TW202138696A - 旋轉軸承與齒輪箱 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關一種旋轉軸承(50)，其特別是使用於一軸齒輪，其包括一外旋轉軸承環(1b)及一設在其內的內旋轉軸承環(1a)，該內旋轉軸承環(1a)和外旋轉軸承環(1b)分別設有至少一個容置部(10，11)，在該二容置部(10，11)之一相應位置可使一滾動軸承的滾動體(8)經該二容置部(10，11)的其中一者所構成的容置開口(22)置入內旋轉軸承環(1a)的旋轉軸承面(7)與外旋轉軸承環(1b)的旋轉軸承面(9)之間，其中，在兩個容置部(10，11)的至少一者中，用於一滾動體(8)的一導環(20)被設置在容置開口(22)和滾動體(8)之間。

Description

旋轉軸承與齒輪箱
本發明係有關一種根據申請專利範圍請求項1前言部分的旋轉軸承，並有關一種根據申請專利範圍請求項9前言部分的齒輪箱。
本發明之旋轉軸承特別適用於與應力軸齒輪相配合的旋轉軸承，該旋轉軸承和應力軸齒輪構成一齒輪箱。此種齒輪箱在許多技術領域中以多種方式使用。尤其是，此種齒輪箱越來越廣泛地用於機器入技術以及義肢中。例如Harmonic Drive®齒輪，其屬於應力軸齒輪，其運行方式參見http：//harmonicdrive.de/technologie/harmonic-driver-wellantrieb所述。
在該齒輪中，被設計作為橢圓波產生器的驅動件係通過一滾珠軸承而使被設計作為外齒彈性齒杯的傳動件變形，該傳動件與位在橢圓長軸相對區域且具有內齒並被設計作為剛性齒輪的一輪體相嚙合。當波產生器旋轉時，橢圓的長軸以及齒嚙合區域發生移動。由於Harmonic Drive®齒輪的彈性齒杯通常比剛性齒輪少兩個齒，因此彈性齒杯和剛性齒輪之間的相對移動在半圈內由一個齒產生，而在整圈內則由兩個齒產生。固定剛性齒輪時，彈性齒杯作為從動件而以與驅動器相反的方向旋轉。該齒輪可將剛性齒輪固定在旋轉軸承環中。
此種應力軸齒輪被設置在旋轉軸承環上，以實現兩個元件之間的旋轉運動。一方面，應力軸齒輪的輪體以不可旋轉的方式被設置在旋轉軸承環上，然後在旋轉軸承環的旋轉軸承表面和傳動件之間設置滾動體，如此可確保應力軸齒輪相對於旋轉軸承環而做旋轉。另一方面，應力 軸齒輪的傳動件亦可相對於旋轉軸承環做不可旋轉地設置，然後在旋轉軸承環的旋轉軸承表面和輪體之間設置滾動體，如此同樣可確保應力軸齒輪相對於旋轉軸承環而做旋轉。
專利AT 129 151 B公開了一種單列或多列徑向滾珠軸承。將一具有角形橫截面的導環放置在內環或外環上或插入其中。
專利US 1 212 253 A提出了一種具有兩個軸承環和一個滾動體導環的旋轉軸承。
專利CH 38 509 A提出了一種滾珠軸承，其具有兩個同心嵌套的環和一個滾動體導環。
專利DE 10 2015 104 308 A1提出了一種具有變速組件的旋轉軸承，其中的輪體或傳動件以及旋轉軸承環分別設有至少一容置部。該二容置部之相應位置可使滾動軸承的滾動體得以置入輪體或傳動件的旋轉軸承面與旋轉軸承環的旋轉軸承面之間。
此種結構的缺點是，當從動件旋轉時，滾動體可能掉出該間隙，而使旋轉軸承失去功能並阻止旋轉軸承的運轉。
