CN112303146A - 旋转装置及其定心结构 - Google Patents

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Abstract

一种旋转装置及其定心结构，能够减小两个部件之间的滞后扭矩且能够提高耐用性，而无需高精度。该定心结构设置于包括具有内周面的外周侧旋转体和具有外周面的内周侧旋转体的装置。定心结构具备多个外周侧凸轮面、多个内周侧凸轮面以及多个滚子。外周侧凸轮面沿圆周方向排列形成于外周侧旋转体的内周面。内周侧凸轮面沿圆周方向排列形成于内周侧旋转体的外周面，并在与外周侧凸轮面之间构成容纳空间。滚子配置于容纳空间，且能够沿外周侧凸轮面和内周侧凸轮面滚动，并且在两个旋转体相对旋转的情况下，使外周侧旋转体或内周侧旋转体移动并对其进行定心。

Description

旋转装置及其定心结构
技术领域
本发明涉及定心结构，尤其涉及设置于具有第一部件和第二部件的装置且相对于第一部件对第二部件进行定心的定心结构，其中，第一部件具有环状的内周面，第二部件具有与内周面相对的外周面且能够与第一部件在预定的角度范围内相对旋转。此外，本发明还涉及具有以上定心结构的装置。
背景技术
作为对沿径向排列配置且彼此相对旋转的两个部件进行定心(对中)的结构，存在专利文献1和专利文献2所示的结构。
在专利文献1中，为了对具有多个内齿的工件进行对中，在工件的内周侧插入有柱状的量规。在量规的外周面形成有多个突起，形成于该突起的径向定位面与工件的内齿的内周面抵接。
此外，在专利文献2中，在中间部件的径向内侧配置有输出部件，中间部件的内周面由输出部件的径向定位部支承。由此，将中间部件相对于输出部件对中。
专利文献1：日本专利特开2007-205847号公报
专利文献2：日本专利特开2013-217452号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
如专利文献1和2所示，以往的定心结构使两个部件的内周面与外周面抵接。因为两个部件能够相对旋转，所以在两个部件的抵接部产生摩擦滑动。由于该摩擦滑动，在两个部件之间产生滞后扭矩，并且在专利文献2所示的减振机构的情况下，滞后扭矩有时会降低振动衰减性能。
此外，在以往的定心结构中，在两个部件中总是通过相同的部位接触来进行定心的情况较多，由此促进接触部的磨损并降低耐用性。此外，为了不损坏耐用性，需要高精度地管理用于定心的接触部。
本发明的课题在于，提供定心结构以及具备该定心结构的装置，该定心结构能够减小两个部件之间的滞后扭矩且能够提高耐用性，而无需高精度。
用于解决技术问题的方案
(1)本发明涉及的定心结构设置于具有第一部件和第二部件的装置。第一部件具有环状的内周面。第二部件具有与内周面相对的环状的外周面，并且能够与第一部件在预定的角度范围内相对旋转。
该定心结构具备多个外周侧凸轮面、多个内周侧凸轮面以及多个滚动体。外周侧凸轮面沿圆周方向排列形成于第一部件的内周面。内周侧凸轮面形成在第二部件的外周面上与外周侧凸轮面相对的位置，并在与外周侧凸轮面之间构成容纳空间。滚动体配置在多个容纳空间内，能够沿外周侧凸轮面和内周侧凸轮面滚动，并且在第一部件与第二部件相对旋转的情况下，使第一部件或第二部件在第一部件的内周面的中心与第二部件的外周面中心一致的方向上移动。
在此，在形成于第一部件的外周侧凸轮面与第二部件的内周侧凸轮面之间的多个容纳空间中配置有滚动体。在此，当第一部件与第二部件相对旋转时，滚动体沿着外周侧凸轮面和内周侧凸轮面滚动。而且，通过滚动体沿着该各凸轮面的滚动，第一部件或第二部件在其内周面和外周面的中心一致的方向上移动。即，对第一部件和第二部件进行定心。
与以往的定心结构相比，这样的定心结构容易制造，而无需高精度地精加工各凸轮面。此外，各凸轮面和滚动体是滚动滑动而不是摩擦滑动，因此两个部件之间的滞后扭矩变小。此外，滚动体与各凸轮面的接触部不限于一处，而是分散于多处，因此能够抑制各接触部的磨损并提高耐用性。
