢GCr15材料，也可外轴承圈(1)采取滚动轴承钢GCr15材料、内轴承圈2采取铜合金材料，所述的保持架4采用聚四氟乙烯(PTFE)保持架或其它润滑材料保持架。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明通过将滚动关节轴承的外圈剖分为两部分，其中每部分外圈的外侧设置有向内圈外球滚道面上的凸缘。每列滚珠通过轴向保持架进行位置保持。左、右两部分外圈和多列滚珠通过固定螺钉的调整来实现外圈、滚珠与内圈之间的预紧力调整，可以精确的控制轴承的径向间隙和轴向间隙的吻合度，并且径向间隙和轴向间隙可以调整到基本一致的状态。从而提高轴承精度，降低轴承的运动精度对机构运动精度的影响。

(2)本发明通过轴承中的滚珠直径改变与轴承左、右外圈的轴向距离改变，通过两者尺寸的置换可以柔性组合，每列滚珠按环形球面直径大小左右轴向设置，使左、右外圈连接时轴向直径的改变约同于外轴承圈的直径，当轴承作角自由度旋转时，每列滚珠与内、外圈的滚道多点多线接触，滚道可以随外力的变化做自适应摆动和/或角平面旋转，接触应力高。在外轴承圈、多列滚珠和内轴承圈运动疲劳磨损时，三者的直径在改变，固定螺钉头上的弹垫有个弹力使外轴承圈、多列滚珠和内轴承圈始终固定在一起。出现三种运动方式:第一是滚动运动疲劳磨损后就开始滚动和滑动同时运动；第二是滑动运动疲劳磨损后就开始滑动和滚动同时运动；第三是滚动和滑动同时运动。在动载荷作用下，滚珠与滚道接触处一部分出现明显的应力集中，例如在公称点接触的中心、线接触的端部、滚珠无精确引导的轴承上，滚珠表面出现初期缺陷，通过结合不同运动方式的加入轴承运转不会失效。

(3)本发明通过多列轴向球面滚珠消除间隙可以提供运动关节间隙对精度的影响，根据运动速度与载荷，轴承左、右外圈的轴向距离间隙缩小时，外轴承圈上的凸缘的内球面滚道与内轴承圈的外球滚道面开始滑动摩擦；外轴承圈的内腔滚道面、内轴承圈的外球滚道面与多列滚珠开始滚动摩擦。通过滚珠直径大小和左、右半球外圈大小的设置这种关节轴承可以用在精度要求较高的运动机构中，避免关节轴承的间隙对运动精度影响和回差影响，尤其是高精度的空间指向机构中。

(4)本发明通过外轴承圈的左、右外圈的第二级台阶的凸缘和第三级台阶的突台的设置限定滚动关节轴承的角平面旋转的角度，同时保持架的兜孔相对多列滚珠偏向内轴承圈，在滚动关节轴承的内轴承圈的角度旋转偏离多列滚珠时，保持架的兜孔可以配合外轴承圈保持每个滚珠相对位置不变。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的第1实施例的滚珠关节轴承的前视图。

图2是本发明的第1实施例的滚珠关节轴承的右视图。

图3是表示图2的滚珠关节轴承的A-A剖面图。

图4是表示图2的滚珠关节轴承的B-B剖面图。

图5是表示第1实施方式的滚珠关节轴承的爆炸图。

图6是表示第1实施方式的滚珠关节轴承的等轴爆炸图。

图7是本发明的第2实施例的滚珠关节轴承变形的外轴承圈的三级台阶的剖面图。

图8是本发明的第3实施例的滚珠关节轴承变形的轴测球(轴向球面)偏置的剖面图。

图9是本发明的第4实施例的滚珠关节轴承变形的杆端滚珠关节轴承的剖面图。

符号说明

1.外轴承圈

2.内轴承圈

3.多列滚珠

4.保持架

5.固定螺钉

6.弹垫

1A.左外轴承圈(左半球外圈)

1B.右外轴承圈(右半球外圈)

1C.左外轴承圈的左凸缘

1D.右外轴承圈的右凸缘

1E.左外轴承圈的内腔左滚道面

1F.右外轴承圈的内腔右滚道面

1G.左凸缘的内球滚道面

1H.右凸缘的内球滚道面

1J.左外轴承圈的第二级台阶(左凸缘)的内侧边

1K.右外轴承圈的第二级台阶(右凸缘)的内侧边

1M.左外轴承圈的第三级台阶的凸边

1N.右外轴承圈的第三级台阶的凸边

2A.内轴承圈的外球滚道面

2B.内轴承圈的轴向端面

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施1

如图1至图6所示，本发明设计的一种角运动自由度的滚动关节轴承。

依据图3至图6作为轴承实施1关节轴承的滚动关节轴承具备外轴承圈1和与该外轴承圈1同轴球心的内轴承圈2，作为多列滚珠3可以实施为至少两列跨过径向中的球心射线左右配置、以及保持架4。

