CN112483544A - 自动调隙轴承或者推力滚齿齿轮 - Google Patents

Abstract

本发明是可以自动调隙的轴承或者推力滚齿齿轮，涉及材料和机械技术领域，其主要目的是提供一种自动调整游隙或者间隙的技术，可应用于轴承或者推力滚齿齿轮，使后者拥有相对稳定的游隙或者间隙，主要技术方案是通过对摩擦体结构的合理设计，用温控变形体或者电动装置使摩擦体随工况发生变形或位移，与已知的轴承或者推力滚齿齿轮相比具有游隙或间隙更稳定，所能承受的极限转速更大，运转更平稳，精度更高等的特点。此种自动调隙技术可以使用在滑动轴承、滚动轴承、推力滚齿齿轮及其他需要自动调隙的机械装置中。

Description

自动调隙轴承或者推力滚齿齿轮

技术领域

本发明涉材料力学和机械学，属于机械技术领域。

背景技术

目前已为公众所知的轴承或者推力滚齿齿轮都存在游隙或间隙随使用情况变化的缺陷，其主要原因是负载的变化和因摩擦产生的热量导致工件温差。负载变化主要是因各零件受负载后的形变所引起；在温度变化的因素中，通常处于内圈的摩擦面和处于外圈的摩擦面散热条件不同，导致外圈温度低，内圈温度高，内圈由径向向外膨胀多，外圈由径向向外膨胀少，内外圈之间的间隙减小，如果是推力滚齿齿轮或者滚动轴承，再加上内外圈之间滚动体的热膨胀，会导致游隙或间隙进一步减小，这对轴承或者推力滚齿齿轮的精度、寿命、定位等都有较大影响，尤其是对于推力滚齿齿轮，由于各滚动体之间需要传递推力(参见中国专利：ZL 201820925392.6)，因此游隙必须为零或者负数，且在负载增加时游隙也不能大于零，运转中出现温差后游隙进一步减小，因此导致工件寿命不长，本发明将公开解决此类问题的方法。

发明内容

本发明的目的是改良轴承或者推力滚齿齿轮的材料和结构，使其游隙或者间隙在一定使用范围内保持稳定，或者变化较小，提高精度、寿命等性能。

本发明的技术方案为：自动调隙轴承或者推力滚齿齿轮，其中包含的摩擦体是摩擦面的载体，在滑动轴承中是指轴套或者轴瓦，在滚动轴承或者推力滚齿齿轮中是指滚道，其特征是：在轴承或者推力滚齿齿轮中包含至少一个自动调节装置，自动调节装置是指温控调节装置或者电控调节装置。其中的温控调节装置是指所使用材料的热膨胀系数与摩擦体不同，或者其中包含热膨胀系数与摩擦体不同的材料，因此，当温度变化时此温控调节装置会相对摩擦体发生位移或者变形，此位移或者变形所产生的力为变形力；其中的电控调节装置是指可在电力控制下输出动力的装置，以上两种调节装置之一或者协同向轴承或者推力滚齿齿轮施加力，在此动力的直接作用或间接作用下可以使轴承或者推力滚齿齿轮所包含的间隙或者游隙发生变化；或者是：为轴承或者推力滚齿齿轮提供精确的定位或提高精度，以上两种目的之一或者两种目的都有。通常这种作用力会使摩擦体的有效摩擦面发生可以改变轴承或推力滚齿齿轮的间隙或游隙的变化，这种变化发生的原因可以是但不必须包括有预应力的作用，也可以是在没有预应力的情况下发生。作为一种有益的选择，这种变化的明显特征可以是：在间隙或者游隙将要或正在变小时，在自动调节装置的作用下摩擦面向摩擦位置的相反方向位移，或者变形，或者通过位移改变摩擦体的有效摩擦部位置，从而改变在承载力方向上受力部位的几何尺寸，其目的是抵消各工作部件原本会变化的游隙或间隙，当游隙将要或正在变大时，发生反向变化。

这种变化的发生的目的也是本发明的目的，其第一目的是：抵消因温差梯度带来的间隙或者游隙改变；第二目的是：抵消因负载变化而改变的间隙或者游隙，同时还能抑制滚动轴承或者推力滚齿齿轮中滚动体打滑；第三目的是：为轴承或者推力滚齿齿轮提供精确的定位或提高精度。

这种间隙或者游隙的变化，往往发生在工件承载力的受力方向上，其原理可以是温控或者电控调节装置对工件额外施加的力使工件发生横向弹性形变，或者是工件在承载力的受力方向上有预应力，额外施加的力使预应力发生改变，从而使工件发生弹性形变，也可以是工件的结构在承载力的受力方向上是自锁结构，额外施加的力与承载力方向不同，改变了自锁结构的自锁位置或者接触位置，使工件发生变形或位移，从而实现间隙或者游隙的变化。具体实施中可以是以上几种原理之一或者几种的组合，其中摩擦体发生位移或者变形的原理包括但不限于以下几种情况：摩擦体支撑部变形，或者包含楔形的部件相对滑动，或者伸拉变形，或者挤压变形，或者因预应力改变变形其中之一或多种的组合。

摩擦体发生位移或者变形的原理，其中的支撑部变形可以是，在摩擦体下方有至少一个独立的支撑部，摩擦体支撑部可以是由多个单独的部件组成也可以是一个整体的独立部件，或者支撑部就是轴本身，支撑部为摩擦体提供负载的支撑力，因为负载的施力方向已知，所以摩擦体和支撑部可以设计成在负载压力下稳定的且有变形空间的结构，当温度变化或者需要时，由温控或者电控调节装置直接或间接向摩擦体或支撑部施加与负载不同方向的力，摩擦体或支撑部可以在弹性变形范围内实现稳定的变形，从而自动调整间隙或者游隙。