本發明的目的在於進一步改良上述旋轉軸承。此外，並提供一種改良的齒輪箱。
在旋轉軸承方面，本申請案係通過具有申請專利範圍請求項1技術特徵的旋轉軸承而實現上述目的。本發明之具有進步性的設計同時可參見附屬請求項之內容以及如下所述的說明和圖式。
根據本發明，一滾動體導環設置在容置開口和滾動體之間的兩個容置部的至少一者中。
本發明可絕對避免滾動體從軸承中掉出。更換旋轉軸承非常費力，尤其是在難以接近的安裝位置。此外，軸承的故障和阻塞也可能導致許多危險情況。
在已知技術中，借助導環可以防止滾動體掉落，但該導環會限制了滾動體在軸向上朝容置開口方向上的移動。
旋轉軸承可以較佳地設計為四點軸承。四點軸承可製成非常輕薄短小的結構，並且除了單純的軸向力和徑向力外，還可吸收較大的傾斜力矩。這在安裝本案中所描述的應力軸齒輪時，特別具有好處。
更好的設計為：在兩個容置部中的至少一個中設置一密封環，尤其是徑向軸密封環，該密封環能阻止導環在軸向上朝容置開口方向移動。在某些應用中，可使潤滑劑在齒輪箱內流動，例如到達齒輪箱的旋轉軸承並穿過該處的軸承間隙。如有必要，可利用一外徑向軸密封環，將軸承間隙密封，以防止不容許的材料進入或防止滾動軸承油脂逸出。同時，徑向密封環也可以在軸向方向支撐導環。
較佳的設計為：在兩個容置部中的至少一個中設置一卡環，該卡環能阻止導環在軸向上朝容置開口方向移動。如此可借助標準的機械工程元件，而實現導環的簡單化及以低成本達成軸向固定。
在一較佳的實施例中，導環可被設計為具有一外螺紋的螺釘，該外螺紋與外旋轉承環中的內螺紋相嚙合。
此種設計的優點為：導環可利用緊配合(過盈)而以外徑軸向固定在外軸承環上。通過此種低成本的固定，即不需要製做螺紋、凹槽等元件。
導環的較佳材質可由塑膠或鋼製成。用塑膠製成可節省成本。
在一較佳實施例中，導環與一平密封件整合在一起。在此種設計中，可以捨去單獨的密封件，並且簡化了旋轉軸承的製造程序。例如，可以將一作為導環的金屬環整合到彈性體構成的平面密封件中。
在齒輪箱方面，本案的目的可由具有申請專利範圍請求項9技術特徵的齒輪箱而實現。
此種齒輪箱最好是敞開的或封閉的殼體，在該殼體中，齒輪件(齒輪)通過軸承或密封件安裝在軸上。
一輪體或剛性齒輪有利地構成該外旋轉軸承環。如此形成了一種多用途且輕薄短小的齒輪箱。
在一較佳實施例中，內旋轉軸承環被設計成具有內齒的聯結輪，該內齒具有與傳動件的外齒相同的齒數，該聯結輪的內齒與傳動件的外齒相嚙合。此種齒輪設計使軸向結構非常輕薄短小。
本發明的其他目的、優點、特徵和可能的應用請參見以下的圖式與實施例說明。在此聲明，圖式中所描述和/或顯示的所有特徵，可單獨或任意組合，而構成本發明標的物，其不受申請專利範圍之敘述或其參考文獻之限制。
1a:內旋轉軸承環
1b:外旋轉軸承環
2:驅動件
3:外齒
4:傳動件
5:內齒
6:輪體
7:旋轉軸承面
8:滾動體
9:旋轉軸承面
10:容置部
11:容置部
13:聯結輪
15:中心縱軸
16:滾珠軸承
17:滾珠
20:導環
21:徑向軸密封件
22:容置開口
23:環形間隙
24:輸入通道
25:卡環
26:凹槽
27:外螺紋
28:內螺紋
40:應力軸齒輪
41:凸起
43:肩部
44:密封面
45:密封緣
50:旋轉軸承
70:齒輪箱
