一种适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承

摘要

本发明提供一种适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承，包括一个完整球面的内壳，一个非完整球面的外壳，内壳装于外壳内，内壳的外表面和外壳的内表面为球心重合的球面，外壳由两个螺栓连接固定，外壳内表面上设有10°～15°范围螺旋角的螺旋圆弧凹槽，凹槽内部设有安装滚珠的保持架，外壳的外表面设有进油孔，注入的润滑油进入螺旋滚道，使内外壳之间充满一层润滑油，内外壳间设有一层密封圈，以防止润滑油泄漏。本发明结构紧凑合理，安装方便，螺旋圆弧凹槽内的滚珠可承受较大的径向载荷、轴向载荷及径向、轴向同时存在的联合载荷，将滑动摩擦变为滚动摩擦，实现了摩擦类型的改变，降低摩擦系数，具有很好的耐磨能力，延长了使用寿命。

权利要求

1.一种适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承，其特征在于：包括一个完整球面的内壳(1)和一个非完整球面的外壳(2)，所述内壳(1)安装在所述外壳(2)内，且所述内壳(1)的外表面和所述外壳(2)的内表面为球心重合的球面，所述外壳(2)的开口闭合时通过两个螺栓组件连接固定，所述的外壳(2)的内表面上设有凹槽(8)，所述凹槽(8)的内部设有保持架(9)，所述保持架(9)内放置有多个均布的滚珠(3)；所述外壳(2)的外表面上设有进油孔(10)，液质润滑油通过所述进油孔(10)填充到所述内壳(1)和所述外壳(2)之间，并通过所述内壳(1)和所述外壳(2)之间设有的密封圈(5)进行密封；所述凹槽(8)具体设置为10°～

15°范围螺旋角的螺旋圆弧形，所述保持架(9)设置为螺旋圆弧形，且螺旋圆弧形的所述保持架(9)与螺旋圆弧形的所述凹槽(8)相匹配。

2.根据权利要求1所述的适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承，其特征在于：所述保持架(9)的材质具体采用复合非金属材料，所述复合非金属材料包括尼龙、酚醛胶布或聚四氟乙烯。

3.根据权利要求1所述的适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承，其特征在于：所述外壳(2)非完整球面侧具体设置为水平的外壳端面(4)。

4.根据权利要求3所述的适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承，其特征在于：所述外壳(2)上的所述外壳端面(4)高度低于所述内壳(1)的顶面高度20～30mm。

5.根据权利要求1所述的适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承，其特征在于：所述螺栓组件包括螺母(6)和螺栓(7)，所述螺栓(7)贯穿所述外壳(2)上的连接孔后通过所述螺母(6)旋紧固定。

6.根据权利要求1所述的适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承，其特征在于：所述滚珠(3)的材质具体采用无磁性的陶瓷材料。

7.根据权利要求1所述的适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承，其特征在于：所述密封圈(5)的材质具体采用橡胶。

说明书

一种适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承

技术领域

[0001] 本发明涉及润滑轴承技术领域，尤其涉及一种适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承。

背景技术

[0002] 随着现代工业及制造业的迅猛发展，诸如多自由度运动电动机等各种需要实现球面多自由度运动的装置和驱动元件不断涌现，与单自由度运动相比，轴承润滑性能对多自由度运动特性有着更加显著的影响，需要不断提高适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承的性能，发明出比现有的只有内外球壳结构的油膜滑动轴承、外壳内表面设有两圈圆周循环滚道结构的轴承、滚珠在滚道上沿着轴向排列的直线运动轴承和倾斜凹槽的轴承性能更优良的轴承。

[0003] 现有的由内外球壳组成多自由度球面运动装置的油膜滑动轴承，在支承效果方面还存在很多欠缺，轴承内外壳间充满液质润滑油，发生相对运动的两表面构成收敛楔形，通过转动，润滑膜产生流体动压以抵抗轴承上的载荷形成油膜支撑，其主要以滑动摩擦为主，滑动接触面积大，虽也能承受较大负荷，但静、动摩擦系数之差很小，摩擦力大，容易造成严重磨损，运动不灵便，稳定性差，定位精度低，不适合多自由度电动机等装置实现高速运转和精确微量运动；容错性差，当轴承装置的某个部件发生故障时，整个装置就不能正常运行，造成了资源浪费，使得工作效率明显降低。设有两圈圆周循环滚道结构和轴向直线滚道结构的轴承，在做周向和轴向运动时滚珠与内外壳之间均是以滚动摩擦为主，但是当其沿多个自由度方向偏转运动时，内外壳之间的摩擦形式还是以滑动摩擦为主，两种滚道结构远远不能满足多自由度运动的需求。而设有倾斜凹槽的轴承虽然可以实现在多自由度运动工况下运转，但是并不适用于带有单侧输出轴的支承多自由度运动电动机定转子的特殊不对称球形结构，且使用寿命短。

