实用新型内容
本实用新型的目的在于针对上述技术问题提出一种结构紧凑、性能可靠的用于降低滚动元件的转速的减速轴承及电动机。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种减速轴承,包括从里到外依次设在同一轴承平面的内圈、中间圈和外圈,且所述内圈与中间圈之间以及所述外圈与中间圈之间分别设有滚动元件;所述减速轴承具有至少一个减速级,其中,所述内圈、中间圈和外圈分别具有沿减速轴承的轴向方向延伸的内圈延伸部、中间圈延伸部和外圈延伸部,所述内圈延伸部、中间圈延伸部以及外圈延伸部位于同一减速级平面上;
所述内圈延伸部的外表面上具有至少一个凸部,所述外圈延伸部的内表面设有凹部;或者所述外圈延伸部的内表面上具有至少一个凸部,所述内圈延伸部的外表面设有凹部;
所述中间圈延伸部设在所述内圈延伸部与外圈延伸部之间并传输波浪型减速动作。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述中间圈延伸部设有用于置放径向 移动元件的径向通道;所述径向移动元件分别与所述内圈延伸部的外表面以及所述外圈延伸部的内表面接触。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述径向移动元件包括径向移动元件主体和分别设在所述径向移动元件主体的轴向两端、并用于与所述径向通道的轴向端面相抵接的接触部;每一所述接触部由径向移动元件主体的轴向端面延伸形成。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述径向移动元件主体为圆柱形,所述接触部设有一接触点,并且所述接触点位于所述径向移动元件主体的中轴线上,所述接触部通过所述接触点与所述径向通道的轴向端面形成点接触。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述接触部由径向移动元件主体处至接触点处的尺寸逐渐减小。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述凹部为沟槽,且该凹部的数量与所述径向通道的数量不同。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述凹部的径向深度等于或大于所述凸部在径向方向上的高度。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述外圈延伸部的内表面上的沟槽的径向深度等于或大于所述内圈延伸部的外表面上的凸部在径向方向上的高度。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述凸部的形状反映所述凹部的形状的颠倒形式。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述径向移动元件包括至少一行滑动件或滚动件。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述滑动件或滚动件是滚针、滚珠或者滚柱。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述内圈延伸部的外表面与所述中间圈延伸部之间插置有径向柔性滚柱轴承。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述内圈延伸部的外表面上或所述外圈延伸部的内表面上的凸部的数量为偶数或至少三个的奇数。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述内圈和/或中间圈和/或外圈设有用于连接外部支撑结构的通孔。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述内圈设有轴向中心开口,所述轴向中心开口的直径大于所述外圈的外径的35%。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述内圈设有轴向中心开口,所述轴向中心开口的直径大小为所述外圈的外径的50%-90%。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述内圈设有轴向中心开口,所述轴向中心开口的直径大于所述外圈外径50%或60%或70%。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述减速轴承具有两个或更多个减速级,所述两个或更多个减速级中至少一个第一减速级驱动式的连接到至少一个第二减速级,其中,所述第一减速级和第二减速级相互轴向对准和/或相互同心定位。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述第一减速级和第二减速级轴向对准,且所述第一减速级的内圈、中间圈和外圈与所述第二减速级的内圈、中间圈和外圈中的一个连接。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述连接借助于花键连接实现。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述第一减速级和第二减速级相互同心定位,且所述第二减速级同心的布置在所述第一减速级周围,其中,所述第一减速级的外圈与所述第二减速级的内圈为一体结构。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述第一减速级的内圈和中间圈中的一个与所述第二减速级的中间圈和外圈中的一个附接到或者能附接到外部支撑结构。
