JP7015680B2 - 転がり軸受トランスミッション - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受トランスミッションに関する。

多くの技術分野において、機構は、可能な限り多いサイクルの速い枢動運動を実行するように設計されなければならない。特に、回転速度の低下が比較的大きい駆動に関して、機構は同時に耐久性があり、堅牢で、シンプルで、安価でなければならない。

本発明の目的は、この点の改善を提供することである。

この目的は、請求項１の主題によって達成される。有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

請求項１に記載の転がり軸受トランスミッションは、ここで以下のような利点を有する。純粋な転がり軸受け機能そのものと高い駆動減速比とは、すなわち、１つの構造ユニットに併合される。本発明の転がり軸受トランスミッションを使用すると、比較的小さい角度で高速で頻繁に繰り返される枢動運動が実現可能であるのに対し、内部転動相手は、有利には実際の回転にさらされ、例えばブリネリングなどの既知の問題を引き起こす可能性があるそれ自体は望ましくない方法で常に前後に移動することはない。これにより、転動相手のグリース潤滑を有利に開始することができ、高価な油潤滑を必要としない。しかし、本発明の転がり軸受トランスミッションは、もちろん、何らかの理由で油潤滑方式で使用され駆動されることもできる。さらに、本発明の転がり軸受トランスミッションを使用すると、１：５０、１：１００またはそれ以上の大きな加速または減速が達成可能である。しかしながら、本発明は、高減速が必要であり、頻繁で急速な旋回運動が全運用寿命にわたって実施されるべきである産業用ロボット技術、特にロボットアームの関節領域においても特に適している。しかし、風力タービンのブレードのピッチ調整にも適している。

本発明のさらなる利点、特徴、および詳細は、図面を参照して以下に記載される本発明の例示的な実施形態に基づく。

互いに上下に配置されたロールオン要素を含む、本発明による転がり軸受トランスミッションの上半分を通る縦断面図を示す。 図１と同様の転がり軸受トランスミッションの断面図を示す。 ２つの軸方向に隣接して配置されたロールオン要素を含む、本発明による転がり軸受トランスミッションの縦断面図を示す。

図１は、本発明の例示的な実施形態による転がり軸受トランスミッションの上半分を通る縦断面を示しており、断面のみがハッチングなしで描かれている。ここで、転がり軸受トランスミッションは、第１の内側ロールオン（rolled-on）要素１１、第２の中間ロールオン要素１２、および第３の外側ロールオン要素１３を備え、これらはすべて、リング状または中空円筒状の形に構成されている。ここで、外側および中間ロールオン要素１３及び１２は、複列アンギュラ玉軸受のように互いに対して構成されている。もちろん、深溝玉軸受や円すいころ軸受など、他の軸受構造のタイプも使用可能である。従って、２つのロールオン要素１３及び１２は、例えば、転がり軸受鋼から形成され、ボールとして形成された２列の転動要素の領域において、硬化、粉砕、及び／又はホーニング又は同等に作られた、ボール１９が転動する軌道を備える。ここでは、２列のボール１９は、ボール１９の相互接触を防止する、例えばプラスチック材料で製造された図示されていないケージに配置またはスナップインされている。ボール１９は、転がり軸受鋼から形成することもできるが、他の金属、特に鉄合金、セラミック、または他の適切な材料から形成することもできる。さらに、ボール１９を含む転動要素空間は、ロールオン要素１３または１２の一方の左右に、またはロールオン要素１３および１２の間に配置された２つの環状シール要素によって、半径方向外側がシールされ、シールリップを含むシールと、例えばカバープレートのようなギャップシールとを接触させることができる。シールされた転動要素空間内の潤滑は、好ましくは軸受トランスミッションの全運用寿命に合わせて設計されたグリース潤滑である。

中間ロールオン要素１２および内側ロールオン要素１１は、前の段落の実施形態が相応して適用されるように、複列アンギュラ玉軸受のように互いに対して構成されている。

転がり軸受トランスミッションはさらに、伝達機能を実現するために以下のように構成されている。内側ロールオン要素１１が領域１１ｚにおいてギヤとして設計されている。このギヤ領域１１ｚは、中間ロールオン要素１２に回転可能に支持された第１ギヤ２１と噛み合っている。外側ロールオン要素１３は、領域１３ｚにおいて内歯付き中空ギヤとして設計されている。このギヤ領域１３ｚは、中間ロールオン要素１２に回転可能に支持された第２ギヤ２２と噛み合っている。さらに、第２ギヤ２２と共に、第３ギヤ２３が中間ロールオン要素１２内に回転可能に配置され、第２ギヤ２２および第３ギヤ２３は、例えばダブルギヤとして材料の面で一体および均一に構成されることによって、一緒に回転するように互いに接続されている。転がり軸受トランスミッションは、図２に関してより詳細に後述するように、中間ロールオン要素１２に支持された第１、第２および第３のギヤをさらに含むことができるが、これは、転がり軸受トランスミッションの更なる機能的説明のために、最初は省略される。