圖1顯示本發明之旋轉軸承及設在其中之應力軸齒輪的齒輪箱的一較佳實施例的截面圖。
圖2顯示本發明齒輪箱第二較佳實施例的截面圖。
圖3顯示本發明齒輪箱第三較佳實施例的截面圖。
圖4顯示本發明齒輪箱第四較佳實施例的截面圖。
圖5顯示本發明齒輪箱第五較佳實施例的截面圖。
圖6顯示本發明齒輪箱第六較佳實施例的截面圖。
各圖中相同的部分具有相同的元件代表符號。
圖1為本發明之旋轉軸承50及設在其中之應力軸齒輪40之一實施例的組合狀態截面圖，其構成一齒輪箱70。被設計作為彈性齒杯的傳動件4係插到被設計作為橢圓波產生器的驅動件2上，該驅動件可較佳地安裝在一空心軸上，該傳動件4由於該橢圓驅動件2而橢圓變形。該橢圓變形的傳動件4以位於橢圓長軸相對部分的外齒3與被設計作為剛性齒輪的輪體6的內齒5相嚙合。
輪體6在齒輪箱70的所有元件中具有最大的軸向尺寸。在本實施例中，驅動件2被設計作為橢圓波產生器。在驅動件2上有一具有多個滾珠17的滾珠軸承16，此一設置被設計作為彈性齒杯的彈性傳動件4。由於其外齒3部分的彈性，該傳動件4亦由於驅動件2的橢圓形狀而橢圓變形。
由於彈性傳動件4具有外齒3並橢圓變形，因此該外齒3在橢圓長軸部分與該被設計作為剛性齒輪的輪體6的內齒5相嚙合。該輪體6具有一構成旋轉軸承面9的內表面，該內表面對應於一內旋轉軸承環1a而構成旋轉軸承面7的外表面。該旋轉軸承環1a設有內齒，該內齒的齒數與傳動件4的齒數相同，因此具有聯結的功能(無減速)。
在該輪體6與內旋轉軸承環1a的兩旋轉軸承面7和9之間，設有一具有多個滾動體8的滾動軸承，該輪體6與內旋轉軸承環1a的兩旋轉軸承面7和9構成滾動軸承之滾動體8的滾動道12。該輸體6是旋轉軸承50的外旋轉軸承環1b。
為了使齒輪箱70得以非常輕薄短小，可在該輪體6或外旋轉軸承環1b的旋轉軸承面7形成一容置部10，並且在內旋轉軸承環1a的旋轉軸承面9形成一容置部11。兩個容置部10和11互相對應，即彼此相對而形成一 具有一容置開口22的輸入通道24，而可在形狀上相配合地容置一滾動體8。滾動體8的形狀與容置部相配合，使得在輪體6和旋轉軸承環1之間的滾動軸承8得以滾動體填充輸入通道24，故該輪體6能相對於旋轉軸承環1a無縫隙，且旋轉軸承環1a和輪體6能夠彼此相對旋轉。在該位置上被設計作為彈性齒杯的傳動件4可以藉助被設計作為波產生器的驅動件2而被驅動，而使得輪體6和傳動件2之間產生一相對移動。在本實施例中滾動體8為滾珠。
彈性齒杯或傳動件4能嚙合該輪體6或剛性齒輪，並且能嚙合一聯結輪13或一個動態齒輪，聯結輪與具有內齒的旋轉軸承環1a相同，聯結輪13具有內齒，該內齒的齒數與傳動件4的外齒3齒數相同。聯結輪13以此方式構成無減速離合器。
齒輪箱70的構件，即內旋轉軸承環1a、驅動件2、傳動件4和輪體6，係圍繞齒輪箱70的中心縱軸15而同軸設置。透過滾動體8與輪體6和內旋轉軸承環1a的容置部10和11的形狀相配合設計，可以提供一在軸向上非常輕薄短小的齒輪箱70，該齒輪箱尤其可以被使用於只有很少旋轉移動空間的情況中，尤其是機器人技術和義肢技術中的許多用途，其只能容許齒輪箱70做簡單組裝。
旋轉軸承50被最佳化以實現高可靠性和使用壽命。為了防止滾動體8從輸入通道24的容置部10、11中掉出，在旋轉軸承環1b的容置部10中設有一導環20。圖5和6的旋轉軸承實施例中亦分別設有容置部10、11。