此外，通过将容纳空间设定成适当的形状，该定心结构允许在预定的角度范围内第一部件与第二部件之间的相对旋转，并且禁止在超过预定的角度范围的区域内第一部件与第二部件的相对旋转。即，该定心结构能够作为扭矩限制器发挥功能，在预定的角度范围内，切断两个部件之间的扭矩传递(允许相对旋转)，当超过预定的角度范围时，在两个部件之间能够进行扭矩传递(禁止相对旋转)。
进而，通过将各凸轮面设定为适当的轮廓，能够实现根据两个部件的相对角度(扭转角度)来提高扭转刚性的减振功能。
(2)优选地，容纳空间的径向间隙随着从圆周方向的中央部向圆周方向两侧行进而变小。
(3)优选地，第一部件的外周侧凸轮面形成为向外周侧鼓出，第二部件的内周侧凸轮面形成为向内周侧鼓出。
需要说明的是，在此所谓的“鼓出”并不限定于各凸轮面例如由圆弧状的曲面形成的构成，也包括通过多个直线形面(平坦面)在外周侧或内周侧形成为凸状的情况等的其他构成。
(4)优选地，外周侧凸轮面是半径从圆周方向的中心朝向圆周方向两侧逐渐变小的形状。此外，在这种情况下，内周侧凸轮面是半径从圆周方向的中心朝向圆周方向两侧逐渐变大的形状。
(5)优选地，多个外周侧凸轮面和内周侧凸轮面形成于隔着内周面和外周面的中心而相对的位置。
(6)优选地，第一部件具有环状部，该环状部具有内周面。此外，优选地，第二部件具有配置于环状部的内周侧且具有外周面的圆板部。
(7)本发明涉及的装置具备第一部件、第二部件以及上述定心结构。第一部件具有环状的内周面。第二部件具有与内周面相对的环状的外周面，并且能够与第一部件在预定的角度范围内相对旋转。定心结构对第一部件和第二部件进行定心。
发明效果
在如上所述的本发明中，能够以与以往用于定心的结构相比较低的精度实现定心结构。此外，本发明的定心结构能够减小两个部件之间的滞后扭矩且能够提高耐用性。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的具有定心结构的装置的主视图。
图2是用于说明定心结构的原理的图。
图3是用于说明定心结构的运作的图。
图4是用于说明基于定心结构的运作的定心动作的图。
图5是用于说明以往的定心结构的作用的图。
图6是示出定心结构的扭转特性的一例的图。
图7是示出凸轮面的另一例的图。
图8是示出凸轮面的又一其它例的图。
图9是示出凸轮面的又一其它例的图。
具体实施方式
[构成]
图1是根据本发明一实施方式的具有定心结构的旋转装置1(装置的一例)的主视图。该旋转装置1具有外周侧旋转体2(第一部件的一例)和内周侧旋转体3(第二部件的一例)。两个旋转体2、3通过定心结构5彼此在径向上支承。
外周侧旋转体2形成为环状，具有内周面2a。内周侧旋转体3形成为具有外周面3a的圆板状，并且配置于外周侧旋转体2的内周侧。外周侧旋转体2和内周侧旋转体3均能够以共同的旋转中心O为中心旋转。此外，外周侧旋转体2的内周面2a与内周侧旋转体3的外周面3a通过定心结构5在径向上隔着预定的间隙配置。而且，外周侧旋转体2与内周侧旋转体3能够在定心结构5所允许的角度范围内相对旋转。
定心结构5相对于外周侧旋转体2对内周侧旋转体3进行定心。定心结构5设置在外周侧旋转体2的内周面2a与内周侧旋转体的外周面3a之间。具体而言，定心结构5具有多个(在该示例中为四个)外周侧凸轮面11、与外周侧凸轮面11相同数量的内周侧凸轮面12以及与各凸轮面11、12相同数量的滚动体13。
四个外周侧凸轮面11沿圆周方向以90°的等角度间隔排列配置在外周侧旋转体2的内周面2a上。即，各外周侧凸轮面11配置在隔着旋转中心O而相对的位置。各外周侧凸轮面11形成为向外周侧鼓出的曲面，并且是半径从圆周方向的中心朝向圆周方向两侧逐渐变小的形状。
四个内周侧凸轮面12配置在内周侧旋转体3的外周面3a上与外周侧凸轮面11相对的位置。即，各内周侧凸轮面12也配置在隔着旋转中心O而相对的位置。各内周侧凸轮面12形成为向内周侧鼓出的曲面，并且是半径从圆周方向的中心朝向圆周方向两侧逐渐变大的形状。
