CN114412920A - 一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承，用于解决现有直线行程轴承只能满足轴向运动，均不能承受一定的旋转相对运动的问题。本发明包括轴承外圈、滚动体和保持架；轴承外圈为内表面和外表面均光滑的圆环柱结构，轴承外圈的宽度B＝(0.5～3)D，D为轴承外圈的外径；轴承外圈内表面靠近两端的位置加工挡台；滚动体安装于保持架上设置的孔中，保持架悬空放置于轴承外圈内圆处，且通过滚动体一侧与轴承外圈接触支撑；轴承外圈内圆内设置有转轴，且转轴位于保持架上，滚动体的另一侧与转轴接触支撑；保持架和挡台之间留有一定的轴向游隙δ，δ＝(0.1～0.5)D。本发明用于提高先进复杂设备的承载力、响应速度和导向的精准度，并且降低摩擦效应。

Description

一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承
技术领域
本发明涉及一种轴承，具体涉及一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承。
背景技术
现有的谐波减速器、3D打印升降机构以及多轴联动试验平台等精密设备中，承载移动平台既需要满足一定的承载力，还需要与支撑轴之间具有互相平移和旋转的功能。此外，精密仪器等设备对所使用轴承的稳定性、快速响应性和精准的导向性等功能特性也有着明确要求。而现有的导向功能部件即丝杠与直线导轨组合，无法满足上述精密设备的性能需要，这就需要设计出一种具有摩擦力小、响应快、承载力大、导向精准等特性的直线旋转复合行程轴承。
现有的直线导轨有滑动、滚动和静压等多种类型，其中滑动和静压导轨虽然具有刚度大，承载力大，可靠性高等优点，但其具有的较大摩擦力，低的灵敏度和低的响应速度也不容忽视；静压导轨在应用中需配置额外的液压设备来提供给系统压力油，这无疑增加了平台结构设计的复杂性和后期的维修成本；滚动导轨同时具有灵敏度高、可靠性好、结构简单等优点，但由于其接触为点接触，所以承载力相对较小。此外，由于直线导轨对响应速度、稳定性和灵敏度等具有很高的性能要求，这就使直线导轨需要满足很高的精度要求，所以直线导轨的加工生产成本很高。
综上，现有直线行程轴承或者直线导轨只能满足轴向运动或者起到导向作用，均不能承受一定的旋转相对运动；但随着相关先进制造技术及其设备朝着更精密性、高稳定性、功能集成性的方向发展，集成轴向导向和径向旋转的复合轴承具有一定的工程应用场合，为此亟需提出并发展此类新结构轴承。
发明内容
本发明提出了一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承，解决了现有直线行程轴承或者直线导轨只能满足轴向运动或者起到导向作用，均不能承受一定的旋转相对运动的问题。本发明旨在面向更精密、更稳定、更多功能集成等的先进复杂设备(如承载平台或定位平台等)，提高设备的承载力、响应速度和导向的精准度等功能，同时也能够有效降低因支撑而产生的摩擦效应。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承，其特殊之处在于：包括轴承外圈、滚动体和保持架；
所述轴承外圈为内表面和外表面均光滑的圆环柱结构，所述轴承外圈的宽度B＝(0.5～3)D，D为轴承外圈的外径；
所述轴承外圈内表面两端的内侧位置分别加工有挡台；
所述滚动体安装于保持架上设置的安装孔中，所述保持架设置于轴承外圈内，且与轴承外圈内圆之间留有间隙，通过滚动体支承于轴承外圈内；
所述保持架位于配合使用的转轴上，通过滚动体支承于转轴上；
所述保持架和挡台之间留有一定的轴向游隙δ，δ＝(0.1～0.5)D。
进一步地，所述滚动体的结构为球形钢珠，滚动体在轴承外圈内表面沿宽度方向呈2～5排交错或等间隔均匀排列，其每排的滚动体的数量为n，4≤n≤20；
所述滚动体的直径为d，d满足以下条件：
Figure BDA0003519474620000021
进一步地，所述保持架为柔性高分子聚合物材料支架，所述安装孔为锥形孔或阶梯孔，且所述安装孔的数目、排列方式与滚动体保持一致。
进一步地，所述锥形孔的直径ΦZ由内向外逐渐变大，最小直径处0.5d≤ΦZ≤0.7d5，最大直径处1.25d≤ΦZ≤1.5d。
进一步地，所述阶梯孔的大孔靠近轴承外圈内表面，其大孔径直径Φmore满足：d＜Φmore≤1.2d；
所述阶梯孔的小孔径直径Φmin满足：0.4d≤Φmin≤0.8d；
所述小孔径阶梯孔的高度h满足：
Figure BDA0003519474620000031
进一步地，所述阶梯孔的大孔Φmore＝1.2d；
所述阶梯孔的小孔径直径Φmin＝0.5d；
所述小孔径阶梯孔的高度