ギヤ２１，２２，２３およびギヤ領域１１ｚ、１３ｚは、ボール１９のように、左右のロールオン要素列の間に配置されているため、外側がシールされグリース潤滑されたロールオン要素空間内にある。これは、ギヤ軸受アセンブリおよび歯の噛み合わせへの潤滑がいずれの場合にも必要であるため、ギヤ動作および中間ロールオン要素１２内のギヤ２１，２２および２３の支持に好影響を与える。また、軌道の硬化が既に必要であり、その間にあるギヤ領域１１ｚ、１３ｚも同様に硬化され得るため、いずれにしてもある程度の負荷から歯は硬化されるべきであるため、ボール１９のための左右の軌道間のギヤ領域１１ｚ、１３ｚの配置は好ましいものである。これはギヤ２１，２２，２３の歯が硬化可能な材料、例えば硬化性鋼で形成されている場合にも当てはまる。最後に、ギヤ２１，２２，２３が中央に配置され、支持されていることにより、中間ロールオン要素１２は、少なくとも最初は左右のリングの２ピースで構成され、リングは、固定的に互いに接続されるように構成されている。例えば、一体化されたギヤ２１，２２，２３を有する２つのリング、および軸受アセンブリは、すべての部品をネジ結合で互いにしっかりとねじ止めすることができる。ギヤ２１，２２，２３の軸受アセンブリは、ニードル軸受やニードルローラーおよびケージアッセンブリーやスライド軸受によって、ボルト上に省スペースに構成することができる。ギヤ２１，２２，２３は、２つの軌道の間ではなく、軸受アセンブリに軸方向に隣接して取り付けることもできる。

例示的な実施形態では、外側ロールオン要素１３をハウジングに取り付けることができ、したがって、他のロールオン要素１２および１１のための相対的に固定された基準フレームを提供する。駆動は、例えば中央ロールオン要素１２上の電気駆動モーターを介して行われ、出力は、駆動が出力側への途中で大幅に減少した後で、内側ロールオン要素１１を介して行われる。電動モーターは、さらなる軸受アセンブリを使わずに、非常に安く、摩耗なしでトランスミッションと組み合わせることができる。この目的のために、転がり軸受トランスミッションの中間ロールオン要素１２における駆動側に管状ローターが取り付けられ、電動モーターのステーターが外側ロールオン要素１３の同じ側に取り付けられる。安全ブレーキと回転角センサの両方を、電動モーターのトランスミッションから離れた側に取り付けることができます。

ここで、減速は差動トランスミッションとして３段構成されており、３段の各々において、各段で相互作用するギヤの直径比または歯比から生じる加速または減速が行われる。第１段では、被駆動中間ロールオン要素１２の回転速度の加速が、外側ロールオン要素１３上の固定中空ギヤ領域１３ｚを介して、第２ギヤ２２の軸回りの回転速度まで行われる。第２ギヤ２２と中空ギヤ領域１３ｚとの間の直径比は、常に、転がり軸受トランスミッションのために利用可能な空間によるが、例えば１：４に設定することができる。第２段では、第２ギヤ２２との共同回転軸に連結されて第２ギヤと共に回転する第３ギヤ２３から第１ギヤ２１に直径比５０ｍｍ～２５ｍｍ、つまり１：２以上が設定される。第３段においても、第１ギヤ２１から内側ロールオン要素１１のギヤ領域１１ｚまで１：２、例えば５０ｍｍから１００ｍｍの減速が達成され、差がゼロの加速が得られる。これは、外側および内側ロールオン要素１３および１１が、中間ロールオン要素のいかなる回転速度でも回転しないことを意味する。加速と減速はゼロにキャンセルされる。ギヤの直径と平行移動のわずかな変化により、駆動および出力ロールオン要素１１、１２、および／または１３の間の両方の回転方向において、１：５０より大きい高い変換比が達成される。

このように、すべての部品が回転し、したがって良好な潤滑状態を有する利点を有するこの構成では、高減速を達成することができる。示された３段減速が十分ではない場合、当然、より多くの段を有する減速を使用することができ、３つ以上のロールオン要素を有する転がり軸受トランスミッションも可能である。しかし、例えば第３ギヤを省略することによって、２段変換でも十分である。