摩擦体发生位移或者变形的原理，其中的支撑部变形也可以是，在摩擦体的摩擦面之外至少有一个和摩擦体为一个整体的可变形结构，当温度变化或者需要时，由温控或者电控调节装置直接或间接向可变形结构施加力量，带动摩擦体在弹性变形范围内伸拉或压缩变形，从而使摩擦体发生稳定的变形。

摩擦体发生位移或者变形的原理，其中包含楔形的部件相对滑动可以是，在摩擦体和摩擦体支撑部中至少有一个在负载力方向的剖面或者轴向剖面上是楔形，当温度变化或者需要时，由温控或者电控调节装置直接或间接向摩擦体或摩擦体支撑部施加力，使摩擦体和摩擦体支撑部发生相对的滑动，由于其中包含楔形结构，可在弹性变形范围内发生负载力方向的变形。

摩擦体发生位移或者变形的原理，其中包含楔形的部件相对滑动也可以是，摩擦体的摩擦面不垂直于承载力方向，但是在承载力方向上是稳定的结构，当温度变化或者需要时，由温控或者电控调节装置直接或间接向摩擦体施加与承载力方向不同向的力，使摩擦体发生位移，由于摩擦面在承载力方向的剖面上是楔形，进而实现摩擦体在承载力方向上的靠近或远离。

摩擦体发生位移或者变形的原理，其中的伸拉变形，或者挤压变形可以是，当温度变化或者需要时，由温控或者电控调节装置直接或间接向摩擦体施加与承载力不同方向的伸拉或者挤压力，使摩擦体产生横向弹性变形，实现摩擦面在承载力方向上的靠近或远离。在温控或者电控调节装置可能施加力量的范围内，当摩擦体所用材料的泊松比不足以抵消热膨胀系数或因负载产生的变形时，可以配合其他使摩擦体发生位移或者变形的原理共同使用。

摩擦体发生位移或者变形的原理，其中的因预应力改变变形可以是，在轴承或者推力滚齿齿轮安装时，给摩擦体施加预应力，使摩擦体的摩擦面向摩擦的方向靠近或远离，当温度变化或者需要时，在温控或者电控调节装置直接或间接作用下预应力减小，或施加预应力相反方向的力，使摩擦体发生变形。

作为一种有益的改进，在摩擦体的承载力方向的后方还包括摩擦体支撑部，摩擦体支撑部可以是单独的部件也可以是轴本身。其结构特征是：在轴向或者承载力方向的剖面中，从摩擦面到摩擦体支撑部的全部结构中包含但不限于：有与摩擦面不平行的面，或者有包含空隙的结构，或者摩擦体与其支撑部的两个配合面至少其中之一包含曲线或者楔形，或者锥面，或者呈锯齿形状，或者由多个楔形或曲面组合成锯齿形状，或者螺旋的锯齿状楔形具有以上其中之一或者多种的组合。这种改进的好处是，可以为摩擦体的变形或位移预留出空间。摩擦体和摩擦体支撑部的配合处在承载力方向上可以是自锁的结构，当自动调节装置工作时自锁位置发生改变，从而使摩擦体在承载力方向上发生变形或者位移。其中的螺旋的锯齿状楔形的好处是结构更紧凑，温控调节装置可以比较贴近摩擦面，温度传递快，响应速度快，并且可以比较方便的安装。

作为一种进一步的改进，摩擦体与其支撑部配合面在轴剖面上的曲线至少其中之一包含了变曲率半径的曲线，且在无外力作用时两者不完全重合，这种结构即保留了摩擦体变形的空间，也满足了在承载力方向上自锁的要求。在具体设计中，这种不完全重合的曲线的获得方式可以是由不同曲线的配合来获得，或者是通过将两条等距曲线中曲率半径较大的那一个截去中间的一部后，将剩下的两部分重新对接后作为其中一条变曲率半径的曲线，然后再和另一条曲线相配合来获得。

作为一种实施方法，温控或者电控调节装置输出力的传导方法包括但不限于：液压传导或者机械传导。其中的机械传动可以包括但不限于：直接传导，或者坡面滑动，或者杠杆，或者变力矩传动，或者连杆，或者螺旋纹滑动，或者弹性传导，其中之一或者多种的组合。作为一种可选的实施方案：为变形力的传动装置提供支点或着力点的部件其相对位置或者预应力可调，以适应不同的使用环境温度。

根据具体设计，当温控或者电控调节装置产生的变形力的大小与方向和需要向摩擦体施加的力一致时，可以使用直接传导的方法；当不一致时，可以使用液压传动、变力矩传动、坡面滑动、杠杆、连杆、螺旋纹滑动等传导方法，改变力的大小或方向。变形力的传导方法中的弹性传导有两个作用，一是可以改变力的方向和大小，当向一个弹性体施加一个力时，弹性体变形过程中会产生一个其他方向和大小的力，比如波纹形弹簧、弓形弹簧等；二是可以减缓变形力的施加过程，这可以减缓冲击，保护摩擦体材料。因此弹性传导可以单独使用，也可以和其他传导方法配合使用，比如在设计杠杆、连杆或者其支点时可根据需要的刚度，设计所需要的形状和材料。

温控调节装置的设计方法：温控调节装置中包含了使用的材料热膨胀系数与摩擦体不同的部分，这部分是温控变形体，是温控调节装置输出变形力的主要来源，温控变形体和摩擦体或者和摩擦体支撑部之间可以有热交换装置。当主要使用温控调节装置的轴向变形力时，温控变形体的结构可以是非闭合环的结构，或者在周向上均匀排列，主要目的是减小其径向膨胀对调隙效果的影响；当主要使用温控调节装置的径向变形力时，温控变形体可以是完整的闭合环状结构或者在两端周向上固定的螺旋结构。

