CN117386719A - 一种分度交叉滚子轴承及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于零背隙数控转台和分度凸轮机构领域，公开了一种分度交叉滚子轴承及方法，包括带内轨道的轴承外圈、带外轨道的轴承内圈和滚子；所述轴承内圈的圆周方向均布有多个滚针轴承安装孔位，所述滚针轴承安装孔位中镶嵌有滚针轴承，所述滚针轴承能够在凸轮曲线的拨动下实现转动和分度转位。本发明的分度交叉滚子轴承采用了滚针轴承作为分度元件，能够在凸轮曲线的拨动下实现转动和分度转位，提高了定位精度和重复精度，避免了累积误差和背隙的产生。本发明的分度交叉滚子轴承采用了内外圈一体化的设计，简化了安装、调试和检测的过程，降低了生产成本和时间，提高了生产效率和使用寿命。

Description

一种分度交叉滚子轴承及方法

技术领域

本发明属于零背隙数控转台和分度凸轮机构技术领域，尤其涉及一种分度交叉滚子轴承。

背景技术

零背隙数控转台和分度凸轮机构是一种用于精密定位和分度的机械装置，广泛应用于机床、工业机器人、光学仪器等领域。零背隙数控转台和分度凸轮机构通常由转台轴承、连接法兰和滚子分度盘三个零件组合在一起使用，其中转台轴承是用于支撑和旋转工作台的关键部件，连接法兰是用于将转台轴承与工作母机连接的部件，滚子分度盘是用于实现精确分度的部件。

目前，常见的转台轴承有以下几种类型：

滚柱式转台轴承：该类型转台轴承采用滚柱在内外圈之间滚动的方式，具有承载能力大、刚性好、运动平稳等优点，但也存在着摩擦力大、热量产生多、运动精度受温升影响等缺点。

交叉滚子轴承：该类型转台轴承采用交叉排列的圆柱滚子在内外圈的V形沟槽中滚动的方式，具有承载能力高、刚性强、运动精度高等优点，但也存在着制造成本高、安装调整困难、润滑不易等缺点。

谐波驱动转台轴承：该类型转台轴承采用谐波齿轮传动的方式，具有结构紧凑、运动平稳、传动比大、背隙小等优点，但也存在着扭矩容量小、刚性差、寿命短等缺点。

直驱电机转台轴承：该类型转台轴承采用直接由电机驱动工作台旋转的方式，具有运动精度高、响应速度快、背隙无、噪音低等优点，但也存在着成本高、散热问题、电磁干扰等缺点。

目前，常见的滚子分度盘有以下几种类型：

凸轮式滚子分度盘：该类型滚子分度盘采用输入轴上的共轭凸轮与输出轴上带有均匀分布滚针轴承的分度盘无间隙垂直啮合的方式，具有结构简单、运行平稳、定位精确等优点，但也存在着分度角度受限、凸轮制造困难等缺点。

滚珠螺杆式滚子分度盘：该类型滚子分度盘采用输入轴上的螺杆与输出轴上带有均匀散布滚珠螺母的分度盘无间隙啮合的方式，具有传动效率高、可实现任意角度分度等优点，但也存在着结构复杂、制造成本高等缺点。

电磁离合器式滚子分度盘：该类型滚子分度盘采用输入轴上的电磁离合器与输出轴上带有均匀散布滚针轴承的分度盘无间隙啮合的方式，具有控制方便、可实现快速分度等优点，但也存在着耗电量大、寿命短等缺点。

由此可见，目前，零背隙数控转台和分度凸轮机构的输出总成主要采用转台轴承、连接法兰和滚子分度盘三个零件组合在一起使用，这种组合方式存在以下问题：

(1)组合后的零件精度不够高，容易产生累积误差和背隙，影响定位精度和重复精度。

(2)组合后的零件承载力不够大，不能满足高速、高刚性、高稳定性的要求。

(3)组合后的零件费事费力费财，需要多次安装、调试、检测，增加了生产成本和时间。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种分度交叉滚子轴承。