[0004] 因此，迫切需要提出能够降低摩擦损耗、高精度定位、控制灵活的适用于多自由度球面运动装置的新型润滑轴承,该轴承凹槽的设计必须适用于不对称非完整球面的结构,具备无论是处于自转还是偏转的工况时各部分之间均以滚动摩擦为主，摩擦系数要小，运转要平稳。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承，解决现有技术轴承以滑动摩擦为主，造成其摩擦力大、磨损严重，使用寿命短，从而导致整个装置对多自由度球面运动的适应性差，影响整体运行性能，乃至不能正常运行的问题。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

[0007] 本发明提供一种适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承，包括一个完整球面的内壳和一个非完整球面的外壳，所述内壳安装在所述外壳内，且所述内壳的外表面和所述外壳的内表面为球心重合的球面，所述外壳的开口闭合时通过两个螺栓组件连接固定，所述的外壳的内表面上设有凹槽，所述凹槽的内部设有保持架，所述保持架内放置有多个均布的滚珠；所述外壳的外表面上设有进油孔，液质润滑油通过所述进油孔填充到所述内壳和所述外壳之间，并通过所述内壳和所述外壳之间设有的密封圈进行密封。

[0008] 进一步的，所述凹槽具体设置为10°～15°范围螺旋角的螺旋圆弧形，所述保持架设置为螺旋圆弧形，且螺旋圆弧形的所述保持架与螺旋圆弧形的所述凹槽相匹配。

[0009] 再进一步的，所述保持架的材质具体采用复合非金属材料，所述复合非金属材料包括尼龙、酚醛胶布或聚四氟乙烯。

[0010] 再进一步的，所述外壳非完整球面侧具体设置为水平的外壳端面。

[0011] 再进一步的，所述外壳上的所述外壳端面高度低于所述内壳的顶面高度20～30mm。

[0012] 再进一步的，所述螺栓组件包括螺母和螺栓，所述螺栓贯穿所述外壳上的连接孔后通过所述螺母旋紧固定。

[0013] 再进一步的，所述滚珠的材质具体采用无磁性的陶瓷材料。

[0014] 再进一步的，所述密封圈的材质具体采用橡胶。

[0015] 与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

[0016] 本发明适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承，内壳与外壳直接组装到一起，外壳通过螺栓和螺母连接固定，装拆方便，利于检修，可以增加预紧力，防止松动；外壳的内表面上螺旋圆弧形凹槽的设计符合球形外壳的特殊结构，为滚珠提供了足够的润滑空间，显著降低了轴承疲劳损坏的可能性，同时对轴承的运转起到缓冲的作用，并利于传递、排出摩擦热和冷却；保持架采用复合非金属材料，具有良好的强度和弹性，耐高温，耐腐蚀，与滚珠表面产生相对运动时只产生很小的摩擦，疏散固定各个滚珠，防止各个滚珠的直接接触，使摩擦和热量生成降低到最低，并引导滚珠在正确的凹槽内转动，改善轴承内部载荷分配和润滑性能；滚珠的设计增大了承载力，可承受径向载荷、轴向载荷及径向和轴向的联合载荷，滚珠与内外壳表面的接触为点接触，以滚动方式来降低动力传递过程中的摩擦力，提高机械动力的传递效率；液质润滑油通过外壳上的进油孔进入到螺旋圆弧形凹槽内，对滚珠起到润滑作用，以减小滚珠滚动时的摩擦力，并通过注入润滑介质交换来降低油温，改善轴承的工作环境；密封圈的设计能够保护轴承，防止外界灰尘等杂物侵入轴承内部，同时有效防止润滑油泄漏。本发明通过结构优化将多自由度球面运动装置的滑动摩擦改为滚动摩擦，降低了摩擦力矩和因数，延长了多自由度球面运动装置的使用寿命。

[0017] 本发明结构设计巧妙合理，结构简单可靠，安装拆卸方便快捷。特殊的螺旋圆弧凹槽设计改善了轴承内部载荷均匀分配，最有利于均匀分布滚珠，最大限度保证沿球面各个方向载荷的均匀性；设计分析后所确定的螺旋角为10°～15°范围的螺旋圆弧形凹槽可以最大程度的减小轴承结构的应力、应变和位移；滚珠将滑动摩擦变为滚动摩擦，实现了摩擦类型的改变，降低摩擦系数，具有很好的耐磨能力，提高了承载力，可承受径向载荷、轴向载荷及径向和轴向的联合载荷，转动平稳、振动噪声小以及更适合多自由度旋转，能满足多自由度球面运动装置的需求。