温控变形体在实际选材中，热膨胀系数较高的常见材料有较多材料的刚度不高，比如铝镁合金或者液体，比如煤油、硅油等液体，因此可以在其外层设计有耐磨或刚度较高的材料包覆，同样耐磨或刚度较高的包覆材料可以有与其他零件配合的面，也可以是在周向上均匀排列的。当热膨胀系数与摩擦体不同的部分所使用的材料中包含液体时，包覆材料可以是封闭的环状管或波纹管或其他封闭的囊状结构，此时包覆材料可以有两层，一层是刚度较低、弹性变形能力较强的材料构成封闭的囊状结构，例如囊壁为波纹管结构的弹簧钢材质，另一层是刚度较高的材料，刚度较高的这层材料，其结构可以不是封闭的，且可以在温控变形体的变形作用下向外传导变形力。

作为一种选择，当使用密封的囊状结构包覆液体材料作为温控调节装置变形力的主要来源时，囊状结构的囊壁可以是包括但不限于环形管，或者环状波纹管，或者柱状波纹管或者带波纹形状的椭球体或者其他有折叠的形状，且可以在不希望其变形的方向上设置加厚的结构，以阻止其向这个方向变形，并引导其向需要的方向变形。比如环形圆管或者环状波纹管，本身可以是由一根直的管道弯曲后首尾衔接获得，根据具体设计需要，如果不希望其向环的圆心方向变形，可以在内侧增加厚度或设计加强筋，以引导其沿径向向外变形。

作为一种选择，当使用密封的囊状结构包覆液体材料作为温控调节装置变形力的主要来源时，囊状结构的密封办法可以是包括但不限于焊接或者粘接，其中优选的焊接方法是：先将开口的囊状结构浸没在所需灌入的液体材料中，确认装满后，在液面下焊接，在焊接的同时，囊的外侧有液体流动，以带走多余的热量。液面下焊接的好处是可以避免囊内进入气体，并且在封口完成后能使内部的液体对囊壁有一定预应力。

为了进一步说明这种密封办法，可以举一个具体的设计案例，此案例只是为了使这种密封办法更直观，不能限制本发明的保护范围：一个以弹簧钢制作的波纹空心管首尾衔接构成的囊，假设其设计的使用环境温度在20℃左右，密封时，在零下15℃条件下将开口的囊状结构浸没在煤油中，确认煤油已经充满囊状结构内后，在煤油液面下用焊接器对开口处进行焊接，同时有煤油在焊接口附近高速流动，以带走多余的热量，待到焊接完成，且焊口温度降到足够低后，将包覆有煤油的囊状结构从煤油液体中取出。使用-15℃低温环境的原因是，焊口附近高速流动的煤油会降低焊口处的液压，使囊状结构内部的煤油外流，低温下煤油密度增加，可以抵消这部分流失的液体，当温度上升到20℃时，囊内的煤油可以对囊壁有一定的膨胀预应力，这能提高囊对温度的反应速度。当囊的形状是便于通过施加外力使其容积增加的形状时，比如直的波纹圆管或者由内外两层波纹管组成的环状波纹管，可以不使用低温环境，直接在焊接时保持一定伸拉外力，使其内部充入足够的液体。

温控变形体的热膨胀系数要参考具体零件的有效导热系数、内外摩擦体尺寸、温控变形体的体积、自动调节装置中传动机构的传动比等因素来综合考量。在实际选材中，可以使用合金或者混合液体来达到所需要的热膨胀系数。所以，温控调节装置或者温控变形体所使用材料中可以包含但不限于有：含铝材料、或含镁材料、或含镍材料、或含铜材料、或含碳材料、或形状记忆合金、或陶瓷、或其他合金、或油、或其他液体材料其中之一，或者两种或多种的组合。

以上通过对温控调节装置温度的被动控制，或者是在电控调节装置的作用下，可以实现本发明的第一个目的：抵消因工作温差带来的热膨胀而改变的间隙或者游隙。

作为一种有益的改进，可以增加主动调隙功能。可以在本发明的自动调节装置中增加温度传感器或主动加热部件，或者两者都有。可根据温度传感器读数判断摩擦体需要变形的量，并可以对温控变形装置加热以输出变形力，或者由电控调节装置根据温差主动调节。其中的温度传感器可以直接或间接探测摩擦体或者温控调节装置的温度，主动加热部件可以直接或间接对温控调节装置加热且至少加热温度可控。

当负载变化时，各工件变形量也发生改变，因此游隙或者间隙也会发生改变，对于推力滚齿齿轮或者滚动轴承来说，滚道中的承载区大小也会发生改变，当在非承载区时，滚动体接触载荷较小，所提供的摩擦拖动力不足以抵抗自转阻力时，滚动体会出现打滑现象。因此，作为一种进一步的改进，还可以增加环境温度传感器，并传输转速数据或负载数据来预判是否需要加热以及加热温度，或者由电控调节装置根据负载变化主动调节。这样做的好处是可以预判需要的变形量，并且给主动加热预留时间。这种改进对活动的关节轴承或者推力滚齿齿轮尤为适用，因为关节轴承或者推力滚齿齿轮常应用在机械臂上，因此其负载在使用中是随时变化的，且在大多数情况下，其负载和转速是可以预先知道的，因此配合与之同步的主动调隙对成品质量有较大提升。

作为一种进一步的改进，还可以在温控调节装置上增加散热机构，比如将温控变形体的一部分暴露在环境中，或者加上散热片。更进一步的，可以加上主动散热机构，使温控变形体的温度可以更精确的控制。

以上通过对温控调节装置温度的主动控制，或者由电控调节装置根据使用情况主动调节，可以实现本发明的第二个目的：抵消因负载变化而改变的间隙或者游隙，同时还能抑制滚动轴承或者推力滚齿齿轮中滚动体打滑。

