TWI519382B - 旋轉機構 - Google Patents

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TWI519382B
TWI519382B TW102142276A TW102142276A TWI519382B TW I519382 B TWI519382 B TW I519382B TW 102142276 A TW102142276 A TW 102142276A TW 102142276 A TW102142276 A TW 102142276A TW I519382 B TWI519382 B TW I519382B
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蘇興川
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Description

旋轉機構
本發明係關於一種旋轉機構，特別是一種有關旋轉機構之軸承配置。
不論是三軸綜合加工機，或是五軸綜合加工機，皆需搭配自動交換工作台(APC)來提升加工效率。自動交換工作台(APC)係利用旋轉載台的旋轉機制來快速提升更換加工件。一般來說，旋轉載台包含一固定軸及一旋轉軸。旋轉軸與固定軸間會設置軸承來降低兩者之間的摩擦阻力，以提升旋轉載台之旋轉穩定性及降低固定軸與旋轉軸間之摩損。然而，當旋轉載台所承載之工件的重量分佈不平均時，轉動中的旋轉載台就會受到偏負載的影響而產生搖晃。
因此，如何提升旋轉載台抵抗偏負載的能力，進而提升旋轉載台的轉動穩定性及耐用性，則是研發人員應著手解決的問題之一。
本發明在於提供一種高穩定且低成本的轉向裝置，藉以提升旋轉載台於偏負載時的轉動穩定性及耐用性。
本發明所揭露的旋轉機構，包含一心軸、一旋轉軸、一滾針式軸承及一斜角式軸承。心軸包含一軸狀部、一第一環形抵靠部及一第二環形抵靠部。軸狀部具有一外表面。第一環形抵靠部與第二環形抵靠部 位於軸狀部之外表面並分別環繞心軸之軸線。旋轉軸包含一環狀部、一第三環形抵靠部及一第四環形抵靠部。環狀部具有一軸孔及形成軸孔之一內表面。第三環形抵靠部與第四環形抵靠部位於內表面。心軸穿設於軸孔。滾針式軸承接觸並夾設於第一環形抵靠部與第三環形抵靠部之間。斜角式軸承接觸並夾設於第二環形抵靠部與第四環形抵靠部之間，且夾設於外表面與內表面之間。
根據上述本發明所揭露的旋轉機構，透過滾針式軸承來抵抗心軸與旋轉軸間之軸向外力，以及透過斜角式軸承來抵抗心軸與旋轉軸間之軸向外力與徑向外力，以用來減緩旋轉軸歪斜的程度及降低心軸與旋轉軸間之摩損，進而提升旋轉機構的旋轉穩定性及耐用性。
此外，由於滾針式軸承之垂直厚度較小，故能夠加大心軸與旋轉軸上方擺放物品的空間。
以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範與解釋本發明的原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。
10‧‧‧旋轉機構
20‧‧‧第一工件
22‧‧‧第二工件
100‧‧‧心軸
110‧‧‧軸狀部
111‧‧‧外表面
120‧‧‧第一環形抵靠部
121‧‧‧第一抵靠面
130‧‧‧第二環形抵靠部
131‧‧‧第二抵靠面
140‧‧‧第一油室
141‧‧‧第二油室
142‧‧‧環形凸緣
143‧‧‧穿孔
200‧‧‧旋轉軸
210‧‧‧環狀部
211‧‧‧內殼體
211a‧‧‧軸孔
211b‧‧‧內表面
212‧‧‧外殼體
220‧‧‧第三環形抵靠部
221‧‧‧第三抵靠面
230‧‧‧第四環形抵靠部
231‧‧‧第四抵靠面
300‧‧‧滾針式軸承
310‧‧‧架體
320‧‧‧滾針
400‧‧‧斜角式軸承
410‧‧‧第一環形固定框
420‧‧‧滾珠
430‧‧‧第二環形固定框
500‧‧‧托盤
510‧‧‧承載面
520‧‧‧底面
600‧‧‧基座
700‧‧‧活塞
710‧‧‧本體
720‧‧‧桿體
A‧‧‧軸線