Figure BDA0003519474620000032
进一步地，所述保持架和挡台之间的轴向游隙δ＝0.2D。
进一步地，所述轴承外圈内表面两端的内侧位置分别加工有环形浅槽，环形浅槽内安装有弹性挡圈，弹性挡圈构成所述挡台；
或者，所述轴承外圈内表面设置有一圈矩形槽，矩形槽的两个槽壁构成所述挡台。
进一步地，所述轴承外圈宽度B＝0.5D。
进一步地，所述滚动体的直径
Figure BDA0003519474620000033
与现有方案相比较，本发明的有益效果具体如下：
1.本发明设计了一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承，滚动体列数可随承载力的大小增加或减少，克服了现有技术承载力小的缺点；所有相互运动的接触面间均为滚动摩擦，降低了承载力引起的大摩擦力效应，保证了结构的高灵敏度和快速响应特性。
2.本发明设计了一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承，可同时完成轴向直线运动和周向旋转运动，克服了现有的直线导轨与轴承配合使用时结构复杂、响应慢的弱点。
3.本发明轴承外圈与保持架之间留有一定的轴向游隙，当平台位移小于轴承的轴向游隙值时，平台的微量位移不足以导致滚动体运转而被轴向游隙吸收，从而保证了承载平台的响应速度和灵敏度。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例一的轴承外圈剖面图；
图3为本发明实施例二的轴承外圈剖面图；
图4为本发明实施例一的保持架剖面图；
图5为本发明实施例三的保持架剖面图；
图6为本发明实施例一弹性挡圈结构图。
附图标记如下：
1-轴承外圈、2-滚动体、3-保持架、4-弹性挡圈、5-转轴。
具体实施方式
为使本发明的方案更加明了，下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例一
参照图1，本发明提供了一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承，包括轴承外圈1、滚动体2和保持架3。
轴承外圈1为内表面和外表面均光滑的圆环柱，其宽度取B＝0.5D，D为轴承外圈外径；轴承外圈1内表面两端的内侧位置分别加工有形状为环形的浅槽，用于安装弹性挡圈4，安装弹性挡圈4的浅槽结构如图2所示，其中弹性挡圈4与轴承外圈1的配合为间隙或过度配合。
弹性挡圈4为设有开口的环形结构，如图6中所示，其开口处的环面上开有小孔，用于安装工具的夹持，弹性挡圈4为弹簧钢制备。
滚动体2为采用两排等间隔排列的球形钢珠，每排滚动体2的数量n取15个，滚动体2的直径
Figure BDA0003519474620000041
滚动体2镶嵌在保持架3上的锥形孔内，随保持架3一起在轴向和周向运转。
如图4所示，保持架3为带有锥形孔的柔性高分子聚合物材料支架；为便于安装，防止在安装过程中滚动体2掉落，保持架3上的锥形孔直径ΦZ由内向外逐渐变大，最小直径处0.5d≤ΦZ≤0.75d，最大直径处1.25d≤ΦZ≤1.5d。保持架3用来限制滚动体2之间的相对滚动位置，防止轴承外圈1与转轴5、滚动体2之间、轴承外圈1与滚动体2之间出现卡死、碰磨等现象。锥形孔的数目、排列方式与滚动体2保持一致。
保持架3放置于轴承外圈1内，且与轴承外圈1内圆之间留有间隙，通过滚动体2支承于轴承外圈1内，此处的间隙刚好使得滚动体2限位在保持架3与轴承外圈1内圆之间；所述保持架3位于配合使用的转轴5上，通过滚动体2支承于转轴5上。
保持架3和弹性挡圈4之间留有一定的轴向游隙δ，δ＝0.2D。
转轴5与轴承外圈1之间的旋转依靠滚动体2随保持架3在轴承外圈1和转轴5之间的周向旋转实现，转轴5与轴承外圈1之间的轴向平移依靠保持架2和弹性挡圈4之间的轴向游隙以及滚动体2随保持架3一起沿轴向的移动实现。
转轴5旋转时，通过滚动体2带动保持架3在轴承外圈1内做周向旋转，轴承外圈1不动。
转轴5轴向运动时，通过滚动体2带动保持架3在轴承外圈1内轴向运动，从而实现转轴5的轴向运动。
当设备与转轴5轴向位移小于保持架3和弹性挡圈4之间的轴向游隙时，保持架3可以随滚动体2一起在轴承外圈1内自由滑动；当设备与转轴5轴向位移大于轴向游隙时，弹性挡圈4会限制保持架3的运动，实现对设备的保护。
实施例二
如图3所示，轴承外圈1内表面设计为矩形槽，矩形槽完整的替代了环形浅槽以及安装在环形浅槽中的弹簧挡圈4。
保持架3和矩形槽之间留有一定的轴向游隙δ，δ＝0.2D。
实施例二的其余结构均与实施例一相同。
实施例三