作为另一种有益的改进，在各部件之间可以设置防止滑动摩擦的部件，其目的是防止因惯量或其他原因导致部件之间滑动摩擦，使温度不正常升高，影响自动调隙装置的调整效果。比如可在摩擦体、摩擦体支撑部和自动调节装置三者之间设置定位销；在自动调隙推力滚齿齿轮中，其中的齿即是滚道中的滚动体，可在其中一部分或全部的滚动体上增加齿轮，且滚道上有与之啮合的齿圈，其目的是防止滚动体与滚道发生滑动摩擦，滑动摩擦会使滚动体或滚道局部快速升温，使游隙出现不必要的变化，这会影响自动调节装置的调节效果。作为一种选择，齿圈可以设计在滚道的挡边位置，且可使以下两个公式同时成立：d≤D；d₁≤D₁。以上两个公式中d是滚道上齿圈分度圆的直径，D是滚道摩擦面的直径，d₁是滚动体上齿轮分度圆的直径，D₁是滚动体摩擦面的直径。这样做的好处是齿圈可同时具有挡边的功能。作为另一种选择，相邻滚动体上的齿轮互相啮合且与滚道上的齿圈同时啮合。

作为一种有益的设计方式，尤其是需要单独控制某部分的产品，可以将变形力只作用于某一个摩擦体或者某个摩擦体的某些部分，比如将温控变形部件靠近某一个摩擦体或滚动体，并且用变形力去调控另一个摩擦体；或者由电控调节装置根据运转情况主动调节指定的摩擦体或者指定摩擦体的指定部位。这样做的好处是可以有选择的精确控制其中某一部分零件的位置或尺寸。

为了进一步说明这种设计方式的好处，可以举一个具体的设计案例，此案例只是为了使这种设计方式的好处更直观，不能限制本发明的保护范围：以某种推力滚齿齿轮为例，此推力滚齿齿轮为圆柱形内齿轮，中间有与之啮合的传统固定齿齿轮，当温度升高时，内滚道、滚动体、固定齿齿轮三者温度都上升较多，也都发生热膨胀，此时如果调整内滚道的外径，使之沿径向内缩，滚动体也会随之向轴心靠拢，此时在轴心位置的固定齿齿轮也发生了热膨胀，已经沿径向向外膨胀，因此不利于啮合。比较好的设计方法是，只调节外滚道的内径，使之沿径向向外扩张。

以上通过对自动调节装置调节对象的选择，可以实现本发明的第三个目的：为轴承或者推力滚齿齿轮提供精确的定位或提高精度。

作为一种对自动调节装置传动机构的有益设计，可以使用变力矩传动机构来传导变形力，使变形力的作用符合摩擦体或摩擦体支撑部的变形需求。比如当摩擦体和摩擦体支撑部的配合处在承载力方向上可以是自锁的结构，当温控或者电控调节装置工作时自锁位置发生改变，其自锁位置的位移轨迹可能是曲面，且其变形比例和位移距离可能不是简单正比关系，而温控或电控调节装置通常输出的力是直线或为简单正比关系，此时可以使用变力矩传动来实现同步。

为了进一步说明这种设计方式的好处，可以举一个具体的设计案例，此案例只是为了使这种设计方式的好处更直观，不能限制本发明的保护范围：以摩擦体和摩擦体支撑部的配合处为不重合的曲面为例，变形时其自锁点在曲面上移动，且其轴向变形量和径向位移量为正切函数关系，此时可以使用含滑动曲面或者变力矩杠杆的传动机构来传动，以实现其径向位移符合间隙或游隙变化的同步需求。

作为一种对自动调节装置传动机构的有益改进设计，传动机构可以包含动力超安全区间保护设置。在轴承或者推力滚齿齿轮中，游隙或者间隙的可调空间是有限的，作为摩擦体的材料其弹性变形的范围也是有限的，而自动调节装置可输出的变形力不一定在以上两个范围内，尤其是当只使用温控调节装置时，可输出的变形力只和温度相关，因此，作为一种保护，可以在设计传动机构时设计包含超安全区间保护设置，也就是当位移距离超过设计的限定值，传动机构不再向目标零件传导力。

以上通过对自动调节装置传动机构的改进，可以使本发明具体设计的应用范围和产品的适用范围扩展。

本发明的明显优势是：轴承或者推力滚齿齿轮可以有比较固定的间隙或游隙，可以提高精度、承载力和使用寿命，以及有更广的环境温度适应范围。

参照附图，通过以下实施方式的描述，本发明的优势会进一步明确。附图中的具体设置只是对本发明原理的说明和根据本发明公布的方法和原理做出的具体设计，并不能限制本发明的保护范围。

附图说明

图1是摩擦体支撑部作为独立部件，在自动调节装置作用下支撑部变形带来游隙变化的原理图。图1-1是变形前，图1-2是变形后。

图2是包含可变形部分的摩擦体，在自动调节装置作用下变形带来游隙或间隙变化的原理图。

图3是将图1和图2的两种原理分别在图中上下两个部分应用的示意图。

图4是摩擦体在自动调节装置作用下变形带来游隙变化的原理图。

图5是楔形滑动的一种应用示意图。

图6是楔形滑动的另一种应用示意图。图6-1是调节前，图6-2是调节后。

图7是轴向或者承载力方向的剖面图，摩擦体和摩擦体支撑部的配合处为非重合曲线的变形原理示意图。图7-1是摩擦体和摩擦体支撑部在没受外力时的剖面形状，图7-2是受额定负载后的剖面形状，图7-3是受到变形力作用后的剖面形状。