内轴承圈2形成为球形状，在其外球面形成有外球滚道面2A。

外轴承圈1形成剖分为左外圈1A和右外圈1B的截面L字变形状的二级台阶，组合的左、右外轴承圈1A、1B的一边的外圈的外径小于另一边的外圈的外径，或者所述组合的左、右外轴承圈1A、1B的两边的外圈的外径相同，左、右外轴承圈1A、1B组合形成为具有比内轴承圈2的外径尺寸大的内径尺寸的中间凹陷的内腔的环球形状空间，在其环球形状空间的第一级台阶形成为内腔滚道面1E、1F，左、右外轴承圈1A、1B的凸出的两外则的凸缘1C、1D形成与内轴承圈2的外径尺寸相同的内径尺寸的球形状，在其球形状的第二级台阶的端部形成为内球滚道面1H、1G，外轴承圈1的左、右半球外圈1A、1B的内球面形成为连接一体的台阶形的内腔滚道面1E、1F和内球滚道面1G、1H(内球面上下两滚道)，外轴承圈1的左外圈1A和右外圈1B组合的结合端面处在径向中的球心射线处，外轴承圈1并与内轴承圈2的外球滚道面2A隔着环状内腔滚道面1E、1F配设于同一球心上。多列滚珠3以被保持架4轴向分布间隔保持的状态能够滚动地配设于外球滚道面2A与外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F之间。外轴承圈1和内轴承圈2的内腔滚道面1E、1F、内球滚道面1H、1G和外球滚道面2A的球心重合，在内轴承圈2的外球滚道面2A中形成有供固体润滑剂保留的多个盲孔，左、右外轴承圈1A、1B的两外则凸缘1C、1D的内球滚道面1G、1H和内轴承圈2的外球滚道面2A接触滑动摩擦配合。

左外圈1A和右外圈1B组合的内腔滚道面1E、1F与内轴承圈2的外球滚道面2A之间设有容纳多列滚珠3的空间。内腔滚道面1E、1F和外球滚道面2A可以容纳多列滚珠3并让其在滚道中滚动，为了保持多列滚珠3的相对位置，增加了径向环球面滚珠的保持架4，保持架4配合左右外轴承圈1A、1B使每列滚珠3轴向环球面间隔均布，可以确保在滚动过程中每列滚珠3的每个滚珠相对位置不发生变化。保持架4采用了聚四氟乙烯保持器，该保持器具有一定的自润滑功能，可以对滚珠进行润滑，保持架3采用球环结构，在其上面均匀的布有用于容纳钢球的兜孔，每列保持架4的兜孔相对每列滚珠3偏向内轴承圈2的环外球滚道面2A。

通过外轴承圈1的左、右外圈1A、1B的第二级台阶的凸缘1C、1D的内侧边1J、1K的设置限定滚动关节轴承的角平面旋转的角度，同时保持架4的兜孔相对多列滚珠3偏向内轴承圈2，在滚动关节轴承的内轴承圈2的旋转角度偏离多列滚珠3时，保持架4的兜孔可以配合外轴承圈1保持每个滚珠相对位置不变。根据设计不同滚动关节轴承的运动方式有三种：第一，滚动→滚动加滑动，按照图5图6的形式进行装配，外轴承圈1的左、右外圈1A、1B的相对的凸缘1C、1D的内球滚道面1G、1H穿过球心的直径等于内轴承圈2的外球滚道面2A的直径；轴向中的球心一列滚珠3C的其他每列滚珠3轴向相对左右配置，轴向中的球心的一列滚珠3C的内外径等于内腔滚道面1E、1F和外球滚道面2A的内外径，其他左右相对的每列滚珠3的每个滚珠直径大于内腔滚道面1E、1F到外球滚道面2A的距离，大于数据范围值在0.03mm～0.05mm。然后根据左、右外轴承圈1A、1B的间隙的情况，固定螺钉5施加一个预紧力来调整弹垫6的力矩，这样就可以达到精确调整左右多列滚珠3A、3B到内腔滚道面1E、1F与外球滚道面2A的间隙的目的。通过上述的调整，将原来的一个球面接触更改为多列滚珠3的滚动接触，一方面可以通过调整固定螺钉5的弹垫6的力矩调整来调节多列滚珠3与内轴承圈2和左外圈1A、右外圈1B的间隙，同时可以施加一定的预紧力。在轴向中的球心的左右多列滚珠3A、3B运动疲劳磨损后，内球滚道面1G、1H与外球滚道面2A加入滑动运动，其中轴向中的球心一列滚珠3C也开始加入滚动运动。另一方面将原来的关节轴承滑动摩擦改为滚动关节轴承的滚动和滑动摩擦。通过上述的更改一是来实现间隙的精确控制，同时可以施加一定的预紧力来达到无间隙的目的，提高运动的精度；二是改为滚动摩擦和滑动摩擦结合起来，可以有效降低摩擦系数，提高轴承的寿命，尤其是在重载高速的情况下的润滑寿命。