第1圖為根據本發明一實施例的旋轉機構的剖面示意圖。
第2圖為第1圖的部分放大示意圖。
第3圖為第1圖之旋轉機構承載不等重工件的部分剖面示意圖。
第4圖為第1圖之旋轉機構上升的剖面示意圖。
請參照第1圖與第2圖。第1圖為根據本發明一實施例的旋轉機構的剖面示意圖。第2圖為第1圖的部分放大示意圖。
本實施例之旋轉機構10例如為自動交換平台。旋轉機構10包含一心軸100、一旋轉軸200、一滾針式軸承300、一斜角式軸承400及一托盤500。
心軸100包含一軸狀部110、一第一環形抵靠部120及一第二環形抵靠部130。軸狀部110具有一外表面111，第一環形抵靠部120與第二環形抵靠部130位於軸狀部110之外表面111。第一環形抵靠部120與第二環形抵靠部130可以是凸塊也可以是槽體。在本實施例中，第一環形抵靠部120與第二環形抵靠部130皆為凸塊，且兩者一體成型。第一環形抵靠部120具有一第一抵靠面121，第二環形抵靠部130具有一第二抵靠面131。第一抵靠面121與第二抵靠面131分別環繞心軸100之軸線A，且第一抵靠面121之法線與第二抵靠面131之法線平行心軸100之軸線A。
旋轉軸200包含一環狀部210、一第三環形抵靠部220及一第四環形抵靠部230。環狀部210具有一內殼體211及一外殼體212。內殼體211具有一軸孔211a及形成軸孔211a之一內表面211b。外殼體212圍繞內殼體211，並利用螺絲固定於內殼體211。第三環形抵靠部220與第四環形抵靠部230位於環狀部210之內表面211b。第三環形抵靠部220具有一第三抵靠面221，第四環形抵靠部230具有一第四抵靠面231。第三抵靠面221與第四抵靠面231分別環繞心軸100之軸線A，且第三抵靠面221之法線與第四抵靠面231之法線平行心軸100之軸線A。在本實施例中，第三環形抵靠部220與第四環形抵靠部230為可分離地裝設於內殼體211之相對兩側， 以便於旋轉機構10的組裝。心軸100穿設於軸孔211a。第一抵靠面121面向第三抵靠面221，且第二抵靠面131面向第四抵靠面231。
滾針式軸承300包含一架體310及多個滾針320。這些滾針320分別樞設於架體310，且這些滾針320之軸線A分別相交且垂直於心軸100之軸線A。這些滾針320分別接觸並夾設於第一抵靠面121與第三抵靠面221之間，由於滾針320與第一抵靠面121及第三抵靠面221間的接觸面積較滾珠420與第一抵靠面121及第三抵靠面221間的接觸面積大，故滾針式軸承300可用來抵抗心軸100與旋轉軸200之間軸向的極大外力及不等重造成的彎距力。
此外，由於滾針式軸承300之垂直厚度較小，故能夠加大心軸100與旋轉軸200上方擺放物品的空間。
斜角式軸承400為斜角滾珠軸承或斜角滾柱軸承。本實施例係以斜角滾珠軸承為例，但並不以此為限，在其他實施中，也可以採用斜角滾柱軸承，惟於組裝便利性上，斜角滾珠軸承優於斜角滾柱軸承。斜角滾珠軸承包含一第一環形固定框410、一第二環形固定框430及多個滾珠420。第二環形固定框430圍繞第一環形固定框410且些滾珠420可轉動地設於第一環形固定框410與第二環形固定框430之間，以令第二環形固定框430能相對第一環形固定框410轉動。斜角式軸承400接觸並夾設於第二環形抵靠部130與第四環形抵靠部230之間，且夾設於外表面111與內表面211b之間。詳細來說，第二抵靠面131與外表面111分別抵靠於第一環形固定框410架之相異兩表面，第四抵靠面231與內表面211b分別抵靠於第二環形固定框430架之相異兩表面，以令斜角滾珠軸承能夠同時抵抗心軸 100與旋轉軸200之間軸向與徑向的外力。
托盤500套設於旋轉軸200，並固定於外殼體212。托盤500具有相對的一承載面510及一底面520。承載面510用以承載物品。滾珠420之球心介於承載面510之延伸面與底面520之延伸面之間。為了讓旋轉機構10具有較佳的徑向外力抵抗效果，本實施例更進一步界定滾珠420之球心的位置係較靠近承載面510，也就是說，滾珠420之球心至承載面510的距離小於滾珠420之球心至底面520的距離。