图8是自动调节装置和摩擦体、摩擦体支撑部三者构成一个可调自锁机构的一种应用的示意图。

图9是温控调隙装置在推力滚齿齿轮中的一种应用示意图。

图10是在电控调节装置中使用液压传动的一种应用的示意图。图10-1是推力滚齿齿轮轴剖面示意图；图10-2是图10-1中推力滚齿齿轮外滚道中摩擦体和摩擦体支撑部之间接触面的放大示意图。

图11是在楔形滑动调隙原理中应用杠杆传动的示意图。图11-1是摩擦体的轴向剖面立体视图；图11-2是图11-1中的摩擦体和其他部件安装后的轴向剖面图；图11-3是图11-2中上部杠杆和自动调节装置接触部的放大图。

图12是几种自动调隙装置的原理应用示意图。图12-1是图7所展示原理的一种应用；图12-1-1是图12-1的传动部位放大图；图12-2是可调自锁型楔形滑动装置的一种应用；图12-3是液体作为温控调节装置动力来源的一种应用示意图；图12-3-1是图12-3中温控调节装置的放大图。

图13是在圆柱形推力滚齿内齿轮中只调节外滚道的一种应用的示意图。

图14是用电控调节装置用杠杆传动为推力滚齿齿轮提供精确定位的几种应用的示意图。图14-1是只调节外滚道的示例；图14-2和图14-3是内外滚道同时调节的示例。

图15是推力滚齿齿轮中滚动体含有齿轮的示意图。图15-1是轴端面视图，图15-2是滚动体单独的示意图。

图16是主动调节装置工作流程示意图。

图中符号说明：a——摩擦体；a1——包含可变形部分的摩擦体；b——摩擦体支撑部；b1——摩擦体支撑部的可变形部分；c——自动调节装置；c1——温控变形体；c2——温控变形体的弹性囊；c3——温控变形体的刚性包覆层；c4——散热装置；c41——热交换装置；c5——加热装置；c6——电动调节装置；c61——电动调节装置的线圈；c62——电动调节装置的磁铁；d——轴承；e——滚动体或者滑动轴承的轴；f1——自动调节装置输出力的方向；f2——自动调节装置对摩擦体或摩擦体支撑部作用力方向；f3——摩擦体支撑部支撑力方向或负载方向；f4——摩擦体变形或位移方向；g——接触部位；h——弹簧；j——定位环；k——杠杆；k1——杠杆穿过的孔；k2——液压传动装置；k3——顶杆；k4——顶杆可穿过的洞；k5——导杆；m——推力滚齿齿轮的齿；n——凹槽；o——轴心；p——杠杆支点；q——焊接处；r——齿轮。

具体实施方式

参照附图说明本发明的优选实施方式。

图1是摩擦体支撑部作为独立部件，在自动调节装置作用下支撑部变形带来游隙变化的原理图。图1-1是变形前，图1-2是变形后。由图1-1中可知可变形的摩擦体支撑部b1支撑着摩擦体a，使摩擦体靠近摩擦面体方向，对比图1-2可知，当自动调节装置c向左右膨胀变长时，摩擦体支撑部b1变形，使摩擦体远离摩擦面；反之，当自动调节装置c缩短时，摩擦体会反向变形。

图2是包含可变形部分的摩擦体，在自动调节装置作用下变形带来游隙或间隙变化的原理图。由图可知，摩擦体a1包含可变形的部分，和图1相同，在自动调节装置的作用下会远离或靠近摩擦面，不同的是图2中的摩擦体还会随着变形部一起变形，其摩擦面的曲率半径也会随着发生变化，这种变化可以应对摩擦面对面的轴或者滚动体膨胀和缩小所带来的曲率半径变化。

图3是将图1和图2的两种原理分别在图中上下两个部分应用的示意图。图中上半部的是可变形的摩擦体a1，下半部的是可变形的摩擦体支撑部b1，由图可知，以上两种调隙原理可以但不限于用在滚珠轴承或者滑动轴承中。

图4是摩擦体在自动调节装置作用下变形带来游隙变化的原理图。由图可知，自动调节装置c对摩擦体a有一个牵拉的预应力，方向f2，使摩擦体a靠近滚动体或轴e，当自动调节装置c如f1方向发生位移或变形，摩擦体a与滚动体或轴e的距离发生改变，方向f4。

图5是楔形滑动的一种应用示意图。由图可知，摩擦体a、摩擦体支撑部b和自动调节装置c构成了一个自锁装置，其中摩擦体a为一个楔形，其与滚动体或轴e的接触点为g，自动调节装置c固定在摩擦体支撑部b上，当c沿b的垂直方向向g的方向伸展时，a会沿着与b的接触面向外滑动，使间隙或游隙变大，当c反向作用时，游隙变小。由图可知，此种调隙原理可以但不限于用在滚珠轴承或者滑动轴承中。

图6是楔形滑动的另一种应用示意图。图6-1是调节前，图6-2是调节后。由图可知，这是利用了自动调节装置c的轴向调节功能，c在周向上可以是断开的，可以是在周向上均匀排列安装在摩擦体支撑部b上。图中c的一端通过焊接处q固定在b上，另一端连接在摩擦体a上，且c可以轴向伸缩。摩擦体a和摩擦体支撑部b的配合面是圆锥面，a在c的伸缩作用下上下滑动，同时受b的径向挤压力发生变化，从而使a发生径向变形。a与c的连接处为螺旋纹连接，这种连接的好处是方便安装，且可以在滚动体e安装完成后再安装a，然后通过旋转a调节好原始预应力和游隙后，再将a在周向定位，定位方法包括但不限于在a和b的接触部沿接触面方向插入定位销。作为一种选择，a和b的接触面角度在径向承载力作用下可以是自锁的。

