CN108071785B - 滚动轴承传动机构 - Google Patents

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Abstract

一种滚动轴承传动机构，包括以下特征：供滚动体在上面滚动的至少一个第一被滚动体、第二被滚动体和第三被滚动体；至少一列第一滚动体的列，其布置在所述第一被滚动体与所述第二被滚动体之间，使得这两被滚动体能够以滚动轴承的方式相对于彼此转动；至少一列第二滚动体的列，其布置在所述第二被滚动体与所述第三被滚动体之间，使得这两被滚动体能够以滚动轴承的方式相对于彼此转动；各所述被滚动体均被设计成形成传动元件或者被设计成支撑至少一个传动元件；所述传动元件被布置和构造成使得其以传动机构的方式相互作用。

Description

滚动轴承传动机构
技术领域
本发明涉及一种滚动轴承传动机构(rolling-element bearing transmission)。
背景技术
在许多技术领域中，机构(mechanisms)必须被设计用于执行最高可能周期数的快速枢转运动。特别地，对于比较大幅地减慢转速的驱动，所述机构应当同时耐久、鲁棒、简单且低廉。
发明内容
本发明的一个目的是提供这方面的改进。
该目的通过技术方案1的主题而得以实现。有利的实施方式记载在从属技术方案中。
这里，根据技术方案1的滚动轴承传动机构提供了以下优点：可以这么说，在一个结构单元中兼具纯滚动轴承功能本身以及高的驱动减速。使用本发明的滚动轴承传动机构，甚至能够实现呈较小角度、快速、频繁往复的枢转运动，而内部的滚动搭配体有利地进行真实的转动，而不仅仅是以本身不期望的、可能导致诸如剥蚀等的已知问题的方式一直相对于彼此前后运动。由此还能够有利地建立滚动搭配体的脂润滑，由此无需昂贵的油润滑。然而，当然，无论出于何种原因，本发明的滚动轴承传动机构还能够以油润滑的方式使用和驱动。此外，使用本发明的滚动轴承传动机构，能够实现1：50、1：100或甚至更大的大的加速或减速。然而，本发明因而还特别适于工业机器人技术，特别地，适于机械臂的接合区域，在该接合区域处，需要高的减速，并且在整个使用寿命中均执行快速的枢转运动。然而，还适于风力涡轮机的叶片的节距调整(pitch adjustment)。
本发明的其它优点、特征和细节出现在以下参照附图说明的本发明的示例性实施方式中。
附图说明
图1示出了根据本发明的包括了上下布置的被滚动体的滚动轴承传动机构的上半部的纵截面，
图2示出了与图1的滚动轴承传动机构类似的滚动轴承传动机构的截面，以及
图3示出了根据本发明的包括了两个在轴向上相邻布置的被滚动体的滚动轴承传动机构的纵截面。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的示例性实施方式的滚动轴承传动机构(rolling-elementbearing transmission)的上半部的纵截面，其中仅截面表面未用阴影绘出。这里，滚动轴承传动机构包括均被构造成环形或中空圆柱(hollow cylinder)形的内侧的第一被滚动体(/被滚动元件，下同)(rolled-on element)11、中间的第二被滚动体12和外侧的第三被滚动体13。这里，外侧的被滚动体13和中间的被滚动体12以双列角接触球轴承的方式相对于彼此构造而成。当然，还可以使用其它的轴承结构型式，例如，深沟球轴承和/或圆锥滚子轴承。因而，这两个被滚动体13和12例如由滚动轴承钢形成，并且在(被形成为球的)滚动体的两个列的区域中，这两个被滚动体13和12包括供球19(在上面)滚动的被硬化的(hardened)、研磨的和/或珩磨的(honed)或者相当地(/以等同方式)制成的(comparablyproduced)滚道。这里，这两个列中的每个列中的球19布置在或卡合(snapped-in)在未绘出的例如由塑料材料制成的保持架中，所述保持架防止球19(之间)的相互接触。球19也可以由滚动轴承钢形成，而且还可以由其它金属(特别是铁合金)、陶瓷或其它适当的材料形成。此外，包含了球19的滚动体空间由两个环形密封元件在径向外侧密封，这两个环形密封元件布置在被滚动体13或12中的一者上的左右两侧或者布置在被滚动体13和12之间，其中这两个环形密封元件可以是(包括了密封唇的)接触(式)密封件和间隙密封件(例如，所谓的盖板)。这里，被密封的滚动体空间内的润滑为优选被设计用于轴承传动机构的整个使用寿命的脂润滑。