本发明是这样实现的，一种分度交叉滚子轴承，包括带内轨道的轴承外圈、带外轨道的轴承内圈和滚子；

所述轴承内圈的圆周方向均布有多个滚针轴承安装孔位，所述滚针轴承安装孔位中镶嵌有滚针轴承，所述滚针轴承能够在凸轮曲线的拨动下实现转动和输出轴分度转位。

进一步，所述滚针轴承安装孔位之间的夹角误差为2角秒以内。

进一步，所述轴承外圈固定安装在壳体上，支撑整个轴承。

进一步，所述内外圈之间是滚子滚道，所述滚子在其中负游隙滚动，实现内外圈的相对运动。

本发明的另一目的在于提供一种使用分度交叉滚子轴承的方法，包括以下步骤：安装一个带有内轨道的轴承外圈和一个带有外轨道的轴承内圈，以及多个滚子；在轴承内圈的圆周方向均匀分布设置多个滚针轴承安装孔位，并在每个孔位中镶嵌一个滚针轴承；通过凸轮曲线的拨动来实现所述滚针轴承的转动和分度转位。

其中所述滚针轴承安装孔位之间的夹角误差调整至2角秒以内的精度调校步骤。

本发明的另一目的在于提供一种分度交叉滚子轴承的装配方法，包括以下步骤：将一个轴承外圈固定安装在壳体上，以支撑整个轴承；在轴承外圈中安装一个带有外轨道的轴承内圈；在所述轴承内圈上均布多个滚针轴承安装孔位，进而在每个孔位中镶嵌滚针轴承。

进一步包括在所述轴承内外圈之间提供一个滚子滚道，其中所述滚子在所述滚道中负游隙滚动，以实现内外圈的精密相对运动。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一，本发明的分度交叉滚子轴承采用了滚针轴承作为分度元件，能够在凸轮曲线的拨动下实现转动和分度转位，提高了定位精度和重复精度，避免了累积误差和背隙的产生。利用了交叉滚子轴承的结构特点，能够同时承受径向负荷、轴向负荷和力矩负荷，提高了承载力、刚性和稳定性，满足了高速、高精度和高可靠性的要求。同时本发明的分度交叉滚子轴承采用了内外圈一体化的设计，简化了安装、调试和检测的过程，降低了生产成本和时间，提高了生产效率和使用寿命。

本发明提供的内外轨道间填充高转速润滑脂，免维护。

第二，从产品的角度来看，本发明所要保护的技术方案是一种能够实现高精度、高速度、高刚性和高稳定性的分度交叉滚子轴承，它具备以下技术效果和优点：

(1)它能够提供零背隙的分度功能，准确地控制转台的角度位置，适用于数控机床、机器人、医疗设备等领域的精密定位和分度需求。

(2)它能够承受较大的负荷和力矩，保证转台的运动平稳和可靠，适用于航空航天、军工、能源等领域的高速、高刚性和高稳定性的需求。

(3)它能够简化安装和维护的过程，降低生产成本和时间，提高生产效率和使用寿命，适用于各种规模和类型的生产场合。

本发明所要保护的技术方案是一种集分度功能、交叉滚子轴承功能和内外圈一体化设计于一体的创新型产品，具有较强的市场竞争力和应用前景。

第三，本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：本发明的技术方案是将分度功能和交叉滚子轴承功能结合在一体，实现了一种新颖的分度交叉滚子轴承，这是一种在轴承领域的创新设计；本发明的技术方案是利用滚针轴承作为分度元件，能够在凸轮曲线的拨动下实现转动和分度转位，这是一种在分度机构领域的创新设计；本发明的技术方案是利用交叉滚子轴承的结构特点，能够同时承受径向负荷、轴向负荷和力矩负荷，这是一种在轴承性能领域的创新设计；本发明的技术方案是采用了内外圈一体化的设计，简化了安装、调试和检测的过程，这是一种在轴承制造领域的创新设计，以上均没有见过有类似的专利或文献报道。

本发明的技术方案是在多个领域都具有创新性和实用性的技术方案，可以说是填补了国内外业内技术空白。

第四，本发明提供的分度交叉滚子轴承的设计和应用带来的显著技术进步主要表现在以下几个方面：

1.集成度提高：传统的数控转台和分度机构往往需要多个零件组合实现所需功能，而分度交叉滚子轴承将关键的轴承和分度功能集成于一个单一零件中。这种一体化的设计简化了装配工序，减少了装配时产生的累积误差，从而提高了整体***的可靠性和性能。

2.精度提升：在精度要求极高的数控机床转台或机器人关节中，轴承的精度至关重要。该轴承通过精密加工技术，如滚针轴承安装孔位的精密钻孔和磨削，保证了孔位的精度，进而确保了轴承在高速转动或复杂负载下仍能维持高精度，这对提高设备的加工精度、减少加工误差有着直接的正面影响。

3.承载能力增强：由于轴承内外圈间的滚针轴承可以在凸轮曲线的拨动下实现转动和分度转位，且整个轴承结构采用强化设计，使其在承受较大负载时仍能保持高性能。这对于承载重量较大的工件或执行复杂动作的机器人关节至关重要。