图7是摩擦体和摩擦体支撑部的配合处为非重合曲线的变形原理示意图。图7-1是摩擦体和摩擦体支撑部在没受外力时的剖面形状，图7-2是受额定负载后的剖面形状，图7-3是受到变形力作用后的剖面形状。由图可知摩擦体a和摩擦体支撑部b在负载f3的方向上是自锁的，接触面为两侧的g，中间位置还有空隙，当受到f2方向的拉力或压力变形时，a和b靠拢，接触面g的位置移向中间，此时，a和b互相靠拢，总厚度变薄。由图还可知a和b的功能可以互换，也就是在同一个配合中，当a为摩擦体时，b为摩擦体支撑部；当b为摩擦体时，a为摩擦体支撑部。

图8是自动调节装置和摩擦体、摩擦体支撑部三者构成一个可调自锁机构的一种应用的示意图。由图可知，温控变形体c1是以轴心为轴的圆环或螺旋，在c1的外层包覆着刚性包覆层c3，c3在周向上是断开的或在周向上均匀排列安装的c1上，因此c1可以使用刚度较低的材料，比如铝合金或者装有液体的弹性囊。当温度降低时，c1带着c3向轴心位置移动，在其作用下摩擦体a沿径向被向外挤出，当温度升高时，a回弹，因此可应用于内滚道或轴套。由图8还可知，当a和b的功能互换时，也可以设计应用于外滚道或者轴瓦。当c1和c3如图8中为螺旋结构时，可以和a、b旋转安装。这种设计的好处是结构紧凑，温度传递速度快，反应迅速，且方便安装和调试。此种设计如果用在旋转的部件中，应充分考虑径向离心力，或周向应力的影响。

图9是温控调隙装置在推力滚齿齿轮中的一种应用示意图。图9和图6相同，摩擦体a和摩擦体支撑部b的配合面也是圆锥面，a的变形原理相同，不同的是：图9中的温控变形体c1在摩擦体a与摩擦体支撑部b配合面的外层，这种设计的好处是摩擦体支撑部b对摩擦体a的支撑面积更大，整个机构可以承载更大负载。另外c1为液体，且c1在波纹管状的温控变形体弹性囊c2中，囊中还包括加热装置c5，囊外有散热装置c4，在波纹管c2和摩擦体a之间还有刚度较高的包覆层c3，另外有弹簧h，在温度降低c1收缩时，弹簧h可以将a压入复位。

这种设计的另一个好处是，温控变形体c1可以为液体，当摩擦体a为常用的轴承钢时，c1可以选择比a热膨胀系数大几十倍以上的液体，这样比较容易满足a和b的配合面在负载方向上为自锁的较小角度的需求。

这种设计的还有一个好处是，温控变形体c1和弹性囊c2在整个装置外层，可以比较方便的添加被动和主动散热装置，和加热装置c5配合可以比较精确的控制调隙的工况。

图10是在电控调节装置中使用液压传动的一种应用的示意图。图10-1是推力滚齿齿轮轴剖面示意图；图10-2是图10-1中推力滚齿齿轮外滚道中摩擦体和摩擦体支撑部之间接触面的放大示意图。图10和图9相同，摩擦体a和摩擦体支撑部b的配合面也是圆锥面，a的变形原理相同，不同的是：图10只调节了外滚道，其好处如同本发明说明书中[0030]到[0031]段落的说明，可以提高推力滚齿齿轮的精度，或是实现轴承精确定位。其中电控调节装置的好处是反应迅速，可以应对负载快速变化的情况。液压传动的好处是可以通过调整液压力矩减小电机功率。由图10-2可知，本案例和图9的案例还有不同的地方是：外滚道中a和b的配合面是分段的圆锥面，这种设计的好处是a的整体厚度较均匀，受b的径向压力时变形也较均匀，且整体结构更加紧凑。作为一种选择，这种分段的圆锥面可以设计成螺旋形的，好处是可以方便安装。

图11是在楔形滑动调隙原理中应用杠杆传动的示意图。图11-1是摩擦体的轴向剖面立体视图；图11-2是图11-1中的摩擦体和其他部件安装后的轴向剖面图；图11-3是图11-2中上部杠杆和自动调节装置接触部的放大图。图11和图10相同，摩擦体a和摩擦体支撑部b的配合面也是圆锥面，a的变形原理相同，不同的是：图11使用了杠杆传动，其好处是结构简单，方便安装。从图11-1和图11-2可知，杠杆k在径向剖面中呈放射状安装，且插入a上的孔k1中，k与a的接触面为曲面，这样设计的目的是a的受力更均匀且没有弯曲扭力。由图11-2可知，杠杆传动的支点p是定位环j与k的接触点，由于j是通过螺纹与b连接的，所以支点p的位置可调，这种设计的好处是方便随时调试游隙的初始大小，且当c为温控调节装置时，可以使轴承或者推力滚齿齿轮适应不同的使用环境温度。由图11-2和图11-2-1可知，k为变力矩杠杆，且k与c的接触面为曲面，这样设计的目的是使变形力输出更平稳。由图11-2-1还可知，这样的设计还使k具有超安全区间保护设置，c沿径向向外滑动时，当超过k的最低点后，将不再对k继续施加力。

图12是几种自动调隙装置的原理应用示意图。图12-1是图7所展示原理的一种应用，图中自动调节装置c沿径向向外扩张，方向f1，受摩擦体支撑部b的阻挡后向摩擦体a施加轴向力f2，为了使a更容易在f2作用下被拉长，还在a上有凹槽n，n还可以作为润滑油的油槽。a和b的接触部在b的表面滑动，其自锁位置的位移轨迹是曲面，且其变形比例和位移距离不是简单正比关系，而温控或电控调节装置通常输出的力是直线或为简单正比关系，此时可以使用变力矩传动来实现同步，见图12-1-1，a与温控变形体的刚性包覆层c3的接触面在轴剖面中为曲线。作为一种选择，a和c3接触面在轴剖面中的曲线旋转90°角后可以和b与a的配合面为平行曲线。