中间的被滚动体12和内侧的被滚动体11进而以双列角接触球轴承的方式相对于彼此构造而成，使得相应地适用前段中的实施方式。
此外，为了实现传动功能，滚动轴承传动机构被构造如下：内侧的被滚动体11在区域11z中被设计为齿轮。该齿轮区域11z与可转动地支撑在中间的被滚动体12中的第一齿轮21啮合。外侧的被滚动体13在区域13z中被设计为具有内齿轮的中空齿轮(internallygeared hollow gear)。该齿轮区域13z与也是被可转动地支撑在中间的被滚动体12中的第二齿轮22啮合。此外，第三齿轮23与第二齿轮22一起可转动地布置在中间的被滚动体12中，其中第二齿轮22和第三齿轮23例如通过被构造为一体的且在材料方面一致的(uniform)双齿轮而彼此连接，使得第二齿轮22和第三齿轮23一起转动。滚动轴承传动机构还可以包括支撑在(稍后参照图2更详细说明的)中间的被滚动体12中的第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮；然而，为了滚动轴承传动机构的进一步功能说明，这在最初被略去了。
可以这么说，由于齿轮21、22和23以及齿轮区域11z和13z布置在左右滚动体(比如球19)列之间，因此(齿轮21、22和23以及齿轮区域11z和13z)它们位于被从外侧密封的且被脂润滑的滚动体空间内。由于在任何情况下润滑齿轮轴承组件和齿啮合(tooth meshings)都将是必要的，因此这对齿轮21、22和23在中间的被滚动体12内的齿轮工作和支撑具有有益的效果。此外，由于伴随着滚道已经被必要地硬化(hardening)，也能够使位于滚道之间的齿轮区域11z和13z同样被硬化，以及由于从一定(certain)程度的载荷开始，无论如何齿都将必须已经被硬化，因此将齿轮区域11z和13z设置在球19用的左右滚道之间是有益的。假如(Provided)齿轮21、22和23的齿由可硬化的材料(例如可硬化的钢)形成，则这对于齿轮21、22和23的齿也是如此。最后，由于布置在且支撑在(中间的被滚动体12的)中央的齿轮21、22和23，因此中间的被滚动体12至少最初由左环和右环构成为两件(式)，其中左环和右环被构造成能够以固定的方式彼此连接。例如，对于具有一体的齿轮21、22和23及其轴承组件的两个环，所有部件均可以通过螺丝连接而彼此刚性地螺合。齿轮21、22和23的轴承组件可以通过滚针轴承或滚针滚子与保持架的组件或者通过滑动轴承而以节省空间的方式构建于螺栓。代替安装(attach)在两个滚道之间的是，齿轮21、22和23还可以与轴承组件轴向相邻地安装。
在示例性实施方式中，外侧的被滚动体13可以附接于座(housing)，因而为其它的被滚动体12和11提供了相对固定的基准框架。驱动例如经由位于中间的被滚动体12上的电驱动马达而起作用(/执行)(effected)，输出在所述驱动在朝向输出侧(的路上)已经受到显著减小之后经由内侧的被滚动体11而起作用(/执行)。电动马达能够在无磨耗且无另外的轴承组件的情况下以非常低廉(成本)的方式与传动机构组合。为此，管状的转子被附接于位于滚动轴承传动机构的中间的被滚动体12处的驱动侧，电动马达的定子被附接于位于外侧的被滚动体13处的同一侧。电动马达的背离传动机构的所在侧可以安装有安全制动器和转动角度传感器这两者。
这里，减速被构造成三级差分传动机构(differential transmission)，其中在这三级的每一级中，发生(还由齿轮的直径比或齿轮的齿比、各级的相互作用引起的)加速(step-up)或减速。在第一级中，发生的是，经由外侧的被滚动体13上的静止的中空齿轮区域13z，被驱动的中央的被滚动体12的转速加速到第二齿轮22绕着其自身轴线的转速。第二齿轮22与中空齿轮区域13z之间的直径比(始终取决于滚动轴承传动机构所能够获得的空间)可以被设定为例如1：4。在第二级中，从已经连接在与第二齿轮22共同转动的轴线上并因而随着第二齿轮22(的转动而)转动的第三齿轮23到第一齿轮21，直径比被设定为例如25mm比50mm(即1：2或更大)。另外，在第三级中，从第一齿轮21到内侧的被滚动体11的齿轮区域11z可以实现1：2(例如50mm比100mm)的减速，使得作为差分，总的加速结果是零。这意味着，外侧的被滚动体13和内侧的被滚动体11不以中间的被滚动体的任意转速转动。加速和减速抵消成零。因而通过略微改变齿轮的直径和传输(translation)，能够在被驱动和输出的被滚动体11、12和/或13之间，在两个转动方向上实现大于1：50的高传输比(translation ratio)。