在本實施例及其他實施例中，旋轉機構10更包含一基座600及一活塞700。托盤500之底面520面向基座600。活塞700具有一本體710及一桿體720。桿體720一端連接於基座600，另一端連接於本體710。心軸100固定於基座600上。心軸100具有一第一油室140、一第二油室141及一環形凸緣142。第二油室141位於第一油室140下方。環形凸緣142位於第一油室140與第二油室141之間，且環形凸緣142具有一穿孔143。桿體720穿過穿孔143，且本體710可相對心軸100滑動地位於第一油室140內，以令心軸100可相對活塞700滑動而相對靠近或遠離基座600。如此一來，旋轉機構10可透過油壓控制來升降心軸100，並帶動托盤500上升或下降。
請參閱第3圖，第3圖為第1圖之旋轉機構承載工件的部分剖面示意圖。
如第3圖所示，旋轉機構10之托盤500上承載一第一工件20及一第二工件22。第一工件20的重量小於第二工件22的重量。假設第一工件20之重心至心軸100之軸線A的距離等於第二工件22之重心至心軸100之軸線A的距離，那第一工件20施加於托盤500的外力F1會小於 第二工件22施加於托盤500的外力F2而產生偏負載的問題，此二外力會迫使旋轉軸200歪斜而於旋轉軸200與心軸100間產生軸向外力及徑向外力。此外，旋轉軸200以心軸100之軸線A為旋轉中心線旋轉(沿箭頭a所指示之方向)時，托盤500也會於旋轉軸200與心軸100間產生徑向外力。此處之軸向外力係指外力的方向平行心軸100之軸線A，徑向外力係指外力的方向平行心軸100之徑向。
由於滾針式軸承300的特色就是具有強大的軸向外力抵抗能力，而斜角式軸承400的特色就是同時具有軸向外力與徑向外力的抵抗能力，故在主要產生軸向外力的位置上配置滾針式軸承300，以及同時具有軸向外力與徑向外力的位置配置斜角式軸承400，以用來減緩旋轉軸200歪斜的程度及降低心軸100與旋轉軸200間之摩損，進而提升旋轉機構10的旋轉穩定性及耐用性。
此外，由於本實施例之軸承數量較少，僅需一個滾針式軸承300與一個斜角式承載，故能夠降低旋轉機構10的成本。並且，由於滾針式軸承300與斜角滾珠軸承較易安裝，於組裝上較不易令心軸100或旋轉軸200產生變形，故可令旋轉機構10具有較佳之同心度。
請參閱第4圖。第4圖為第1圖之旋轉機構上升的剖面示意圖。
如第4圖所示，透過油壓控制使油料流向第二油室141，來驅使心軸100上升(沿箭頭b所指示的方向)。由於當活塞700之本體710與環形凸緣142撞擊時，會產生軸向外力，故亦可透過滾針式軸承300來抵抗此軸向外力，進而縮小旋轉機構10上升的撞擊力。
根據上述本發明所揭露的旋轉機構，透過滾針式軸承來抵抗心軸與旋轉軸間之軸向外力，以及透過斜角式軸承來抵抗心軸與旋轉軸間之軸向外力與徑向外力，以用來減緩旋轉軸歪斜的程度及降低心軸與旋轉軸間之摩損，進而提升旋轉機構的旋轉穩定性及耐用性。
此外，由於滾針式軸承之垂直厚度較小，故能夠加大心軸與旋轉軸上方擺放物品的空間。
雖然本發明的實施例揭露如上所述，然並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，舉凡依本發明申請範圍所述的形狀、構造、特徵及數量當可做些許的變更，因此本發明的專利保護範圍須視本說明書所附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧旋轉機構
100‧‧‧心軸
110‧‧‧軸狀部
111‧‧‧外表面
120‧‧‧第一環形抵靠部
130‧‧‧第二環形抵靠部
140‧‧‧第一油室
141‧‧‧第二油室
142‧‧‧環形凸緣
143‧‧‧穿孔
200‧‧‧旋轉軸
210‧‧‧環狀部
211‧‧‧內殼體
211a‧‧‧軸孔
211b‧‧‧內表面
212‧‧‧外殼體
220‧‧‧第三環形抵靠部
230‧‧‧第四環形抵靠部
300‧‧‧滾針式軸承
310‧‧‧架體
320‧‧‧滾針
400‧‧‧斜角式軸承
410‧‧‧第一環形固定框
420‧‧‧滾珠