如图5所示，保持架3为带有阶梯型孔的柔性高分子聚合物，阶梯孔的大孔靠近轴承外圈1的内表面，其孔径Φmore满足：d＜Φmore≤1.2d，该实施例中具体为Φmore＝1.2d；阶梯孔的小孔径直径Φmin满足：0.4d≤Φmin≤0.8d，该实施例中具体为Φmin＝0.5d；所述小孔径阶梯孔的高度h满足：
Figure BDA0003519474620000061
且具体为
Figure BDA0003519474620000062
实施例三的其余结构与实施例一相同。
实施例四
滚动体2为采用2～5排交错排列的球形钢珠。交错排列具体为：每一排的滚动体2的数量均相同，相邻两排中第一排的滚动体2等间距排列，第二排的每个滚动体2均位于第一排相邻两个滚动体2中间的对应位置，后续单排排列情况与第一排排列情况一致，双排排列与第二排排列情况一致。
实施例四的其余结构与实施例一相同。

Claims (10)

1.一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承，其特征在于：包括轴承外圈(1)、滚动体(2)和保持架(3)；
所述轴承外圈(1)为内表面和外表面均光滑的圆环柱结构，所述轴承外圈(1)的宽度B＝(0.5～3)D，D为轴承外圈(1)的外径；
所述轴承外圈(1)内表面两端的内侧位置分别加工有挡台；
所述滚动体(2)安装于保持架(3)上设置的安装孔中，所述保持架(3)设置于轴承外圈(1)内，且与轴承外圈(1)内圆之间留有间隙，通过滚动体(2)支承于轴承外圈(1)内；
所述保持架(3)位于配合使用的转轴(5)上，通过滚动体(2)支承于转轴(5)上；
所述保持架(3)和挡台之间留有一定的轴向游隙δ，δ＝(0.1～0.5)D。
2.根据权利要求1所述的一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承，其特征在于：所述滚动体(2)的结构为球形钢珠，滚动体(2)在轴承外圈内表面沿宽度方向呈2～5排交错或等间隔均匀排列，其每排的滚动体(2)的数量为n，4≤n≤20；
所述滚动体(2)的直径为d，d满足以下条件：
Figure FDA0003519474610000011
3.根据权利要求1或2所述的一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承，其特征在于：
所述保持架(3)为柔性高分子聚合物材料支架，所述安装孔为锥形孔或阶梯孔，且所述安装孔的数目、排列方式与滚动体(2)保持一致。
4.根据权利要求3所述的一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承，其特征在于：
所述锥形孔的直径ΦZ由内向外逐渐变大，最小直径处0.5d≤ΦZ≤0.75d，最大直径处1.25d≤ΦZ≤1.5d。
5.根据权利要求3所述的一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承，其特征在于：
所述阶梯孔的大孔靠近轴承外圈(1)内表面，其大孔径直径Φmore满足：d＜Φmore≤1.2d；
所述阶梯孔的小孔径直径Φmin满足：0.4d≤Φmin≤0.8d；
所述小孔径阶梯孔的高度h满足：
Figure FDA0003519474610000021
6.根据权利要求5所述的一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承，其特征在于：
所述阶梯孔的大孔Φmore＝1.2d；
所述阶梯孔的小孔径直径Φmin＝0.5d；
所述小孔径阶梯孔的高度
Figure FDA0003519474610000022
7.根据权利要求1所述的一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承，其特征在于：
所述保持架(3)和挡台之间的轴向游隙δ＝0.2D。
8.根据权利要求1所述的一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承，其特征在于：
所述轴承外圈(1)内表面两端的内侧位置分别加工有环形浅槽，环形浅槽内安装有弹性挡圈(4)，弹性挡圈(4)构成所述挡台；
或者，所述轴承外圈(1)内表面设置有一圈矩形槽，矩形槽的两个槽壁构成所述挡台。
9.根据权利要求1所述的一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承，其特征在于：
所述轴承外圈(1)宽度B＝0.5D。
10.根据权利要求2所述的一种具有游隙结构的多排滚珠直线旋转复合行程轴承，其特征在于：
所述滚动体(2)的直径
Figure FDA0003519474610000031
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