圖1中以放大圖80顯示出導環20、容置部10、11、和輸入通道24。輸入通道24中的導環20和容置開口22之間設有一徑向軸密封件21，該徑向軸密封件能防止導環20以軸向方式朝容置開口22方向移動。導環20具有一環形軸向凸起41，該凸起與滾動體8相接觸。凸起41最好具有較小的接觸表面，該接觸表面在操作期間接觸滾動體8，以保持導環20和滾動體8 之間的摩擦為最小。
由徑向軸密封環所構成的徑向軸密封件，以徑向方向抵靠在外軸承環1b內的肩部43外側，並以一密封緣45將構成密封面44的內軸承環6的周面做相對地密封。
如此，即使旋轉軸承50移動或旋轉，導環20亦可將滾動體8保持在環形間隙23中，並防止滾動體8從輸入通道24中掉出。即使當輸入通道24垂直向下時，滾動體8亦不會掉出環形間隙23。導環20最好能由塑膠(成本低)或鋼製成。
圖2-4中所示的齒輪箱70，其區別只在於導環20、容置部10、11以及設在其中的元件設計不同。
圖2所示的是一種具有一旋轉軸承50和一應力軸齒輪40的齒輪箱70的另一較佳實施例。在該實施例中，一卡環25設在容置部10中。卡環25設在輪體6的徑向凹槽26中的徑向外部區域中，並由此徑向和軸向固定。如此防止了導環20以軸向朝容置開口22方向移動。導環20較佳地由塑膠或鋼製成。該實施例中尚設有一徑向軸密封件21。
圖3所示的是一種具有一旋轉軸承50和一應力軸齒輪40的齒輪箱70的另一較佳實施例。在該實施例中，較佳地由鋼製成的導環20具有一外螺紋27，該外螺紋27與和輪體6對應的內螺紋28相嚙合。
圖4所示的是一種具有一旋轉軸承50和一應力軸齒輪40的齒輪箱70的另一較佳實施例。導環20較佳地由塑膠製成，但亦可由鋼製成，該導環20係以外徑緊配合或過盈配合而軸向固定在輪體6中。亦可用黏合方式固定導環。
圖5所示的是一種具有一旋轉軸承50和一應力軸齒輪40的齒輪箱70的另一較佳實施例，該應力軸齒輪40具有被設計作為內齒輪的輪體6 或剛性齒輪。其在其內齒5區域與傳動件4或彈性齒杯的外齒3完全或部分嚙合。
傳動件4不可旋轉地連接旋轉軸承50的外旋轉軸承環1b，該外旋轉軸承環1b使傳動件4和輪體6可相對旋轉。旋轉軸承50的內旋轉軸承環1a不可旋轉地連接剛性齒輪/輪體6。
傳動件4由於橢圓形的驅動件2而橢圓變形。該橢圓變形的傳動件4以位於橢圓長軸相對部分的外齒3，與被設計作為剛性齒輪的輪體6的內齒5相嚙合。在此處所述的實施例中，驅動件2被設計作為橢圓波產生器。在該驅動件2上以一具有多個滾珠17的滾珠軸承16設置該被設計作為彈性齒杯的彈性傳動件4。由於其外齒3部分的彈性，該傳動件4亦由於驅動件2的橢圓形狀而橢圓變形。
在此實施例中，導環20被設計作為內密封件或平密封件或被整合到其中。平密封件和導環20被設計成為一個組件或一件式。在此實施例中，導環20較佳地由複合材料構成，該複合材料較佳地由彈性體及塑膠/鋼組成。
圖6所示的是一種具有一旋轉軸承50和一應力軸齒輪40的齒輪箱70的另一較佳實施例，其與圖5所示實施例的不同之處僅在於導環的設計。此處僅設置一個沒有動態密封的導環20。導環20在此可被設計成為純塑膠環，亦可被設計成為由彈性體及塑膠/鋼組成之複合材料構成，因此還承擔了旋轉軸承環1b與傳動件4之間的靜態O形密封環的功能。