附图说明

[0018] 下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

[0019] 图1为本发明适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承结构示意图；

[0020] 图2为本发明适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承结构沿外壳端面剖视图；

[0021] 图3为本发明润滑轴承结构垂直剖视和螺旋圆弧凹槽螺旋角(以10°为例)示意图；

[0022] 图4为本发明外壳上的螺旋圆弧凹槽结构示意图；

[0023] 图5为本发明滚珠和保持架结构示意图；

[0024] 附图标记说明：1、内壳；2、外壳；3、滚珠；4、外壳端面；5、密封圈；6、螺母；7、螺栓；8、凹槽；9、保持架；10、进油孔。

具体实施方式

[0025] 如图1、2所示，一种适用于多自由度球面运动装置的润滑轴承，包括一个完整球面的内壳1和一个非完整球面的外壳2，所述内壳1安装在所述外壳2内，且所述内壳1的外表面和所述外壳2的内表面为球心重合的球面，能够完成多自由度方向的运动，承载能力强；所述外壳2的开口闭合时通过两个螺栓组件连接固定，螺栓组件包括螺母6和螺栓7，外壳2的两个非完整的半球壳对齐，然后螺栓7贯穿外壳2上的连接孔后通过螺母6旋紧固定。该分体外壳的设计使得内壳安装更加方便，无需要加热，直接装到外壳内部，安装拆卸方便快捷，利于检修。

[0026] 如图3、图4和图5所示，所述的外壳2的内表面上设有凹槽8，所述凹槽8的内部设有保持架9，所述保持架9内放置有多个均布的滚珠3；所述外壳2的外表面上设有进油孔10，液质润滑油通过所述进油孔10填充到所述内壳1和所述外壳2之间，方便对轴承的维护保养，借助润滑油降低或消除滚珠与内壳、外壳之间的摩擦，并通过注入润滑油介质交换，降低油温，防止轴承温度过高造成烧毁现象；通过所述内壳1和所述外壳2之间设有的密封圈5进行密封，密封圈的设置可以防止润滑油泄漏，同时起到很好的防水、防尘的效果，还可起到一定的支承作用。

[0027] 具体来说，所述凹槽8具体设置为螺旋角为10°、15°或者10°～15°任意螺旋角度的螺旋圆弧形，所述保持架9设置为螺旋圆弧形，且螺旋圆弧形的所述保持架9与螺旋圆弧形的所述凹槽8相匹配。所述保持架9的材质具体采用复合非金属材料，所述复合非金属材料包括尼龙、酚醛胶布或聚四氟乙烯。螺旋圆弧形凹槽8的设计为滚珠提供了润滑空间，并对其运动起缓冲作用；保持架9具有良好的强度和弹性，耐高温，耐腐蚀，与滚珠表面产生相对运动时只产生很小的摩擦，疏散固定各个滚珠，防止各个滚珠的直接接触，使摩擦和热量生成降低到最低，并引导滚珠在正确的凹槽8内转动。

[0028] 所述外壳2非完整球面侧具体设置为水平的外壳端面4。所述外壳2上的所述外壳端面4高度低于所述内壳1的顶面高度20～30mm。

[0029] 所述滚珠3的材质具体采用无磁性的陶瓷材料。所述密封圈5的材质具体采用橡胶。

[0030] 本发明的工作过程如下：

[0031] 首先，将本发明的润滑轴承组装好，然后安装到诸如多自由度运动电动机等多自由度球面运动装置上，转子安装在轴承内壳，通过电磁力等外力驱使转子带动润滑轴承完成多自由度运动，改变外力的方向和大小即可实现转子和轴承沿不同方向运转。轴承在工作时，外壳2保持静止不动，内壳1转动，液体润滑油和滚珠3随内壳1一起转动，二者将内外球壳相对运动的摩擦表面隔开并承受载荷，滚珠3与内壳1、外壳2表面的接触均为点接触，以滚动方式运转，保持架9固定安装在凹槽8上，将滚珠3均匀相互隔开，引导滚珠在正确的滚道上运动。

[0032] 本发明可实现多自由度运动，滚珠将滑动摩擦变为滚动摩擦，实现了摩擦类型的改变，降低摩擦系数，具有很好的耐磨能力，提高了承载力，可承受径向载荷、轴向载荷及径向和轴向的联合载荷，延长设备的使用寿命。

[0033] 以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。