CN107747594A - 一种机器人用双列薄壁密封球轴承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人用双列薄壁密封球轴承，所述球轴承包括：内圈、外圈、钢球、保持架和密封件；所述内圈、外圈以及保持架为同心环形结构；所述外圈并排设置有两个外滚道；所述内圈为双内圈结构，其中每一个内圈上设置有一个内滚道；所述保持架设置于所述外圈和所述内圈之间；所述保持架上设置有交替分布的两列球形兜孔；所述钢球设置于所述球形兜孔内；所述密封件设置于所述外圈和所述内圈之间。本发明提供的双列薄壁密封球轴承承载能力更高、使用寿命更长、安全性更高、动平衡性能更优、密封效果更好。

Description

一种机器人用双列薄壁密封球轴承

技术领域

本发明属于轴承机械技术领域，具体地说涉及一种机器人用双列薄壁密封球轴承。

背景技术

轴承（Bearing）是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体和保持架四部分组成。按滚动体的形状，滚动轴承分为球轴承和滚子轴承两大类。

薄壁密封球轴承是一种特殊的轴承，它具有等截面、占用空间小、极限转速高、可承受双向载荷、高回转定位精度、防污染等特点。由于具有上述特点，薄壁密封球轴承特别适用于机器人的应用场合。

图1是传统的薄壁密封球轴承的侧面剖视图。如图1所示，该薄壁密封球轴承包括由外圈1、内圈2、钢球3、保持架4、密封件5组成。其中外圈1指球轴承的外圈，内圈2指球轴承的内圈，钢球3为标准的滚动体。这种设计保证了在轴承运转时，外圈1相对于内圈2可以自由转动。此外，该轴承具有12.7mm×9.525mm的等截面设计，且钢球3的存在使其能够达到机器人的空间和转速的使用要求。

但是传统的薄壁密封球轴承中主要采用单列钢球结构、偏心设计，这就使该类轴承存在承载能力低、受力不均衡、动平衡差等缺陷。由于其自身结构特点，在薄壁密封球轴承领域，低承载是难以克服的缺陷。

在目前的一些研究中，通过将单列钢球替换为双列钢球来提高轴承的承载能力。这样做虽然可以显著提高这种薄壁密封球轴承的承载能力，但是在解决了承载能力缺陷的同时，带来了新的技术问题。在截面尺寸（12.7mm×9.525mm）固定、钢球直径不变的情况下，并没有将钢球调整为双列的空间；而一旦采用小直径钢球后，虽然可以将钢球调整为双列，但是又会出现保持架强度不够的新问题。

综上，对于传统的薄壁密封球轴承的优化并不能通过简单直接将单列钢球更换为双列钢球就能够实现。所以，目前薄壁密封球轴承还是采用单列偏心钢球结构。

因此，目前急需一种在轴承高速转动时动平衡性能良好，且又具有较大的承载能力的薄壁密封球轴承。

发明内容

针对现有的薄壁密封球轴承存在的缺陷，本发明提供一种双列薄壁密封球轴承。

根据本发明的一个方面，提供一种双列薄壁密封球轴承，其特征在于，所述球轴承包括：内圈、外圈、钢球、保持架和密封件；

所述内圈、所述外圈以及所述保持架均为环形结构，且所述内圈、外圈和所述保持架同心设置；

所述外圈并排设置有两个外滚道，所述两个外滚道为双列沟形结构；

所述两个外滚道靠近所述球轴承端面的一侧分别设置有朝向所述内圈方向的外滚道两侧凸起；所述两个外滚道的中间设置有朝向所述内圈方向的外滚道中部凸起；

所述内圈为双内圈结构，其中每一个内圈上设置有一个内滚道；所述内滚道与所述外滚道对应设置；上述两个内滚道为偏心设置；

所述内滚道靠近所述球轴承端面一侧具有朝向所述外圈方向的内滚道凸起；

所述保持架设置于所述外圈和所述内圈之间；所述保持架的内边缘与所述内圈同侧，所述保持架的外边缘与所述外圈同侧；

所述保持架上设置有两列球形兜孔，上述两列球形兜孔呈交替分布，所述球形兜孔的中心分布于一圆周上；

所述两列球形兜孔分别与所述保持架的两端面相交，形成兜孔锁口；

所述钢球设置于所述球形兜孔内；

可选的，所述密封件设置于所述外圈和所述内圈之间，所述保持架两端面外侧；所述密封件用于对所述球轴承的内部结构进行密封。

根据本发明的一个具体实施方式，上述两列球形兜孔中，其中每一列中的球形兜孔的数量均为奇数。

根据本发明的另一个具体实施方式，所述密封件为钢骨架和贴胶结合的接触式密封件。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述钢骨架的轴向厚度为所述钢球直径的0.10~0.11倍；