第二，滑动→滑动加滚动，按照图5图6的形式进行装配，也可以设置外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F直径大于分布的每列滚珠3的环球面的外径，所述大于距离范围值在0.03mm～0.05mm，外轴承圈1的左外圈1A的右端面偏置径向中的球心射线；外轴承圈1的右外圈1B的左端面偏置径向中的球心射线，所述偏置距离范围值在0.03mm～0.05mm。给左、右外轴承圈1A、1B的相对的八个固定螺钉5施加一个预紧力，使弹垫6具有一定的弹力，根据比例关系左、右外圈1A、1B的间隙的数值大于它们之间的{内腔滚道面1E、1F直径大于分布的每列滚珠3的环球面的外径}数值，在外轴承圈1的凸缘1C、1D的内球滚道面1G、1H和内轴承圈2的外球滚道面2A接触滑动摩擦运动疲劳磨损后，左、右外圈1A、1B的间隙进一步缩小，带动内腔里的多列滚珠3开始滚动运动，出现滑动和滚动同时运动。

第三，滑动和滚动同时运动，按照图5图6的形式进行装配，也可以设置外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F和内轴承圈2的外球滚道面2A的直径与分布的每列滚珠3的环球形内外径相同(每列滚珠3的每个滚珠的直径等于内腔滚道面1E、1F到外球滚道面2A的距离)。外轴承圈1的凸缘1C、1D的内球滚道面1H、1G和内轴承圈2的外球滚道面2A的直径相同，外轴承圈1、多列滚珠3、内轴承圈2它们三者同球心，给左、右外轴承圈1A、1B的相对的八个固定螺钉5施加一个预紧力，使它们固定为一体滑动和滚动同时运动。

实施2

如图7所示，本发明设计的一种角运动自由度的滚动关节轴承。

依据图7作为轴承实施2关节轴承的滚动关节轴承具备外轴承圈1和与该外轴承圈1同轴球心的内轴承圈2，作为多列滚珠3可以实施为至少两列跨过径向中的球心射线左右配置、以及保持架4。

内轴承圈2形成为球形状，在其外球面形成有外球滚道面2A。

外轴承圈1形成剖分为左外圈1A和右外圈1B的截面L字变形状的三级台阶，组合的左、右外轴承圈1A、1B的一边的外圈的外径小于另一边的外圈的外径，或者所述组合的左、右外轴承圈1A、1B的两边的外圈的外径相同，左、右外轴承圈1A、1B组合形成为具有比内轴承圈2的外径尺寸大的内径尺寸的中间凹陷的内腔的环球形状空间，在其环球形状空间的第一级台阶形成为内腔滚道面1E、1F；左、右外轴承圈1A、1B的凸出的两外则的凸缘1C、1D形成与内轴承圈2的外径尺寸相同的内径尺寸的球形状，在其球形状的第二级台阶的端部形成为内球滚道面1G、1H，外轴承圈1的左、右半球外圈1A、1B的内球面形成为连接一体的台阶形的内腔滚道面1E、1F和内球滚道面1G、1H(内球面上下两滚道)，外轴承圈1的左外圈1A和右外圈1B组合的结合端面处在径向中的球心射线处，外轴承圈1并与内轴承圈2的外球滚道面2A隔着环状内腔滚道面1E、1F配设于同一球心上。多列滚珠3以被保持架4轴向分布间隔保持的状态能够滚动地配设于外球滚道面2A与外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F之间。外轴承圈1和内轴承圈2的内腔滚道面1E、1F、内球滚道面1G、1H和外球滚道面2A的球心重合，在内轴承圈2的外球滚道面2A中形成有供固体润滑剂保留的多个盲孔，左、右外轴承圈1A、1B的两外则凸缘1C、1D的内球滚道面1G、1H和内轴承圈2的外球滚道面2A接触滑动摩擦配合。