因而利用该配置能够实现高的减速，优点是所有部件均转动，因而优点是具有良好的润滑状况。如果所描述的三级减速不够的话，则当然可以使用具有更多级的减速，其中具有多于三个被滚动体的滚动轴承传动机构也是可能的；然而，即使两级传输、例如省略第三齿轮也可能是足够的。
因而使用该滚动轴承差分传动机构，甚至还能够在具有大的减速比(这在驱动技术方面是有益的)的内侧的被滚动体11与外侧的被滚动体13之间实现较小角度的枢转运动，同时所使用的滚动搭配体(rolling partners)有利地进行实际转动，而不仅仅是以本身不期望的、可能导致诸如剥蚀(brinelling)等的已知问题的方式一直前后运动。由此还能够有利地建立滚动搭配体的脂润滑，由此无需昂贵的油润滑。然而，当然的是，无论出于何种原因，均还可以以油润滑的方式使用和驱动本发明的滚动轴承传动机构。
然而，本发明因而还特别适于工业机器人技术，特别适于机械臂的接合区域(joint regions)，在该接合区域处，需要高的减速，并且还必须执行持续的枢转运动。
图2示出了与图1的滚动轴承传动机构类似的滚动轴承传动机构的截面。这里，该截面是大致在图1的滚动轴承传动机构的水平中央区域中截取的(guided)。图2的滚动轴承传动机构与图1的滚动轴承传动机构的实质区别在于个体结构元件的尺寸。在图2中用与图1相同的附图标记表示在原理上功能相同的组成部件。在功能性方面，图1的实施方式也继续对应地在图2中适用。为了清楚起见，在图2中仅示例性地绘出了少量的球19。这里，图2在上方11点钟区域中示出了本发明的第一原理实施方式，在右方4点钟区域中示出了第二原理实施方式。
在所述11点钟区域中，除了图1所绘的齿轮21、22和23以外，还设置有与第一齿轮21对应的另一第一齿轮21’。像第一齿轮21那样，该另一第一齿轮21’一方面与第三齿轮23啮合，另一方面与位于内侧的被滚动体11上的齿轮区域11z啮合。这里，这四个齿轮21、21’、22和23的组在滚动轴承传动机构上沿周向以重复分布的方式设置(例如重复三次)。使用该设计，能够有利地实现从第一齿轮21和21’到齿轮区域11z的高扭矩传动能力，这确保了例如图1所绘的驱动-输出排布(drive-output constellation)中的始终如一的良好的且高的扭矩传动。
在所述4点钟区域中，除了图1所绘的齿轮21、22和23以外，还设置有与第二齿轮22对应的另一第二齿轮22’、与第三齿轮23对应的另一第三齿轮23’。像第二齿轮22那样，另一第二齿轮22’与外侧的被滚动体13上的齿轮区域13z啮合。像第三齿轮23那样，另一第三齿轮23’与第一齿轮21啮合。这里，这五个齿轮21、22、22’、23和23’的组在滚动轴承传动机构上沿周向以重复分布的方式设置(例如重复三次)。该实施方式还提供了与第一实施方式不同(/偏离)(deviating from)的特定扭矩传动能力，这可以根据对应的驱动-输出排布而以特定的优点进行使用。当然，在其它实施方式中还可以使用上述第一实施方式和第二实施方式的组合。
当然，在其它实施方式中，除了球以外的滚动体(例如圆锥滚子或圆柱滚子)也是可能的。此外，当然的是，根据应用要求，例如单列或者甚至多于双列的滚动轴承组件是可能的。最后，原则上还可以自由选择将经由哪些被滚动体来驱动并提供输出。
作为本发明的另一示例性实施方式，图3示出了(一个)滚动轴承传动机构的纵截面，其中仅截面表面未用阴影绘出。在图3中用与图1和图2相同的附图标记表示在原理上功能相同的组成部件。在功能性方面，图1和图2的实施方式也相应地在图3中适用。与图1和图2不同，在图3的滚动轴承传动机构中，三个被滚动体11、12和13未以三(个)环(的)轴承的方式上下(one-atop-the-other)布置，而是第一被滚动体11和第三被滚动体13彼此在轴向上相邻地布置。
在图3中，第一被滚动体11和第三被滚动体13被构造成至少两件，其中这两件中的包括了球19用的滚道的一件是双列角接触球轴承的共用外圈。第二被滚动体12被构造成多件(multi-piece)，其中所述多件中的包括了球19用的滚道的两件是双列角接触球轴承的共用内圈。归因于该设计，有利的是能够使用实质上像目录列表(catalog-listed)那样的双列角接触球轴承。