如上所述的外周侧凸轮面11与内周侧凸轮面12之间、即两凸轮面11、12之间的径向间隙为容纳空间15。该径向间隙(容纳空间15)随着从圆周方向的中央部向圆周方向两侧行进而变小。
滚动体13在该实施方式中为滚子。滚子13配置在容纳空间15内，能够沿外周侧凸轮面11和内周侧凸轮面12滚动。
[定心结构5的作用]
使用图2说明定心结构5的运作原理。在图2中，展开并示出外周侧旋转体2和内周侧旋转体3。图2的(a)表示在外周侧旋转体2与内周侧旋转体3之间没有相对旋转(扭转)的状态，图2的(b)表示在两个旋转体2、3之间发生相对旋转的情况。
当从图2的(a)所示状态转换到如图2的(b)所示两个旋转体2、3在相反方向上移动了距离a的状态(实际上，以与距离2a相对应的相对角度扭转的状态)时，滚子13沿外周侧凸轮面11和内周侧凸轮面12滚动。通过该滚子13沿各凸轮面11、12的移动，外周侧旋转体2和内周侧旋转体3分别沿彼此分离的方向移动距离b。
图3表示将以上运作原理应用于两个旋转体的情况。当从外周侧旋转体2与内周侧旋转体3没有相对旋转的状态(图3的(a))，两个旋转体2、3之间发生角度θ的相对旋转时(图3的(b))，滚子13沿外周侧凸轮面11和内周侧凸轮面12滚动，内周侧旋转体3向旋转中心O侧移动。
图4示出将以上作用应用于图1的旋转装置1的示例。另外，在图4中，省略外周侧旋转体2。
图4的(a)表示由于内周侧旋转体3的不平衡而未相对于外周侧旋转体2对内周侧旋转体3进行定心的状态。如图所示，内周侧旋转体3因不平衡而向图中的上方偏心，并且仅在一处定心结构5中，滚子13与外周侧凸轮面11和内周侧凸轮面12接触。另一方面，在另外三处定心结构5中，滚子13通过离心力与外周侧凸轮面11接触，但不与内周侧凸轮面12接触。
当从图4的(a)所示的状态，两个旋转体2、3之间发生相对旋转时，如在图2和3中说明的那样，在位于图中上方的定心结构5中，滚子13沿外周侧凸轮面11和内周侧凸轮面12滚动。由此，内周侧旋转体3被推向旋转中心O侧。由此，在另外三处定心结构5中，同样地，滚子13与外周侧凸轮面11和内周侧凸轮面12接触。因此，校正了内周侧旋转体3相对于旋转中心O的偏心，并且相对于外周侧旋转体2对内周侧旋转体3进行定心。
图5示出以往的定心结构。在该现有结构中，当内周侧旋转体3’存在不平衡时，内周侧旋转体3’相对于外周侧旋转体2’(或壳体)偏心，并且仅与圆周上的某一部分区域R接触(图5中的上方位置)。而且，在该运作中，该接触部R不发生变化。因此，仅接触部R承受负荷，并且摩擦阻力也大。
然而，在图4所示的实施方式中，即使内周侧旋转体存在不平衡而偏心，通过定心结构5的作用，内周侧旋转体也可与四处定心结构5的外周侧凸轮面11和内周侧凸轮面12均等地接触。因此，能够抑制作为接触部的各凸轮面11、12的磨损。而且，滚子13在各凸轮面11、12上滚动，因此能够显著减小摩擦阻力。
[使用定心结构的应用例]
(1)作为扭矩限制器的功能
以上的定心结构5能够作为扭矩限制器发挥功能。具体而言，允许在图3的(b)所示的角度θ的范围内，外周侧旋转体2与内周侧旋转体3之间的相对旋转。即，在角度θ的范围内，在外周侧旋转体2与内周侧旋转体3之间不传递扭矩。另一方面，在两个旋转体2、3的相对旋转超过角度θ的区域中，通过滚子13与外周侧凸轮面11和内周侧凸轮面12接触，从而禁止两个旋转体2、3的进一步相对旋转。即，在超过角度θ的区域中，经由滚子13在外周侧旋转体2与内周侧旋转体3之间传递扭矩。
(2)减振功能
通过将外周侧凸轮面11和内周侧凸轮面12设定为适当的轮廓，能够实现根据外周侧旋转体2与内周侧旋转体3的相对角度(扭转角度)来提高扭转刚性的减振功能。
图6表示外周侧旋转体2和内周侧旋转体3的相对旋转角度(扭转角度)与在两个旋转体2、3之间传递的扭矩之间的关系(扭转特性)。通过适当地设定外周侧旋转体2与内周侧旋转体3之间的径向间隙、凸轮面的形状、各旋转体2、3的刚性，能够将扭转特性改变为图6的例如特性A和特性B。
此外，通过将凸轮面设定为平坦的面，滚子13不会卡在该平坦面上。此外，在平坦面中，也不对内周侧旋转体3作用朝向中心侧的力。通过增加该平坦面的长度，也能够扩大图6的“扭转扭矩大致为0的区域”。