左外圈1A和右外圈1B组合的内腔滚道面1E、1F与内轴承圈2的外球滚道面2A之间设有容纳多列滚珠3的空间。内腔滚道面1E、1F和外球滚道面2A可以容纳多列滚珠3并让其在滚道中滚动，为了保持多列滚珠3的相对位置，增加了径向环球面滚珠的保持架4，保持架4配合左、右外轴承圈1A、1B使每列滚珠3轴向环球面间隔均布，可以确保在滚动过程中每列滚珠3的每个滚珠相对位置不发生变化。保持架4采用了聚四氟乙烯保持器，该保持架4具有一定的自润滑功能，可以对滚珠进行润滑，保持架4采用球环结构，在其上面均匀的布有用于容纳钢球的兜孔，每列保持架4的兜孔相对每列滚珠偏向内轴承圈2的环外球滚道面2A。

通过外轴承圈1的左、右外圈1A、1B的第二级台阶的凸缘1C、1D的内侧边1J、1K到左右靠边滚珠的距离小于第三级台阶的凸边1M、1N的内侧边到内轴承圈2的左右轴向端面2B的距离的设置限定滚动关节轴承的角平面旋转的角度，同时保持架4的兜孔相对多列滚珠3偏向内轴承圈2，在滚动关节轴承的内轴承圈2的旋转角度偏离多列滚珠3时，保持架4的兜孔可以配合外轴承圈1保持每个滚珠相对位置不变。根据设计不同滚动关节轴承的运动方式有三种：第一，滚动→滚动加滑动，按照图7的形式进行装配，外轴承圈1的左、右外圈1A、1B的相对的凸缘1C、1D的内球滚道面1G、1H穿过球心的直径等于内轴承圈2的外球滚道面2A的直径；两列滚珠3A、3B跨过轴向中的球心左右相对配置，两列滚珠3A、3B的每个滚珠的直径大于内腔滚道面1E、1F到外球滚道面2A的距离，大于数据范围值在0.03mm～0.05mm。然后根据左、右外轴承圈1A、1B的间隙的情况，固定螺钉5施加一个预紧力来调整弹垫6的力矩，这样就可以达到精确调整左右两列滚珠3A、3B到内腔滚道面1E、1F与外球滚道面2A的间隙的目的。通过上述的调整，将原来的一个球面接触更改为两列滚珠3A、3B的滚动接触，一方面可以通过调整固定螺钉5的弹垫6的力矩调整来调节两列滚珠3A、3B与内轴承圈2和左外圈1A、右外圈1B的间隙，同时可以施加一定的预紧力。在轴向中的球心的左右两列滚珠3A、3B运动疲劳磨损后，内球滚道面1G、1H与外球滚道面2A加入滑动运动。另一方面将原来的关节轴承滑动摩擦改为滚动关节轴承的滚动和滑动摩擦。通过上述的更改一是来实现间隙的精确控制，同时可以施加一定的预紧力来达到无间隙的目的，提高运动的精度；二是改为滚动摩擦和滑动摩擦结合起来，可以有效降低摩擦系数，提高轴承的寿命，尤其是在重载高速的情况下的润滑寿命。

第二，滑动→滑动加滚动，按照图7的形式进行装配，也可以设置外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F的直径大于分布的每列滚珠3的环球面的外径，所述大于距离范围值在0.03mm～0.05mm，外轴承圈1的左外圈1A的右端面偏置径向中的球心射线；外轴承圈1的右外圈1B的左端面偏置径向中的球心射线，所述偏置的距离范围值在0.03mm～0.05mm。给左、右外轴承圈1A、1B的相对的八个固定螺钉5施加一个预紧力，使弹垫6具有一定的弹力，根据比例关系左、右外圈1A、1B的间隙的数值大于它们之间的{内腔滚道面1E、1F直径大于分布的每列滚珠3的环球面的外径}数值，在外轴承圈1的凸缘1C、1D的内球滚道面1G、1H和内轴承圈2的外球滚道面2A接触滑动摩擦运动疲劳磨损后，左、右外圈1A、1B的间隙进一步缩小，带动内腔里的两列滚珠3A、3B开始滚动运动，出现滑动和滚动同时运动。

第三，滑动和滚动同时运动，按照图7的形式进行装配，也可以设置外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F和内轴承圈2的外球滚道面2A的直径与分布的每列滚珠3的环球形内外径相同(每列滚珠3的每个滚珠的直径等于内腔滚道面1E、1F到外球滚道面2A的距离)。外轴承圈1的凸缘1C、1D的内球滚道面1H、1G和内轴承圈2的外球滚道面2A的直径相同，外轴承圈1、两列滚珠3、内轴承圈2它们三者同球心，给左、右外轴承圈1A、1B的相对的八个固定螺钉5施加一个预紧力，使它们固定为一体滑动和滚动同时运动。针对第一种和第三种运动方式，也可以设置外轴承圈1的左、右外圈1A、1B的第三级台阶的凸边1M、1N的内空的两边距离约大于或约等于内轴承圈2的左右轴向端面2B的距离，可以精确控制角旋转的角度约等于零度。