以沿周向分布的方式布置的且可转动地支撑在被滚动体12中的多对齿轮22和23设置在第二被滚动体12的内，并且在轴向上设置在两个角接触球轴承之间。在各对(齿轮)中，两个齿轮22和23均彼此固定地连接。这里，齿轮22在这里被布置和构造成使得它们与形成于第三被滚动体13的具有内齿轮的齿轮区域13z啮合，而齿轮23被布置和构造成(使得)它们与位于第一被滚动体11的具有内齿轮的齿轮区域11z啮合。
第二被滚动体12坐落在中空轴31上。此外，电动马达的转子32连接到中空轴，其中电动马达的定子33连接到相对于其它被滚动体固定的第三被滚动体13。因而，能够经由电动马达来驱动中空轴31和连接到中空轴31的第二被滚动体，其中输出经由第一被滚动体起作用(/执行)。
这里，从驱动到输出，图3的滚动轴承传动机构按如下加速(steps up)：将与第三被滚动体13的齿轮区域13z啮合的齿轮22设定为通过中空轴31的转动而绕着其自身的转动轴线转动。因而，齿轮23也随着(along)转动，通过齿轮23与第一被滚动体11的齿轮区域11z啮合，齿轮23的转动使第一被滚动体11运动。
当然，与对图1的装置所说明的类似，在图3的配置中，可以根据需要在电动马达的背离传动机构的那一侧添加未更详细绘出的制动器、还可以有未更详细绘出的用于获取不同值的传感器以及其它扩展元件(extension element)。

Claims (14)

1.一种滚动轴承传动机构，包括以下特征：
- 供滚动体在上面滚动的至少一个第一被滚动体、第二被滚动体和第三被滚动体，
- 至少一列第一滚动体的列，其布置在所述第一被滚动体与所述第二被滚动体之间，使得这两被滚动体能够以滚动轴承的方式相对于彼此转动，
- 至少一列第二滚动体的列，其布置在所述第二被滚动体与所述第三被滚动体之间，使得这两被滚动体能够以滚动轴承的方式相对于彼此转动，
- 各所述被滚动体均被设计成形成传动元件或者被设计成支撑至少一个传动元件，并且
- 所述传动元件被布置和构造成使得其以传动机构的方式相互作用，
其中，所述第二被滚动体构造成多件，由所述第二被滚动体支撑的传动元件在轴向上设置于所述第二被滚动体的两个件之间。
2.根据权利要求1所述的滚动轴承传动机构，其特征在于，所述第一滚动体的列和/或所述第二滚动体的列被构造为单列滚动体或多列滚动体，和/或所述滚动体被构造为球或滚子。
3.根据权利要求1所述的滚动轴承传动机构，其特征在于，所述滚动体被构造为圆锥滚子或圆柱滚子。
4.根据权利要求1所述的滚动轴承传动机构，其特征在于，所述第一滚动体的列和/或所述第二滚动体的列与相关联的被滚动体以双列角接触球轴承的方式构造而成。
5.根据权利要求1所述的滚动轴承传动机构，其特征在于，所述滚动体被脂润滑，密封元件被设置用于密封包含了所述滚动体的空间，和/或滚动体的至少一个组或至少一个列布置在保持架中。
6.根据权利要求1所述的滚动轴承传动机构，其特征在于，经由所述被滚动体中的一者提供驱动，经由所述被滚动体中的另一者提供输出，所述被滚动体中的其余被滚动体被设置为相对于其它被滚动体固定的参照基础。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的滚动轴承传动机构，其特征在于，所述传动元件被构造为具有外齿轮或内齿轮的单齿轮或多齿轮。
8.根据权利要求7所述的滚动轴承传动机构，其特征在于，所述第二被滚动体被以支撑至少一个齿轮的多部件设计构造而成，所述第一被滚动体和所述第三被滚动体均被设计成形成齿轮。
9.根据权利要求8所述的滚动轴承传动机构，其特征在于，所述第二被滚动体被以支撑双齿轮的多部件设计构造而成。
10.根据权利要求8所述的滚动轴承传动机构，其特征在于，所述第二被滚动体被设计成支撑与所述至少一个齿轮相互作用的另外的齿轮。
11.根据权利要求10所述的滚动轴承传动机构，其特征在于，支撑在所述第二被滚动体中的多组齿轮以及另外的齿轮以沿所述第二被滚动体的周向分布的方式设置。
12.根据权利要求1至6中的任一项所述的滚动轴承传动机构，其特征在于，所述第二被滚动体的两个滚动体列用的两个滚道被设置在所述第二被滚动体的同一侧或者设置在所述第二被滚动体的不同的两相反侧。
13.根据权利要求1至6中的任一项所述的滚动轴承传动机构，其特征在于，所述第一被滚动体和所述第三被滚动体在轴向上间隔开，并且至少一个第二被滚动体在所述至少一个第二被滚动体的同一径向侧包括至少两个滚道。
14.根据权利要求1至6中的任一项所述的滚动轴承传动机构，其特征在于，由所述第二被滚动体支撑的传动元件在轴向上设置在两个角接触球轴承之间。
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