[其他实施方式]
本发明不限于如上所述的实施方式，能够在不脱离本发明的范围的情况下进行各种变形或修改。
(a)在上述实施方式中，作为外周侧的第一部件以旋转体为例进行了说明，但是即使第一部件是固定的壳体，也能够同样地应用本发明。
(b)在上述实施方式中，以相对于外周侧旋转体2对内周侧旋转体3进行定心的情况为例进行了说明，但是在内周侧旋转体例如为轴且相对于该轴对外周侧旋转体进行定心的情况下，也能够同样地应用本发明。
(c)在上述实施方式中，说明了第一部件为环状的外周侧旋转体、第二部件为圆板状的内周侧旋转体的情况，但是应用定心结构的装置并不限定于此。例如，第一部件可以是具有带内周面的环状部的部件，并且第二部件可以是具有外周面的部件。
(d)各凸轮面形成为向外周侧或内周侧鼓出，但如上所述，“鼓出”的形状并不限定于上述实施方式。各凸轮面的形状能够进行各种变形。例如，图7是将外周侧旋转体22的外周侧凸轮面22a和内周侧旋转体23的凸轮面23a分别由倾斜的平坦面而非曲面形成，并向外周侧或内周侧鼓出的示例。图8是外周侧旋转体32的外周侧凸轮面32a具有圆弧状部(平坦部)且形成为整体上向外周侧鼓出的示例。此外，内周侧旋转体33的凸轮面33a是与图1的示例相同的形状。此外，图9示出如下示例：外周侧旋转体42的外周侧凸轮面42a是与图1相同的形状，内周侧旋转体43的凸轮面43a具有圆弧状部(平坦部)且形成为整体上向内周侧鼓出。
附图标记说明
1…旋转装置(装置)；2…外周侧旋转体(第一部件)；3…内周侧旋转体(第二部件)；5…定心结构；11…外周侧凸轮面；12…内周侧凸轮面；13…滚子(滚动体)；15…容纳空间。

Claims (7)

1.一种定心结构，设置于具有第一部件和第二部件的装置，所述第一部件具有环状的内周面，所述第二部件具有与所述内周面相对的环状的外周面且能够与所述第一部件在预定的角度范围内相对旋转，其特征在于，具备：
多个外周侧凸轮面，沿圆周方向排列形成于所述第一部件的内周面；
多个内周侧凸轮面，形成在所述第二部件的外周面上与所述外周侧凸轮面相对的位置，并在与所述外周侧凸轮面之间构成容纳空间；以及
多个滚动体，配置于多个所述容纳空间，且能够沿所述外周侧凸轮面和所述内周侧凸轮面滚动，并且在所述第一部件与所述第二部件相对旋转的情况下，使所述第一部件或所述第二部件在所述第一部件的内周面的中心与所述第二部件的外周面的中心一致的方向上移动。
2.根据权利要求1所述的定心结构，其特征在于，
所述容纳空间的径向间隙随着从圆周方向的中央部向圆周方向两侧行进而变小。
3.根据权利要求1或2所述的定心结构，其特征在于，
所述第一部件的外周侧凸轮面形成为向外周侧鼓出，
所述第二部件的内周侧凸轮面形成为向内周侧鼓出。
4.根据权利要求3所述的定心结构，其特征在于，
所述外周侧凸轮面是半径从圆周方向的中心朝向圆周方向两侧逐渐变小的形状，
所述内周侧凸轮面是半径从圆周方向的中心朝向圆周方向两侧逐渐变大的形状。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的定心结构，其特征在于，
所述多个外周侧凸轮面和内周侧凸轮面形成于隔着所述内周面和所述外周面的中心而相对的位置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的定心结构，其特征在于，
所述第一部件具有环状部，所述环状部具有所述内周面，
所述第二部件具有圆板部，所述圆板部配置于所述环状部的内周侧且具有所述外周面。
7.一种旋转装置，其特征在于，具备：
第一部件，具有环状的内周面；
第二部件，具有与所述内周面相对的环状的外周面，并且能够与所述第一部件在预定的角度范围内相对旋转；以及
权利要求1至6中任一项所述的定心结构，对所述第一部件和所述第二部件进行定心。
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