实施3

如图8所示，本发明设计的一种角运动自由度的轴向球面偏置的滚动关节轴承。

依据图8作为轴承实施3关节轴承的滚动关节轴承具备外轴承圈1和与该外轴承圈1同轴球心的内轴承圈2，作为多列滚珠3可以实施为至少两列跨过径向中的球心射线左右配置、以及保持架4。

内轴承圈2形成为球形状，在其外球面形成有外球滚道面2A，球形状轴向非对称设计，左轴端到球心不等于右轴端到球心。

外轴承圈1形成剖分为左外圈1A和右外圈1B的截面L字变形状的二级台阶，组合的左、右外轴承圈1A、1B的一边的外圈的外径小于另一边的外圈的外径，或者所述组合的左、右外轴承圈1A、1B的两边的外圈的外径相同，左、右外轴承圈1A、1B组合形成为具有比内轴承圈2的外径尺寸大的内径尺寸的中间凹陷的内腔的环球形状空间，在其环球形状空间的第一级台阶形成为内腔滚道面1E、1F；左、右外轴承圈1A、1B的凸出的两外则的凸缘1C、1D形成与内轴承圈2的外径尺寸相同的内径尺寸的球形状，在其球形状的第二级台阶的端部形成为内球滚道面1G、1H，外轴承圈1的左、右半球外圈1A、1B的内球面形成为连接一体的台阶形的内腔滚道面1E、1F和内球滚道面1G、1H(内球面上下两滚道)，外轴承圈1的左外圈1A和右外圈1B组合的结合端面偏离径向中的球心射线处，外轴承圈1并与内轴承圈2的外球滚道面2A隔着环状内腔滚道面1E、1F配设于同一球心上。多列滚珠3以被保持架4轴向分布间隔保持的状态能够滚动地配设于外球滚道面2A与外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F之间，其中轴向中的球心的一列滚珠3配置在左外轴承圈1A中，跨过轴向中的球心的左边一列滚珠3A在左外轴承圈1A里的左边，跨过轴向中的球心的右边两列滚珠3B在右外轴承圈1B中。外轴承圈1和内轴承圈2的内腔滚道面1E、1F、内球滚道面1G、1H和外球滚道面2A的球心重合，在内轴承圈2的外球滚道面2A中形成有供固体润滑剂保留的多个盲孔，左、右外轴承圈1A、1B的两外则凸缘1C、1D的内球滚道面1H、1G和内轴承圈2的外球滚道面2A接触滑动摩擦配合。

左外圈1A和右外圈1B组合的内腔滚道面1E、1F与内轴承圈2的外球滚道面2A之间设有容纳多列滚珠3的空间。内腔滚道面1E、1F和外球滚道面2A可以容纳多列滚珠3并让其在滚道中滚动，为了保持多列滚珠3的相对位置，增加了径向环球面滚珠的保持架4，保持架4配合左、右外轴承圈1A、1B使每列滚珠3轴向环球面间隔均布，可以确保在滚动过程中每列滚珠3的每个滚珠相对位置不发生变化。保持架4采用了聚四氟乙烯保持器，该保持器具有一定的自润滑功能，可以对滚珠进行润滑，保持架3采用球环结构，在其上面均匀的布有用于容纳钢球的兜孔，每列保持架4的兜孔相对每列滚珠3偏向内轴承圈2的环外球滚道面2A。

通过外轴承圈1的左、右外圈1A、1B的第二级台阶的凸缘1C、1D的内侧边1J、1K的设置限定滚动关节轴承的角平面旋转的角度，同时保持架4的兜孔相对多列滚珠3偏向内轴承圈2，在滚动关节轴承的内轴承圈2的旋转角度偏离多列滚珠3时，保持架4的兜孔可以配合外轴承圈1保持每个滚珠相对位置不变。滚动关节轴承的球面采用非对称设计，限制角平面旋转的角度取决于右外轴承圈1B的凸缘1D。