所述钢骨架的径向厚度为所述钢球直径的0.57~0.59倍。

根据本发明的又一个具体实施方式，在所述外圈的两侧设置有阶梯槽，在所述内滚道凸起上设置有定位R槽（密封件上有对应的R凸起）；

所述阶梯槽和所述定位R槽用于固定所述密封件。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述阶梯槽与外圈外径之间的径向距离是所述球轴承壁厚的0.24~0.25倍；

所述阶梯槽的轴向尺寸是所述钢球直径的0.41~0.43倍。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述定位R槽的曲率半径是钢球直径的0.032~0.034倍；

所述定位R槽曲率中心与同侧的所述球轴承的端面的轴向间距是所述钢球直径的0.21~0.22倍。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述内滚道的形状为圆弧部分与直线部分相结合；

所述圆弧部分的轴向尺寸为所述钢球直径的0.39~0.41倍；

所述直线部分的轴向尺寸为所述钢球直径的0.23~0.25倍。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述球形兜孔的直径比所述钢球的直径大0.15mm~0.20mm。

根据本发明的又一个具体实施方式，所述保持架的内边缘的直径与内圈内径之间的径向距离是所述钢球直径的0.68~0.69倍；

所述保持架的外边缘的直径与外圈外径之间的径向距离是所述钢球直径的0.68~0.69倍。

本发明提供的双列薄壁密封球轴承将单列钢球设计改变成双列，使两列钢球对轴承进行共同引导；同时，通过优化钢球、滚道和保持架的关系，使得本发明提供的双列薄壁密封球轴承不但提高了传统薄壁密封球轴承的承载能力、使用寿命、安全性和密封效果，而且该双列薄壁密封球轴承高速运转时动平衡良好。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1所示为传统的薄壁密封球轴承的侧面剖视图；

图2所示为本发明提供的一种双列薄壁密封球轴承的一个具体实施方式的侧面剖视图；

图3所示为本发明提供的一种双列薄壁密封球轴承中的保持架的一个具体实施方式的正视图；

图4所示为本发明提供的一种双列薄壁密封球轴承中的保持架的一个具体实施方式的侧面剖视图；

图5所示为本发明提供的一种双列薄壁密封球轴承的一个具体实施方式结构示意图。

附图标记如以下表格中所示：

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

参见图2~图5，本发明提供的一种双列薄壁密封球轴承包括：内圈2、外圈1、钢球3、保持架4和密封件5。所述内圈2、所述外圈1以及所述保持架4均为环形结构，且所述内圈2、外圈1和所述保持架4同心设置。

所述外圈1并排设置有两个外滚道11，所述两个外滚道11为双列沟形结构。所述两个外滚道11靠近所述球轴承端面的一侧分别设置有朝向所述内圈方向的外滚道两侧凸起12。优选的，所述外滚道两侧凸起12与球轴承外圈外径14之间的径向距离是轴承壁厚A的0.30~0.32倍，例如：0.30倍，0.31倍或者0.32倍。

所述两个外滚道11的中间设置有朝向所述内圈方向的外滚道中部凸起13。所述外滚道中部凸起13与该球轴承外圈外径14之间的径向距离是轴承壁厚A的0.26~0.28倍，例如：0.26倍，0.27倍或者0.28倍。

所述内圈2为双内圈结构，其中每一个内圈2上设置有一个内滚道21；所述内滚道21与所述外滚道11对应设置；上述两个内滚道21为偏心设置。

所述内滚道21靠近所述球轴承端面一侧具有朝向所述外圈方向的内滚道凸起22。所述内滚道凸起22与该球轴承内圈内径23之间的径向距离是轴承壁厚A的0.30~0.32倍，例如：0.30倍，0.31倍或者0.32倍。

优选的，所述内滚道21的形状为圆弧部分与直线部分相结合，其中，所述圆弧部分的轴向尺寸为所述钢球3直径的0.39~0.41倍，例如：0.39倍，0.40倍或者0.41倍；所述直线部分的轴向尺寸为所述钢球3直径的0.23~0.25倍，例如：0.23倍，0.24倍或者0.25倍。