したがって、転がり軸受差動トランスミッションを使用することにより、比較的小さい角度の旋回運動が、内側ロールオン要素１１と外側ロールオン要素１３との間で駆動技術に有利な大きな減速比を有して達成されることができ、使用される転動相手は同時に、実際には有利に回転し、例えばブリネリングなどの既知の問題を引き起こす可能性がある、それ自体望ましくない方法で常に前後に動かされることはない。転動相手のグリース潤滑を有利に実施することができ、高価な油潤滑を必要としない。しかし、本発明の転がり軸受トランスミッションは、もちろん、何らかの理由で油潤滑方式で使用され駆動されることもできる。

しかし、本発明は、ロボット技術、特に、高減速が必要であり、持続的な旋回運動も行われなければならないロボットアームの関節領域においても特に適している。

図２は、図１と同様の転がり軸受トランスミッションの断面図を示す。ここでは、図１の転がり軸受トランスミッションの水平中心付近の断面が示されている。図２の転がり軸受トランスミッションは、図１のものと本質的に、個々の構造要素の寸法が異なっている。図２において原理的に機能的に同一の構成要素は、図１と同じ参照番号で示されている。図１の実施形態も、機能性に関して図２に対応して引き続き適用される。明確にするために、少数のボール１９のみが例示的に図２に示されている。ここで図２は、上部１１時の領域に第１の原理の実施形態を示し、右側の４時の領域に本発明の第２の原理の実施形態を示す。

前記１１時の領域には、図１で説明したギヤ２１，２２，２３に加えて、第１ギヤ２１に対応するさらなる第１ギヤ２１’が設けられている。第１ギヤ２１と同様に、このさらなる第１ギヤ２１’は、一方では第３ギヤ２３と噛み合い、他方では、内側ロールオン要素１１のギヤ領域１１ｚと噛み合う。ここでは、４つのギヤ２１，２１’，２２，２３からなるこのグループが転がり軸受トランスミッションにおいて円周方向に例えば３回繰り返し分配されて設けられている。この設計を使用すると、第１ギヤ２１，２１’からギヤ領域１１ｚまでの高いトルク伝達能力が有利に達成され、これは、例えば、図１に関して記載された駆動－出力配置における一貫して良好で高いトルク伝達を保証する。

前記４時の領域には、図１で説明したギヤ２１，２２，２３に加えて、第２および第３ギヤ２２および２３に対応するさらなる第２および第３のギヤ２２’および２３’がさらに設けられている。第２ギヤ２２と同様に、さらなる第２ギヤ２２’は、外側ロールオン要素１３上のギヤ領域１３ｚと噛み合う。第３ギヤ２３と同様に、さらなる第３ギヤ２３’は、第１ギヤ２１と噛み合う。ここでは、５つのギヤ２１，２２，２２’，２３および２３’のグループが転がり軸受トランスミッションにおいて円周方向に例えば３回繰り返し分配されている。この実施形態はまた、第１の実施形態から外れた特定のトルク伝達能力を提供し、それぞれの駆動－出力配置に応じて特に有利に使用することができる。他の実施形態においても、上述した第１及び第２の実施形態の組み合わせが可能であることは勿論である。

勿論、他の実施形態では、ボール以外のロールオン要素、例えばテーパー付きまたは円筒形のローラーも可能である。さらに、もちろん、用途の要件に応じて、例えば、１列または２列以上の転がり軸受アセンブリも可能である。最後に原理的には、ロールオン要素のどれを駆動させて出力するかを自由に選択することもできる。

本発明のさらなる例示的な実施形態として、図３は転がり軸受トランスミッションを通る長手方向の断面を示しており、断面の表面のみがハッチングなしで示されている。図３において原理的に機能的に同一の構成要素は、図１および図２と同じ参照番号で示されている。図１および図２の実施形態もまた、機能性に関して図３に対応して適用される。図１および図２とは異なり、図３の転がり軸受トランスミッションでは、３つのロールオン要素１１，１２および１３は、３リング軸受のように互いに上下に配置されておらず、むしろ第１および第３ロールオン要素１１および１３は互いに軸方向に隣接して配置されている。

図３において、第１および第３ロールオン要素１１および１３は、少なくとも２ピースで構成され、ボール１９の軌道を含む１つのピースは、複列アンギュラ玉軸受の共通外輪である。第２ロールオン要素１２は、マルチピースで構成され、ボール１９の軌道を含む２つのピースが、複列アンギュラ玉軸受の共通内輪である。この設計により、本質的にカタログに記載された複列アンギュラ玉軸受が有利に使用できる。