根据设计不同滚动关节轴承的运动方式有三种：第一，滚动→滚动加滑动，按照图8的形式进行装配，外轴承圈1的左、右外圈1A、1B的相对的凸缘1C、1D的内球滚道面1G、1H穿过球心的直径等于内轴承圈2的外球滚道面2A的直径；跨过轴向中的球心的每列滚珠3A、3B轴向非对称左右配置，左右非对称的每列滚珠3A、3B的每个滚珠直径大于内腔滚道面1E、1F到外球滚道面2A的距离，大于数据范围值在0.03mm～0.05mm。然后根据左、右外轴承圈1A、1B的间隙的情况，固定螺钉5施加一个预紧力来调整弹垫6的力矩，这样就可以达到精确调整左右多列滚珠3A、3B到内腔滚道面1E、1F与外球滚道面2A的间隙的目的。通过上述的调整，将原来的一个球面接触更改为多列滚珠3A、3B的滚动接触，一方面可以通过调整固定螺钉5的弹垫6的力矩调整来调节多列滚珠3A、3B与内轴承圈2和左外圈1A、右外圈1B的间隙，同时可以施加一定的预紧力。在轴向中的球心的左右多列滚珠3A、3B运动疲劳磨损后，内球滚道面1G、1H与外球滚道面2A加入滑动运动。另一方面将原来的关节轴承滑动摩擦改为滚动关节轴承的滚动和滑动摩擦。通过上述的更改一是来实现间隙的精确控制，同时可以施加一定的预紧力来达到无间隙的目的，提高运动的精度；二是改为滚动摩擦和滑动摩擦结合起来，可以有效降低摩擦系数，提高轴承的寿命，尤其是在重载高速的情况下的润滑寿命。

第二，滑动→滑动加滚动，按照图8的形式进行装配，也可以设置外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F直径大于分布的每列滚珠3A、3B的环球面的外径，所述大于距离范围值在0.03mm～0.05mm，所述外轴承圈1的左外圈1A的右端面相对内轴承圈2组合向左偏置、外轴承圈1的右外圈1B的左端面相对内轴承圈2组合向右偏置，所述偏置距离范围值在0.03mm～0.05mm。给左右外轴承圈1A、1B的相对的八个固定螺钉5施加一个预紧力，使弹垫6具有一定的弹力，根据比例关系左、右外圈1A、1B的间隙的数值大于它们之间的{内腔滚道面1E、1F直径大于分布的每列滚珠3A、3B的环球面的外径}数值，在外轴承圈1的凸缘1C、1D的内球滚道面1G、1H和内轴承圈2的外球滚道面2A接触滑动摩擦运动疲劳磨损后，左、右外圈1A、1B的间隙进一步缩小，带动内腔里的多列滚珠3A、3B开始滚动运动，出现滑动和滚动同时运动。

第三，滑动和滚动同时运动，按照图8的形式进行装配，也可以设置外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F和内轴承圈2的外球滚道面2A的直径与分布的每列滚珠3的环球形内外径相同(每列滚珠3的每个滚珠的直径等于内腔滚道面1E、1F到外球滚道面2A的距离)。外轴承圈1的凸缘1C、1D的内球滚道面1G、1H和内轴承圈2的外球滚道面2A的直径相同，外轴承圈1、多列滚珠3、内轴承圈2它们三者同球心，给左右外轴承圈1A、1B的相对的八个固定螺钉5施加一个预紧力，使它们固定为一体滑动和滚动同时运动。

实施4

如图9所示，本发明设计的一种角运动自由度的杆端滚动关节轴承。

依据图9作为轴承实施4关节轴承的杆端滚动关节轴承具备外轴承圈1和与该外轴承圈1同轴球心的内轴承圈2，作为多列滚珠3可以实施为至少两列跨过径向中的球心射线左右配置、以及保持架4。

内轴承圈2形成为球形状，在其外球面形成有外球滚道面2A，在其轴的一端设置杆端。

外轴承圈1形成剖分为左外圈1A的截面L字变形状的二级台阶和右外圈1B的截面U字变形状，组合的左、右外轴承圈1A、1B的一边的外圈的外径小于另一边的外圈的外径，或者所述组合的左、右外轴承圈1A、1B的两边的外圈的外径相同，左外轴承圈1A形成为具有比内轴承圈2的外径尺寸大的内径尺寸的内腔的环球形状空间，在其环球形状空间的第一级台阶形成为内腔滚道面1E；右外轴承圈1B形成为具有比内轴承圈2的外径尺寸大的内径尺寸的内腔的碗形状空间，在其碗形状空间形成为内腔滚道面1F，左外轴承圈1A的凸出的外则的凸缘1C形成与内轴承圈2的外径尺寸相同的内径尺寸的球形状，在其球形状的第二级台阶的端部形成为内球滚道面1G，外轴承圈1的左半球外圈1A的内球面形成为连接一体的台阶形的内腔滚道面1E和内球滚道面1G(内球面上下两滚道)，外轴承圈1的左外圈1A和右外圈1B组合的结合端面处在径向中的球心射线处，外轴承圈1并与内轴承圈2的外球滚道面2A隔着球状内腔滚道面1E、1F配设于同一球心上。多列滚珠3以被保持架4轴向分布间隔保持的状态能够滚动地配设于外球滚道面2A与外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F之间。外轴承圈1和内轴承圈2的内腔滚道面1E、1F、内球滚道面1G和外球滚道面2A的球心重合，在内轴承圈2的外球滚道面2A中形成有供固体润滑剂保留的多个盲孔，左外轴承圈1A的外则凸缘1C的内球滚道面1G和内轴承圈2的外球滚道面2A接触滑动摩擦配合。左外圈1A和右外圈1B组合的内腔滚道面1E、1F与内轴承圈2的外球滚道面2A之间设有容纳多列滚珠3的空间。内腔滚道面1E、1F和外球滚道面2A可以容纳多列滚珠3并让其在滚道中滚动，为了保持多列滚珠3的相对位置，增加了径向环球面滚珠的保持架4，保持架4配合左、右外轴承圈1A、1B使每列滚珠3轴向环球面间隔均布，可以确保在滚动过程中每列滚珠3的每个滚珠相对位置不发生变化。保持架4采用了聚四氟乙烯保持器，该保持器具有一定的自润滑功能，可以对滚珠进行润滑，保持架3采用球环结构，在其上面均匀的布有用于容纳钢球的兜孔，每列保持架4的兜孔相对每列滚珠3偏向内轴承圈2的环外球滚道面2A。