4.成本和时间节省：一体化设计减少了生产和装配过程中的时间和成本，因为它减少了需要采购、加工和装配的单独零件数量。此外，减少零件的间隙调整和组合调试时间，缩短了产品从设计到市场的整体周期。

5.简化维护和更换：当零件需要维护或更换时，一体化的轴承设计使得过程更为快捷和简便。用户不需要专门的技术知识去分辨和替换多个小零件，大大减轻了维护负担。

本发明提供的分度交叉滚子轴承的设计提供了显著的技术进步，能够广泛应用于需要高精度和高承载力的工业设备中，提高了设备的整体性能，降低了生产和维护的成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的分度交叉滚子轴承整体结构图；

图2是本发明实施例提供的分度交叉滚子轴承滚针轴承安装孔位和滚子轨道示意图；

图3是本发明实施例提供的分度交叉滚子轴承侧视图；

图4是本发明实施例提供的分度交叉滚子轴承滚针轴承安装孔位和滚针轴承示意图；

图5是本发明实施例提供的现有的组合件轴承平面示意图；

图6是本发明实施例提供的一体化分度交叉滚子轴承平面示意图。

图中：1、轴承外圈；2、轴承内圈；3、滚子；4、滚针轴承安装孔位；5、滚针轴承；6、壳体；7、滚子轨道；8、联结螺栓；9、连接法兰；10、转台轴承；11、滚子分度盘；12、分度交叉滚子轴承；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的两个具体的实施例以展示分度交叉滚子轴承的具体实现方案。

实施例1：高精度数控机床转台的实施方案

构造说明：

轴承外圈1与壳体6的连接采用微缝隙过盈配合，以实现更高的定位精度。

轴承内圈2的滚针轴承安装孔位4采用精密钻孔和磨削工艺，确保孔位精度控制在2角秒误差内。

滚针轴承5选择高质量的钢材和热处理工艺，确保在高负载情况下仍能保持良好的转动性能。

滚子3和滚子轨道7采用高精度研磨技术，实现滚子在轨道内的零背隙滚动。

具体实现方案：

在数控机床转台中，将轴承外圈1安装在转台基础结构上，确保整体的稳定性。

轴承内圈2与转台的工作面联接，工作面上的分度凸轮结构配合滚针轴承5，以实现精准的分度转位。

通过CNC***控制分度凸轮的运动轨迹，以达到预设的分度位置。

实施例2：机器人关节旋转机构的实施方案

构造说明：

轴承外圈1设计为可与机器人的主体框架直接融合，以增强连接的稳定性。

轴承内圈2通过特殊设计，使其能与机器人关节的转动部分连接，滚针轴承5通过精密设计实现在复杂运动下的稳定分度。

滚子3的尺寸和形状经过优化，以适应机器人关节在运动过程中的变化负载和速度要求。

具体实现方案：

在机器人的关节旋转部分安装该分度交叉滚子轴承，确保关节的快速、准确转动。

利用机器人控制***的精确编程，通过内圈的分度凸轮激活滚针轴承5的转动和定位，以实现复杂的关节运动轨迹。

轴承的设计允许快速分度和定位，提高机器人动作的灵活性和精度。

通过这两个实施例，可以看出分度交叉滚子轴承在提高结构的集成度、提升精度和承载能力以及简化组装过程方面的优势，为数控转台和机器人关节等应用提供了优化方案。

如图1-3所示，本发明是这样实现的，一种分度交叉滚子轴承，包括带内轨道的轴承外圈1、带外轨道的轴承内圈2和滚子3；

所述轴承内圈的圆周方向均布有多个滚针轴承安装孔位4，所述滚针轴承安装孔位中镶嵌有滚针轴承5，所述滚针轴承能够在凸轮曲线的拨动下实现转动和分度转位，如图4。

进一步，所述滚针轴承安装孔位之间的夹角误差为2角秒以内。

进一步，所述轴承外圈1固定安装在壳体6上，支撑整个轴承。

进一步，所述内外圈之间是滚子轨道7，所述滚子在其中负游隙滚动，实现内外圈的相对运动。

如图5所示，目前零背隙数控转台输出分度总成用转台轴承10、连接法兰8和滚子分度盘11三个零件组合在一起使用，组合后的零件精度不够高，承载力不够大，且组合件费事费力费财。