周方向に配置され、ロールオン要素１２に回転可能に支持された複数対のギヤ２２，２３が第２ロールオン要素１２の内側、かつ軸方向における２つのアンギュラ玉軸受の間に設けられている。各対において、２つのギヤ２２，２３は、互いに固定的に接続されている。ここで、ギヤ２２は、第３ロールオン要素１３に形成された内歯ギヤ領域１３ｚに噛み合うように配置、および構成され、ギヤ２３は、第１ロールオン要素１１上の内歯ギヤ領域１１ｚと噛み合うように配置、および構成されている。

第２ロールオン要素１２は、中空シャフト３１上に位置する。さらに、電動モーターのローター３２が中空シャフトに接続され、電動モーターのステーター３３は、他に対して固定された第３ロールオン要素１３に接続されている。中空シャフト３１とこれに接続された第２ロールオン要素は、電動モーターを介して駆動可能であり、その出力は、第１ロールオン要素を介して行われる。

ここで、図３の転がり軸受トランスミッションは、次のように駆動から出力へステップアップする。第３ロールオン要素１３のギヤ領域１３ｚに噛み合うギヤ２２は、中空シャフト３１の回転によってそれ自身の回転軸の周りの回転が設定される。このようにしてギヤ２３も回転し、その回転により、第１ロールオン要素１１のギヤ領域１１ｚとの噛み合いによって第１のロールオン要素１１が移動する。

図１の構成についての説明と同様に、必要に応じて図３の構成において、詳細には図示していないブレーキ、異なる値を捕捉するために詳細に示されていないセンサ、および他の拡張要素をトランスミッションから離れた電機モーターの側に追加することができる。

１１ 第１ロールオン要素
１１ｚ ギヤ領域
１２ 第２ロールオン要素
１３ 第３ロールオン要素
１３ｚ ギヤ領域
１９ ボール
２１ 第１ギヤ
２２ 第２ギヤ
２３ 第３ギヤ
３１ 中空シャフト
３２ ローター
３３ ステーター

Claims (9)

1. 転動のための転動体が設けられる、少なくとも１つの第１、第２、および第３ロールオン要素と、
   転がり軸受のように前記第１および第２ロールオン要素が互いに対して回転可能となるように前記第１および第２ロールオン要素の間に配置された少なくとも１つの第１セット転動体と、
   転がり軸受のように前記第２および第３ロールオン要素が互いに対して回転可能となるように前記第２および第３ロールオン要素の間に配置された少なくとも１つの第２セット転動体と、
   を備える転がり軸受トランスミッションであって、
   各前記ロールオン要素は、トランスミッション要素を形成するか、または少なくとも１つのトランスミッション要素を支持するように設計され、
   トランスミッションのように相互作用するように前記トランスミッション要素が配置、および構成され、
   前記第１ロールオン要素および前記第３ロールオン要素は、互いに軸方向に並んで配置され、
   前記第２のロールオン要素は、少なくとも２つの軌道を有し、前記少なくとも２つの軌道は、前記第２のロールオン要素において、同じ半径方向側に配置されている
   という特徴を含む転がり軸受トランスミッション。
2. 前記第１および／または第２セット転動体が単列、複列、または多列セットの転動体として構成されているか、および／または前記転動体がボール、またはローラー、特にテーパー付きローラー、または円筒ローラーとして構成されている、請求項１に記載の転がり軸受トランスミッション。
3. 前記第１および／または第２セット転動体および関連するロールオン要素は、複列アンギュラ玉軸受として構成されている、請求項１または２に記載の転がり軸受トランスミッション。
4. 前記転動体は、グリース潤滑され、前記転動体を含む空間を密封するためのシール要素が設けられ、および／または少なくとも１つのセットまたは列の前記転動体がケージ内に配置されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の転がり軸受トランスミッション。
5. 前記ロールオン要素の１つを介して駆動が提供され、他の前記ロールオン要素を介して出力が提供され、および残りの前記ロールオン要素が他のロールオン要素に対する固定参照基準として設けられている、請求項１～４のいずれか一項に記載の転がり軸受トランスミッション。
6. 前記トランスミッション要素は、外歯または内歯の単一、二重、または複数ギヤとして構成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の転がり軸受トランスミッション。
7. 前記第２ロールオン要素は、少なくとも１つのギヤ、特に二重ギヤを支持する複数部品設計で構成され、および前記第１および前記第３ロールオン要素は、それぞれギヤを形成するように設計されている、請求項６に記載の転がり軸受トランスミッション。
8. 前記第２ロールオン要素は、前記少なくとも１つのギヤと相互作用するさらなるギヤを支持するよう設計されている、請求項７に記載の転がり軸受トランスミッション。
9. 前記第２ロールオン要素および任意にさらなるギヤに支持される前記ギヤの複数のグループが、前記ロールオン要素の円周方向に分配されて設けられている、請求項７または８に記載の転がり軸受トランスミッション。

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