所述保持架4设置于所述外圈1和所述内圈2之间；所述保持架4的内边缘与所述内圈2同侧，所述保持架4的外边缘与所述外圈1同侧。优选的，所述保持架4采用黄铜或PEEK工程塑料（聚醚醚酮树脂）制备而成。此外，由于PEEK工程塑料的密度远远小于黄铜的密度，可有效减小轴承高速运转的离心力，使双列薄壁密封球轴承的极限转速得以提升，达到采用单列钢球设计的薄壁密封球轴承的极限转速。因此，更为优选的，采用PEEK工程塑料制备制备保持架4。

优选的，所述保持架4的内边缘的直径，即保持架内径41与内圈内径23之间的径向距离是所述钢球3直径的0.68~0.69倍，例如：0.68倍，0.685倍或者0.69倍。优选的，所述保持架4的外边缘的直径，即保持架外径42与外圈外径14之间的径向距离是所述钢球3直径的0.68~0.69倍，例如：0.68倍，0.685倍或者0.69倍。优选的，所述保持架4的中心圆分布圆周Dp的直径是所述外圈外径14的0.82~0.83倍，例如：0.82倍，0.825倍或者0.83倍。当保持架4的直径在上述的数值范围内时，可以在保持球轴承具有较长寿命的同时达到最佳的工作状态。

优选的，所述保持架4的宽度是所述球轴承宽度的0.38～0.42倍，例如：0.38倍，0.40倍或者0.42倍。更为优选的，所述保持架4的宽度是所述球轴承宽度的0.4倍时，球轴承的转速、承载强度、离心力和零件装配空间可达到最佳。

所述保持架4上设置有两列球形兜孔43，所述钢球3设置于所述球形兜孔43内。优选的，所述钢球3的直径为所述球轴承壁厚A的0.48~0.52倍，例如：0.48倍，0.50倍或者0.52倍。为了有效降低钢球3高速运转时产生的巨大离心力，并有效减小球轴承内部的摩擦和磨损，使双列薄壁密封球轴承的极限转速显著提升，优选的，所述钢球3采用轴承钢GCr15或氮化硅Si3N4材料制备。为了进一步提升效果，更为优选的，采用氮化硅Si3N4材料制备钢球3。

为了使球轴承的承载能力、使用寿命、安全性和速度都能达到最优，优选的，所述球形兜孔43的单列数量为奇数，且双列球形兜孔43呈交错分布，如图4中所示。

优选的，所述双列球形兜孔43的球心轴向间距为钢球3直径的0.63~0.65倍，例如：0.63倍，0.64倍或者0.65倍。所述球形兜孔43的中心分布于一圆周上，该圆周与保持架4的中心分布的圆周相同。所述两列球形兜孔43分别与所述保持架4的两端面相交，形成兜孔锁口44，参见图4。优选的，所述球形兜孔43的直径比所述钢球3的直径大0.15mm~0.20mm，例如：0.15mm，0.17mm或者0.20mm。本发明对球形兜孔43的直径、双列球形兜孔43的球心轴向间距尺寸和单列的球形兜孔43的奇数选择均作了限定，这样可以使钢球3的安装更稳定、球轴承的工作效率更高。

所述密封件5设置于所述外圈1和所述内圈2之间，所述保持架4两端面外侧；所述密封件5用于对所述球轴承的内部结构进行密封。优选的，所述密封件5的轴向厚度尺寸为钢球3直径的0.29~0.31倍，例如：0.29倍，0.30倍或者0.31倍。

优选的，所述密封件5为钢骨架和贴胶结合的接触式密封件。优选的，钢骨架采用优质冲压钢板，而贴胶采用丁腈橡胶制成。其中，所述钢骨架的轴向厚度为所述钢球3直径的0.10~0.11倍，例如：0.10倍，0.105倍或者0.11倍；所述钢骨架的径向厚度为所述钢球3直径的0.57~0.59倍，例如：0.57倍，0.58倍或者0.59倍。优选的，所述钢骨架内径与内圈内径23之间的径向距离是轴承壁厚A的0.34~0.36倍，例如：0.34倍，0.35倍或者0.36倍。

为了配合上述接触式密封件5，使其固定更加稳定牢固，优选的，在所述外圈1的两侧设置有阶梯槽15，在所述内滚道凸起22上设置有定位R槽24；所述阶梯槽15和所述定位R槽25用于固定所述密封件5。

优选的，所述阶梯槽15与外圈外径14之间的径向距离是所述球轴承壁厚A的0.24~0.25倍，例如：0.24倍，0.245倍或者0.25倍；所述阶梯槽15的轴向尺寸是所述钢球3直径的0.41~0.43倍，例如：0.41倍，0.42倍或者0.43倍。