如图6所示，本发明将三种零件组合在一起，配作困难，精度不高，设计成为一个零件，提高精度和强度。用于零背隙数控转台和分度凸轮机构，实现了组装简单，精度提高，成本降低。

本发明的使用方法如下：

1.装配分度交叉滚子轴承：将轴承外圈安装在相应的壳体上，确保其固定并提供支撑。将轴承内圈与外圈对齐，并确保其正确的位置和方向。

2.安装滚针轴承：在轴承内圈的多个滚针轴承安装孔位中，***并固定滚针轴承，以保证它们能够在凸轮曲线的拨动下自由旋转和实现分度转位。

3.调整角度和误差校准：确保滚针轴承安装孔位之间的夹角误差在规定的2角秒以内，以确保整体分度准确性。

4.实现分度功能：通过适当的控制和凸轮曲线的操作，滚子在滚道内负游隙滚动，使得内外圈相对运动，实现精确的分度和定位功能。

5.维护和保养：定期检查和保养滚子轴承，确保其正常运行和准确性。内外轨道间填充高转速润滑脂，免维护。

本发明分度交叉滚子轴承利用内外圈和滚子的精确几何结构，使滚子在内外圈之间的滚道中负游隙滚动，内圈上的多个滚针轴承安装孔位嵌入滚针轴承，在凸轮曲线的控制下实现转动和分度转位，确保轴承内外圈的相对运动，在准确控制下完成精准的分度功能。滚针轴承安装孔位之间的角度误差控制在2角秒以内，保证了分度的精确性和准确度，从而满足高精度定位和分度的要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分度交叉滚子轴承，其特征在于，包括带内轨道的轴承外圈、带外轨道的轴承内圈和滚子；

所述轴承内圈的圆周方向均布有多个滚针轴承安装孔位，所述滚针轴承安装孔位中镶嵌有滚针轴承，所述滚针轴承能够在凸轮曲线的拨动下实现转动和分度转位。

2.如权利要求1所述分度交叉滚子轴承，其特征在于，所述滚针轴承安装孔位之间的夹角误差为2角秒以内。

3.如权利要求1所述分度交叉滚子轴承，其特征在于，所述轴承外圈固定安装在壳体上，支撑整个轴承。

4.如权利要求1所述分度交叉滚子轴承，其特征在于，所述内外圈之间是滚子滚道，所述滚子在其中负游隙滚动，实现内外圈的相对运动。

5.一种使用分度交叉滚子轴承的方法，其特征在于，所该方法特征在于包括以下步骤：

a)选择一个带有内轨道的轴承外圈和一个带有外轨道的轴承内圈，以及一系列的滚子；

b)在轴承内圈的圆周方向均匀分布设置滚针轴承安装孔位，并选择滚针轴承的型号与尺寸，以适配凸轮曲线的设计；

c)使用特定工具在每个孔位中镶嵌滚针轴承，并利用精密测量工具确保滚针轴承安装孔位之间的夹角误差在预设范围内；

d)通过凸轮曲线的拨动，调节滚针轴承的转动和分度转位，同时监测和调整凸轮曲线和滚针轴承之间的接触精度以保证转动的平滑性。

6.如方法权利要求1所述的使用方法，其特征在于，

在步骤b)中，选择滚针轴承时考虑其载荷特性和工作速度，以保证轴承在预期的工作条件下的稳定性；

在步骤c)中，使用自动化机械手臂来镶嵌滚针轴承，提高镶嵌效率和精度；

设置夹角误差的检测***，通过计算机辅助设计软件进行预测和优化，确保误差调整至2角秒以内。

7.一种分度交叉滚子轴承的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

使用高强度材料制成的轴承外圈固定安装在具有良好防震特性的壳体上；

在壳体内设置防尘密封和润滑***，保护轴承免受外界环境影响，并确保长期运行的可靠性；

使用精密装配设备和技术，在轴承外圈中安装轴承内圈，并确保内外圈的同心度和平行度；

在轴承内圈上均布设置滚针轴承安装孔位，并使用特制的装配工具来确保滚针轴承的正确安装和定位。

8.如方法权利要求5所述的使用分度交叉滚子轴承的方法，其特征还在于：

在步骤d)中，使用高精度滚子滚道，滚子的材质选择与表面处理技术确保滚动时的微小摩擦和磨损；

为了实现内外圈的相对运动，添加传感器以监控滚子的速度和位置，确保负游隙滚动的精确控制；

采用动态调整技术在滚子运行过程中自动调整内外圈间的间隙，以补偿由于磨损和温度变化引起的尺寸变化。