图12-2是可调自锁型楔形滑动装置的一种应用，和图5类似，图12-2也是摩擦体a、摩擦体支撑部b和自动调节装置c构成了一个自锁装置，其中摩擦体a为一个楔形，也是通过a的滑动来实现调隙。不同的是，图12-2中的b与a的两个接触面是相交的非平行面，这样设计的好处是，可以更好的应对滚动体或轴为鼓形的情况。

图12-3是液体作为温控调节装置动力来源的一种应用示意图；图12-3-1是图12-3中温控调节装置的放大图。图12-3和图9相同，温控变形体c1为液体，且c1在波纹管状的温控变形体弹性囊c2中，不同的是，图12-3中摩擦体a和摩擦体支撑部b之间的配合面是不重合的曲面，需要用变力矩的传动装置，因此，图12-3中b和顶杆k3的接触面为曲面，且b中还包含了k3可以穿过的洞k4，这样设计的好处是，使传动装置具有超安全区间保护的功能，当b变形向a靠拢超过某点时，k3会穿过k4，不再继续向b施加力。另外，c1和a之间还有锯齿状的热交换装置c41，可以使温控调节装置的反应更迅速；作为一种选择，c41可以是温控调节装置与a之间的螺旋纹连接器，可以交换热量同时可以将温控调节装置固定在a上。温控调节装置中还包含了导杆k5，其目的是使c2的输出力方向不变。

图13是在圆柱形推力滚齿内齿轮中只调节外滚道的一种应用的示意图。由图可知，本案例中自动调节装置c挂在定位环j上，且可以沿径向向杠杆k施加力，因c的施力方向并非是随k旋转的切线方向，所以构成了变力矩传动机构，符合了外滚道摩擦体a和摩擦体支撑部b之间的配合面是非重合曲面的变形需要。外滚道中的焊接处q的作用是使a方便安装，作为一种选择，a和b的配合面的获得方式可以是：先制作两个平行曲面，然后将a的中间一部分截掉后，在q处重新焊接。a上凹槽n的作用是使a更容易变形、增加润滑、降温等。本案例中，j是通过螺旋接口与b连接的，因此可以通过旋转j调整自动调节装置c对a的预应力，以改变调隙的反应速度，或者是适应不同的环境温度。

图14是用电控调节装置用杠杆传动为推力滚齿齿轮提供精确定位的几种应用的示意图。图14-1是只调节外滚道的示例；图14-2和图14-3是内外滚道同时调节的示例。图14和图10一样，都是采用了外滚道楔形摩擦体a相对摩擦体支撑部b轴向滑动的调隙原理，也都是采用了电控调节装置c61和c62，不同的是：图14的设计案例使用的是杠杆传动，杠杆k穿过外滚道的a支撑在b上的支点p上，c61固定在内滚道a上，c62固定在k上，c61和c62的相对面是以p为圆心的弧面，k与a的接触面为渐开线，这样设计的好处是可以使电控调节装置和传动装置更紧凑。图14-1中的案例中，当电控调节装置开始工作，c62通过k带动外滚道的a上下滑动，实现调隙。图14-2和图14-3中内滚道的a和外滚道的a都可以做轴向滑动，因此摩擦体a可调隙的范围和滚动体e的可定位范围更大，根据楔形斜面的倾斜方向和角度不同，对调隙或定位的效果有所不同，因此也适用于不同的应用。

图15是推力滚齿齿轮中滚动体含有齿轮的示意图。图15-1是轴端面视图，图15-2是滚动体单独的示意图。由图可知，部分滚动体e的两端有齿轮r，且滚道a上有与之啮合的齿圈，齿圈设计在滚道a的挡边位置可同时具有挡边的功能。

图16是主动调节装置工作流程示意图。由图可知，当内外摩擦体的温差和负载数据传到电控开关后，电控开关可以根据设计开启电动调隙或者对温控调节装置加热或散热。

以上设计案例中提出的各种摩擦体、摩擦体支撑部、温控调节装置、电控调节装置、传动方式、热传导、定位方法、各零件的位置和安装等具体设计方法，不只可以应用在对应的设计中，还可以根据具体需要，互相搭配调换，或者和其他类型的具体设计相配合。

本发明提出的自动调隙轴承或者推力滚齿齿轮在具体应用的设计中，当其应用场景是负载变化的频率或幅度较大的场景时，比如机械摆臂中的推力滚齿齿轮，可以有响应速度较快的电控调节装置来调隙；当应用场景中负载变化不大，或负载变化对产品影响不大时，可以使用成本更低的温控调节装置。

本发明提出的自动调隙轴承或者推力滚齿齿轮可以和各种类型的机械装置联合使用，并且其公开的调隙原理也可以应用到其他需要调隙的装置中。

Claims (10)

1.自动调隙轴承或者推力滚齿齿轮，其中包含的摩擦体是摩擦面的载体，在滑动轴承中是指轴套或者轴瓦，在滚动轴承或者推力滚齿齿轮中是指滚道，其特征是：

在轴承或者推力滚齿齿轮中包含至少一个自动调节装置，自动调节装置是指温控调节装置或者电控调节装置，其中温控调节装置是指使用了热膨胀系数与摩擦体不同的材料的装置，且当温度变化时此温控调节装置会相对摩擦体发生位移或者变形，此位移或者变形所产生的力是温控调节装置输出的动力；其中的电控调节装置是指可在电力控制下输出动力的装置，由以上两种调节装置之一或者两种调节装置协同向轴承或者推力滚齿齿轮施加力，其目的是：使轴承或者推力滚齿齿轮所包含的间隙或者游隙发生变化；或者是：为轴承或者推力滚齿齿轮提供精确的定位或提高精度，以上两种目的之一或者两种目的都有。