通过外轴承圈1的左外圈1A的第二级台阶的凸缘1C和内侧边1J的设置限定滚动关节轴承的角平面旋转的角度，同时保持架4的兜孔相对多列滚珠3偏向内轴承圈2，在滚动关节轴承的内轴承圈2的旋转角度偏离多列滚珠3时，保持架4的兜孔可以配合外轴承圈1保持每个滚珠相对位置不变。

根据设计不同滚动关节轴承的运动方式有二种：第一，滚动→滚动加滑动，按照图9的形式进行装配，外轴承圈1的左外圈1A的凸缘1C的内球滚道面1G到球心的半径等于内轴承圈2的外球滚道面2A的半径；轴向中的球心一列滚珠3C的其他每列滚珠3A、3B轴向非对称左右配置，轴向中的球心的一列滚珠3C的内外径等于内腔滚道面1E、1F和外球滚道面2A的内外径，其他左右的每列滚珠3A、3B的每个滚珠直径大于内腔滚道面1E、1F到外球滚道面2A的距离，大于数据范围值在0.03mm～0.05mm，然后根据左、右外轴承圈1A、1B的间隙的情况，固定螺钉5施加一个预紧力来调整弹垫6的力矩，这样就可以达到精确调整左右多列滚珠3A、3B到内腔滚道面1E、1F与外球滚道面2A的间隙的目的。通过上述的调整，将原来的一个球面接触更改为多列滚珠3的滚动接触，一方面可以通过调整固定螺钉5的弹垫6的力矩调整来调节多列滚珠3与内轴承圈2和左外圈1A、右外圈1B的间隙，同时可以施加一定的预紧力。在轴向中的球心的左右多列滚珠3A、3B运动疲劳磨损后，内球滚道面1G与外球滚道面2A加入滑动运动，其中轴向中的球心一列滚珠3C也开始加入滚动运动。另一方面将原来的关节轴承滑动摩擦改为滚动关节轴承的滚动和滑动摩擦。通过上述的更改一是来实现间隙的精确控制，同时可以施加一定的预紧力来达到无间隙的目的，提高运动的精度；二是改为滚动摩擦和滑动摩擦结合起来，可以有效降低摩擦系数，提高轴承的寿命，尤其是在重载高速的情况下的润滑寿命。

第二，滑动和滚动同时运动，按照图9的形式进行装配，也可以设置外轴承圈1的内腔滚道面1E、1F和内轴承圈2的外球滚道面2A的直径与分布的每列滚珠3的环球形内外径相同(每列滚珠3的每个滚珠的直径等于内腔滚道面1E、1F到外球滚道面2A的距离)。外轴承圈1的左外轴承圈1A的凸缘1C的内球滚道面1G和内轴承圈2的外球滚道面2A的直径相同，外轴承圈1、多列滚珠3、内轴承圈2它们三者同球心，给左右外轴承圈1A、1B的相对的八个固定螺钉5施加一个预紧力，使它们固定为一体滑动和滚动同时运动。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (5)

1.一种角运动自由度的滚动关节轴承，其特征在于，包括外轴承圈(1)和内轴承圈(2)、固定螺钉(5)、多列滚珠(3)和保持架(4)，所述外轴承圈(1)与内轴承圈(2)关联部分为球面，所述内轴承圈(2)设置为球形状，在其球形状的外球面形成有外球滚道面(2A)；