优选的，所述定位R槽24的曲率半径是所述钢球3直径的0.032~0.034倍，例如：0.032倍，0.033倍或者0.034倍；所述定位R槽24曲率中心与同侧的所述球轴承的端面的轴向间距是所述钢球3直径的0.21~0.22倍，例如：0.21倍，0.215倍或者0.22倍。

综上，本发明提供的双列薄壁密封球轴承，通过对保持架、内外圈滚道的设计改变，将单列钢球设计改变成双列钢球，并通过两列钢球实现对球轴承的共同引导。经实践表明，本发明提供的双列薄壁密封球的承载能力比传统薄壁密封球轴承的承载能力至少提高了48%。在实际载荷相同的情况下，本发明提供的双列薄壁密封球轴承的使用寿命比传统的薄壁密封球轴承的使用寿命至少提高了3.7倍。通过对密封件的优化设计，本发明提供的双列薄壁密封球轴承的密封效果得到了显著的提高。因此，本发明提供的双列薄壁密封球轴承承载能力更高、使用寿命更长、安全性更高、动平衡性能更优、密封效果更好。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (10)

1.一种机器人用双列薄壁密封球轴承，其特征在于，所述球轴承包括：内圈、外圈、钢球、保持架和密封件；所述内圈、所述外圈以及所述保持架均为环形结构，且所述内圈、外圈和所述保持架同心设置；所述外圈并排设置有两个外滚道，所述两个外滚道为双列沟形结构；所述两个外滚道靠近所述球轴承端面的一侧分别设置有朝向所述内圈方向的外滚道两侧凸起；所述两个外滚道的中间设置有朝向所述内圈方向的外滚道中部凸起；所述内圈为双内圈结构，其中每一个内圈上设置有一个内滚道；所述内滚道与所述外滚道对应设置；上述两个内滚道为偏心设置；所述内滚道靠近所述球轴承端面一侧具有朝向所述外圈方向的内滚道凸起；所述保持架设置于所述外圈和所述内圈之间；所述保持架的内边缘与所述内圈同侧，所述保持架的外边缘与所述外圈同侧；所述保持架上设置有两列球形兜孔，上述两列球形兜孔呈交替分布，所述球形兜孔的中心分布于一圆周上；所述两列球形兜孔分别与所述保持架的两端面相交，形成兜孔锁口；所述钢球设置于所述球形兜孔内；可选的，所述密封件设置于所述外圈和所述内圈之间，所述保持架两端面外侧；所述密封件用于对所述球轴承的内部结构进行密封。

2.根据权利要求1所述的球轴承，其特征在于，上述两列球形兜孔中，其中每一列中的球形兜孔的数量均为奇数。

3.根据权利要求1所述的球轴承，其特征在于，所述密封件为钢骨架和贴胶结合的接触式密封件。

4.根据权利要求3所述的球轴承，其特征在于，所述钢骨架的轴向厚度为所述钢球直径的0.10~0.11倍；所述钢骨架的径向厚度为所述钢球直径的0.57~0.59倍。

5.根据权利要求3所述的球轴承，其特征在于，在所述外圈的两侧设置有阶梯槽，在所述内滚道凸起上设置有定位R槽；所述阶梯槽和所述定位R槽用于固定所述密封件。

6.根据权利要求5所述的球轴承，其特征在于，所述阶梯槽与外圈外径之间的径向距离是所述球轴承壁厚的0.24~0.25倍；所述阶梯槽的轴向尺寸是所述钢球直径的0.41~0.43倍。

7.根据权利要求5所述的球轴承，其特征在于，所述定位R槽的曲率半径是钢球直径的0.032~0.034倍；所述定位R槽曲率中心与同侧的所述球轴承的端面的轴向间距是所述钢球直径的0.21~0.22倍。

8.根据权利要求1所述的球轴承，其特征在于，所述内滚道的形状为圆弧部分与直线部分相结合；所述圆弧部分的轴向尺寸为所述钢球直径的0.39~0.41倍；所述直线部分的轴向尺寸为所述钢球直径的0.23~0.25倍。

9.根据权利要求1所述的球轴承，其特征在于，所述球形兜孔的直径比所述钢球的直径大0.15mm~0.20mm。

10.根据权利要求1所述的球轴承，其特征在于，所述保持架的内边缘的直径与内圈内径之间的径向距离是所述钢球直径的0.68~0.69倍；所述保持架的外边缘的直径与外圈外径之间的径向距离是所述钢球直径的0.68~0.69倍。