430‧‧‧第二環形固定框
500‧‧‧托盤
510‧‧‧承載面
520‧‧‧底面
600‧‧‧基座
700‧‧‧活塞
710‧‧‧本體
720‧‧‧桿體
A‧‧‧軸線

Claims (10)

  1. 一種旋轉機構，其包含有：一心軸，包含一軸狀部、一第一環形抵靠部及一第二環形抵靠部，該軸狀部具有一外表面，該第一環形抵靠部與該第二環形抵靠部位於該軸狀部之該外表面並分別環繞該心軸之軸線；一旋轉軸，包含一環狀部、一第三環形抵靠部及一第四環形抵靠部，該環狀部具有一軸孔及形成該軸孔之一內表面，該第三環形抵靠部與該第四環形抵靠部位於該內表面，該心軸穿設於該軸孔；一滾針式軸承，接觸並夾設於該第一環形抵靠部與該第三環形抵靠部之間；以及一斜角式軸承，接觸並夾設於該第二環形抵靠部與該第四環形抵靠部之間，且夾設於該外表面與該內表面之間；其中，該環狀部具有一內殼體及一外殼體，該內表面與該軸孔位於該內殼體，該外殼體圍繞該內殼體，並固定於該內殼體，該第三環形抵靠部與該第四環形抵靠部為可分離地裝設於該內殼體之相對兩側。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉機構，其中，該第一環形抵靠部具有一第一抵靠面，該第三環形抵靠部具有一第三抵靠面，該第一抵靠面之法線與該第三抵靠面之法線平行該心軸之軸線，該滾針式軸承夾設於該第一抵靠面與該第三抵靠面之間。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之旋轉機構，其中，該滾針式軸承包含一架體及多個滾針，該些滾針分別樞設於該架體，且該些滾針之軸線分別相交且垂直於該心軸之軸線。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉機構，其中，該第二環形抵靠部具有一第二抵靠面，該第四環形抵靠部具有一第四抵靠面，該第二抵靠面之法線與該第四抵靠面之法線平行該心軸之軸線，該斜角式軸承夾設於該第二抵靠面與該第四抵靠面之間，且夾設於該外表面與該內表面之間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之旋轉機構，其中，該斜角式軸承為斜角滾珠軸承或斜角滾柱軸承。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之旋轉機構，其中，該斜角滾珠軸承包含一第一環形固定框、一第二環形固定框及多個滾珠，該第二環形固定框圍繞該第一環形固定框且該些滾珠可轉動地設於該第一環形固定框與該第二環形固定框之間，該第二抵靠面與該外表面分別抵靠於該第一環形固定框架之相異兩表面，該第四抵靠面與該內表面分別抵靠於該第二環形固定框架之相異兩表面。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之旋轉機構，更包含一托盤，套設於該旋轉軸，並固定於該外殼體。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之旋轉機構，其中，該托盤具有相對的一承載面及一底面，且該滾珠之球心介於該承載面之延伸面與該底面之延伸面之間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之旋轉機構，更包含一基座及一活塞，該活塞具有一本體及一桿體，該桿體一端連接於該基座，另一端連接於該本體，該心軸位於該基座上，該心軸具有一第一油室、一第二油室及一環形凸緣，該環形凸緣介於第一油室與該第二油室之間，該桿體穿過該環形凸緣之一穿孔，且該本體可相對該心軸滑動地位於該第一油室內，以 令該心軸可相對該活塞滑動而相對靠近或遠離該基座。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之旋轉機構，其中，該底面面向該基座，且該滾珠之球心至該承載面的距離小於該滾珠之球心至該底面的距離。
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