外轴承圈(1)还包括左外圈(1A)和右外圈(1B)，其中左外圈(1A)和右外圈(1B)中其中一个的外圈外径小于另一个的外圈外径，或者左外圈(1A)和右外圈(1B)的外圈外径相同；所述左外圈(1A)的左外侧凸出地设有第一凸缘(1C)，第一凸缘(1C)延伸至内轴承圈(2)的外球滚道面(2A)上，所述右外圈(1B)的右外侧凸出地设有第二凸缘(1D)，第二凸缘(1D)延伸至内轴承圈(2)的外球滚道面(2A)上，左、右外圈组合形成为具有中间凹陷的环球形状空间，具有中间凹陷的环球形状空间的内径尺寸比内轴承圈(2)的外径尺寸大，左外圈(1A)的环球形状空间形成有第一内腔滚道面(1E)，右外圈(1B)的环球形状空间形成有第二内腔滚道面(1F)，左外圈(1A)和右外圈(1B)的结合端面处在球面的球心的径向延长线处或相对于球心的径向延长线偏置，第一凸缘(1C)和第二凸缘(1D)的端部分别形成第一内球滚道面(1G)和第二内球滚道面(1H)，第一、第二内腔滚道面和第一、第二内球滚道面与内轴承圈(2)的外球滚道面(2A)为球心重合的球面，第一、第二内腔滚道面到外球滚道面(2A)的空间容纳多列滚珠(3)，所述多列滚珠(3)可以被引导在第一、第二内腔滚道面与外球滚道面(2A)之间滚动运动；每列滚珠(3)通过保持架进行位置保持；

第一、第二内球滚道面和内轴承圈(2)的外球滚道面(2A)为球心重合的球面，第一、第二凸缘的第一、第二内球滚道面穿过球心的直径与内轴承圈(2)的外球滚道面(2A)的直径相同，在所述内轴承圈(2)的外球滚道面(2A)中形成有供固体润滑剂保留的多个盲孔，所述第一、第二内球滚道面和外球滚道面(2A)形成为滑动运动；

左外圈(1A)和右外圈(1B)的剖分截面分别为L字变形状的三级台阶，第一、第二内腔滚道面(1E、1F)构成为第一级台阶；第一、第二凸缘(1C、1D)形成与内轴承圈的外径尺寸相同的内径尺寸的球形状，在其球形状的第二级台阶的端部形成为第一、第二内球滚道面(1G、1H)，左外圈(1A)和右外圈(1B)的内球面形成为连接一体的台阶形的第一、第二内腔滚道面和第一、第二内球滚道面；

所述第二级台阶的第一、第二凸缘(1C、1D)的内侧边(1J、1K)设置限定多列滚珠的角平面运动的角度；所述外轴承圈(1)的左、右外圈(1A、1B)的台阶的第三级台阶的凸边(1M、1N)限定所述滚动关节轴承的角旋转和摆动的角度；

左、右外圈(1A、1B)的外侧的端面相对设置八个错开的固定螺钉(5)，所述固定螺钉(5)头上套弹垫(6)，通过固定螺钉(5)的连接施加一定的预紧力将左、右外圈、多列滚珠(3)和内轴承圈(2)固定为一体；

多列滚珠中的两列滚珠跨过轴向中部的球心左右相对配置，两列滚珠的每个滚珠的直径比与滚珠位置相对应的内腔滚道面到外球滚道面的距离大一个数据值，所述数据值在0.03mm～0.05mm之间；根据左、右外圈的间隙的情况，固定螺钉施加一个预紧力来调整弹垫的力矩，达到精确调整左右两列滚珠到内腔滚道面与外球滚道面的间隙的目的。

2.根据权利要求1所述的角运动自由度的滚动关节轴承，其特征在于，多列滚珠(3)设置两列以上，所述多列滚珠(3)轴向沿环形球面间隔均布，其中至少有两列滚珠分布在球心的径向延长线左右，每列的滚珠按径向的环形球面直径大小间隔均布不同数量的滚珠，多列滚珠(3)轴向分布的环球面与外轴承圈(1)的第一、第二内腔滚道面和内轴承圈(2)的外球滚道面(2A)为球心重合的球面。

3.根据权利要求2所述的角运动自由度的滚动关节轴承，其特征在于，所述间隔均布的多列滚珠(3)设置轴向间隔均布的球环状的保持架(4)，每列的每个滚珠按径向环形球面直径大小设置不同数量的兜孔的保持架(4)。

4.根据权利要求1所述的角运动自由度的滚动关节轴承，其特征在于，所述滚珠(3)采取强度高、耐磨性好的GCr15材料，所述外轴承圈(1)和内轴承圈(2)采取滚动轴承钢GCr15材料，所述保持架(4)采用聚四氟乙烯保持架。

5.根据权利要求1所述的角运动自由度的滚动关节轴承，其特征在于，外轴承圈(1)采取滚动轴承钢GCr15材料，内轴承圈采取铜合金材料，所述保持架(4)采用润滑材料保持架。

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