1a:內旋轉軸承環
1b:外旋轉軸承環
2:驅動件
3:外齒
4:傳動件
5:內齒
6:輪體
7:旋轉軸承面
8:滾動體
9:旋轉軸承面
10:容置部
11:容置部
13:聯結輪
15:中心縱軸
16:滾珠軸承
17:滾珠
20:導環
21:徑向軸密封件
22:容置開口
23:環形間隙
24:輸入通道
41:凸起
43:肩部
44:密封面
45:密封緣
70:齒輪箱

Claims (11)

  1. 一種旋轉軸承(50)，尤其適用於一軸齒輪，其包括一外旋轉軸承環(1b)及一設在其內的內旋轉軸承環(1a)，內旋轉軸承環(1a)和外旋轉軸承環(1b)分別設有至少一個容置部(10，11)，在該兩容置部(10，11)之一相應位置可使一滾動軸承的滾動體(8)經該兩容置部(10，11)的其中一者所構成的容置開口(22)置入內旋轉軸承環(1a)的旋轉軸承面(7)與外旋轉軸承環(1b)的旋轉軸承面(9)之間，其中，在兩容置部(10，11)的至少一者中，用於滾動體(8)的一導環(20)被設置在容置開口和滾動體(8)之間。
  2. 如請求項1所述之旋轉軸承(50)，其中，在兩容置部(10，11)的至少一個中設置一密封環，尤其是徑向軸密封環(21)，該密封環得以阻止導環(20)在軸向上朝容置開口(22)方向移動。
  3. 如請求項1所述之旋轉軸承(50)，其中，在兩個容置部的至少一個中設置一卡環(25)，該卡環得以阻止導環(20)在軸向上朝容置開口(22)方向移動。
  4. 如請求項1所述之旋轉軸承(50)，其中，導環(20)被設計為具有一外螺紋(27)的螺釘，該外螺紋與在外旋轉承環(1b)中的內螺紋(28)相嚙合。
  5. 如請求項1所述之旋轉軸承(50)，其中，導環(20)利用緊配合(過盈)以外徑軸向固定在外軸承環(1b)中。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之旋轉軸承(50)，其中，導環由塑膠或鋼製成。
  7. 如請求項1所述之旋轉軸承(50)，其中，導環與一平密封件整合在一起。
  8. 如請求項1所述之旋轉軸承(50)，其中，在該兩容置部(10，11)的至少一者中只設導環(20)而未設獨立的密封件。
  9. 一種齒輪箱(70)，其包括上述請求項中任一項所述的旋轉軸承(50)及一設在其中的應力軸齒輪(40)，該應力軸齒輪具有一驅動件(2)、一具有外齒(3)的彈性傳動件(4)及一具有內齒(5)的輪體(6)，傳動件(4)可插設於驅動件(2)上並由於驅動件(2)而橢圓變形，傳動件(4)的外齒(3)可在橢圓長軸之相對部分與輪體(6)的內齒(5)相嚙合。
  10. 如請求項9所述之齒輪箱(70)，其中，輪體(6)構成該外旋轉軸承環(1b)。
  11. 如請求項9或10所述之齒輪箱(70)，其中，內旋轉軸承環(1a)被設計成為具有內齒的聯結輪(13)，該內齒具有與傳動件(4)的外齒(3)相同的齒數，該聯結輪(13)的內齒與傳動件(4)的外齒(3)相嚙合。
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