2.根据权利要求书1中所述的自动调隙轴承或者推力滚齿齿轮，在摩擦体后方还包括摩擦体支撑部，摩擦体支撑部可以是由多个单独的部件组成也可以是一个整体的独立部件，或者就是轴本身，其特征是：

在轴向或者承载力方向的剖面中，从摩擦面到摩擦体支撑部的全部结构中包含但不限于：有与摩擦面不平行的面，或者有空隙的结构，或者摩擦体与其支撑部的两个配合面至少其中之一包含曲线或者楔形，或者锥面，或者呈锯齿形状，或者由多个楔形或曲面组合成锯齿形状，或者螺旋的锯齿状楔形，具有以上其中之一或者多种的组合。

3.根据权利要求书2所述自动调隙轴承或者推力滚齿齿轮，摩擦体与其支撑部的配合面在轴剖面上至少其中之一是曲线，其特征是：

摩擦体与其支撑部配合面在轴剖面上的曲线至少其中之一包含了变曲率半径的曲线；作为一种选择，两个曲线可以是在无外力作用时不完全重合的，这种不完全重合的曲线可以是包括但不限于：不同曲线的配合或者是通过等距曲线截去一部分后剩余部分的配合。

4.根据权利要求书1中所述的自动调隙轴承或者推力滚齿齿轮，其特征是：

在温控调节装置变形力或者电控调节装置输出动力的作用下，实现调整间隙或者游隙的方法包括但不限于：摩擦体和摩擦体支撑部在承载力方向的自锁位置或者接触位置发生改变；或者摩擦体支撑部变形；或者包含楔形的部件相对滑动；或者伸拉变形；或者挤压变形；或者因预应力改变变形其中之一或多种的组合。

5.根据权利要求书1中所述的自动调隙轴承或者推力滚齿齿轮，其特征是：

自动调节装置向轴承或者推力滚齿齿轮施加力的过程可以是直接的也可以是间接的，包括但不限于使摩擦体的预应力发生改变；其中力的传导方法包括但不限于：液压传动或者机械传动，包括但不限于变力矩传动或者坡面滑动或者杠杆或者连杆或者螺旋纹滑动或者波纹管式液压传动，其中之一或者多种的组合；作为一种可选的改进方案，为传动机构提供支点或着力点的部件，其相对位置或者预应力可调，当使用液压传动时，起始点的位置可调；作为另一种可选的改进方案，传动机构可以包含动力超安全区间保护设置。

6.根据权利要求书1中所述的自动调隙轴承或者推力滚齿齿轮，其中包含至少一个温控调节装置，此温控调节装置中包含使用的材料热膨胀系数与摩擦体不同的部分是温控变形体，其特征是：

当主要使用温控变形体的轴向变形力时，温控变形体的结构可以是非闭合环结构，或者在周向上均匀排列，当主要使用温控变形体的径向变形力时，温控变形体可以是完整的闭合环状结构或者螺旋结构；且温控变形体在其外层可以有但不必须有耐磨或刚度较高的材料包覆，同样耐磨或刚度较高的包覆材料可以有与其他零件配合的面，也可以是在周向上均匀排列的；当温控变形体所使用的材料中包含液体时，其包覆材料的形状可以包含封闭的环状波纹管或其他封闭的囊状结构，作为一种选择，温控变形体与摩擦体或者与摩擦体支撑部之间可以有热交换装置。

7.根据权利要求书1中或2中或3中或4中或5中或6中所述的自动调隙轴承或者推力滚齿齿轮，其特征是：

还包含了温度传感器，或者主动加热部件，或者转速数据传送机构，或者负载数据传送机构，其中之一或者多种的组合，且可根据所收到的数据判断自动调节装置需要输出的力的大小，或者对温控变形体加热以输出变形力，或者由电控调节装置主动调隙，其中温度传感器可以但不限于用于探测摩擦体温度，或者温控调节装置的温度，或者环境温度，主动加热部件可以直接或间接对温控调节装置加热且至少加热温度可控；作为一种改进，在温控调节装置或者液压装置中还包含了被动散热部件；作为一种选择还可以增加主动散热部件。

8.根据权利要求书1中或2中或3中或4中或5中或6中所述的自动调隙轴承或者推力滚齿齿轮，其特征是：

将自动调节装置输出的变形力只作用于某一个摩擦体或者某个摩擦体的某些部分，比如将温控变形部件靠近某一个摩擦体或滚动体，并且用变形力去调控另一个摩擦体；或者由电控调节装置根据运转情况主动调节指定的摩擦体或者指定摩擦体的指定部位，其目的是为轴承或者推力滚齿齿轮提供精确的定位或提高精度。

9.根据权利要求书1中或2中或3中或4中或5中或6中所述的自动调隙推力滚齿齿轮，其特征是：

推力滚齿齿轮中的齿即滚道中的滚动体，其中一部分或全部的滚动体包含有齿轮，且滚道上有齿圈与之啮合，以防止滚动体与滚道发生滑动摩擦，使局部升温影响温控调节装置的调节；作为一种选择，齿圈可以设计在滚道的挡边位置，且可使以下两个公式同时成立：d≤D和d₁≤D₁，以上两个公式中d是滚道上齿圈分度圆的直径，D是滚道摩擦面的直径，d₁是滚动体上齿轮分度圆的直径，D₁是滚动体摩擦面的直径；作为另一种选择，相邻滚动体上的齿轮互相啮合且与滚道上的齿圈同时啮合。

10.根据权利要求书1中或2中或3中或4中或5中或6中所述的自动调隙轴承或者推力滚齿齿轮其特征是：

其中的温控调节装置所使用材料中包含但不限于有：含铝材料、或含镍材料、或含铜材料、或含碳材料、或形状记忆合金、或陶瓷、或其他合金、或油、或其他液体材料其中之一，或者两种或多种的组合。

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