在本实用新型所述的减速轴承中,所述减速轴承具有不同的减速级和不同的减速值的两个输出。
本实用新型还提供一种电动机,上述的减速轴承与所述电动机的集成或集成到所述电动机中,其中,所述电动机的壳体形成所述减速轴承的支撑结构,并且,所述电动机的转子驱动式的连接所述减速轴承的输入圈或者与所述减速轴承的输入圈成整体。
本实用新型通过对普通轴承的优化设计,使之变成具有减速功能的减速轴承,跟通常的减速器相比较,具有结构紧凑、性能可靠的优点。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型的技术方案,以下结合附图及实施例,对本实用新型的技术方案进行进一步详细说明,显而易见地,下面描述仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些实施例获得其他的实施例。
本实用新型的减速轴承,包括从里到外依次设在同一轴承平面的内圈、中间圈和外圈,且内圈与中间圈之间以及外圈与中间圈之间分别设有滚动元件。上述减速轴承具有至少一个减速级,其中内圈、中间圈和外圈分别具有 沿减速轴承的轴向方向延伸的内圈延伸部、中间圈延伸部和外圈延伸部,且上述内圈延伸部、中间圈延伸部以及外圈延伸部位于同一减速级平面上。内圈延伸部的外表面上具有至少一个凸部,相应地,外圈延伸部的内表面设有凹部;或者外圈延伸部的内表面上具有至少一个凸部,内圈延伸部的外表面设有凹部;上述凸部的径向方向的高度与凹部的径向方向的深度匹配。中间圈延伸部设在内圈延伸部与外圈延伸部之间并通过径向移动元件传输波浪型减速动作。
为方便加工,上述凹部具体可采用沟槽的形式,且凹部的数量与径向通道的数量不同。特别地,凹部的径向深度等于或大于凸部在径向方向上的高度。以下以外圈延伸部的内表面为沟槽、内圈延伸部的外表面具有凸部的结构进一步揭露本实用新型的减速轴承的结构。
图1示意性地示出了上述减速轴承的横截面。减速轴承包括同心布设的内圈10、中间圈20、外圈30。在横截面的左边部分,标出了轴承平面41,该轴承平面41上包括三个同心布设的内圈10、中间圈20、外圈30以及滚动元件50、51,滚动元件50、51分别放置在内圈10与中间圈20之间和中间圈20与外圈30之间。因此,轴承平面41上的元件构成了具有三个可旋转圈的径向滚动轴承。滚动元件50、51可以是圆柱滚子,也可以使用轴承中常用的任何其他种类的滚动元件,例如滚珠、滚针等。
内圈10、中间圈20、外圈30分别具有轴向延伸且处于共同减速级平面42的内圈延伸部16、中间圈延伸部26、外圈延伸部36。内圈延伸部16、中间圈延伸部26、外圈延伸部36构成减速级7,并且内圈延伸部16与外圈延伸部36之间设有径向移动件40,中间圈延伸部26设有用于置放径向移动元件40的径向通道24,内圈延伸部16的外表面与径向移动元件40(径向移动元件40遮罩在中间圈延伸部26内部的径向通道24的内部)接触,外圈延伸部36的内表面接触径向移动元件40。
上述径向通道24与外圈延伸部36的沟槽32以及内圈延伸部16的凸部位于同一平面,并引导径向移动元件40的径向移动,使得中间圈延伸部26在内圈延伸部16与外圈延伸部36之间传输波浪型减速动作。后面将结合图3、 图5和图6论述内圈延伸部16的外表面12以及外圈延伸部36的结构。
图2示出了图1的减速轴承5的示意性透视图。可以看出,轴承部分的滚动元件50、51遮罩在滚动元件罩壳52、53中。减速轴承5具有中心开口13,其构成减速轴承5的总直径的重要部分。另外,在内圈10、中间圈20和外圈30中示出了用于附接支撑结构和连接到输入和输出装置的三个通孔,即内圈延伸部16中的输入连接的通孔18、中间圈20中的输出连接的通孔28和外圈30中用于附接到支撑结构的通孔38。
图3a、图3b和图3c中示出了内圈10的详细视图。图3a示出了内圈10的透视图,内圈10具有大的轴向中心开口13和配置成圆形轴承座圈11的轴承部分。轴向中心开口13的直径大于外圈30的外径的35%。此外,内圈10的轴向中心开口13的直径大小也可以为外圈30的外径的50%-90%,以适应不同的应用场合,例如,内圈10的轴向中心开口的直径大于外圈外径50%或60%或70%。轴承座圈11支持着图1和图2示出的滚动元件50的内圆。在轴向方向上,示出了盘状结构的内圈延伸部16,内圈延伸部16具有非圆形的外表面12。如图3a所示,参考标号16旁边的部分配置成直径最小的谷部15,而在这个部分的上方和下方,外表面12显示出两个浅的凸部14、14’,从而在外表面12上形成了具有凹凸起伏结构的非圆形周面。另外一个谷部15’的位置与谷部15相反。外表面12也可以具有三个或更多个凸部14。
优选的,在内圈延伸部16的外表面12设有偶数个凸部14以消除减速轴承中的径向力,因为每个凸部14引入到减速轴承中的径向力都被来自相反凸部14的相反径向力抵消。同理,内圈延伸部16的外表面12还可设有不小于三个的奇数个凸部14。图3b示出了内圈10的更详细的横截面图,内圈10的部分在图3c中用放大结构示意图示出。内圈延伸部16的外表面12具有比其边界略高的中央部分,标记为凸部14、14’,在两个凸部14、14’之间为谷部15的位置。图3c中谷部15的位置处的表面用虚线表示,凸部14、14’与谷部15之间的高度变化使得图1和图2所示的径向移动元件40在中间圈延伸部26中的相应的径向通道24中执行径向移动。
在图4a、图4b、图4c中,更具体地描述了中间圈20。如图4a中的透视 图所示,中间圈20包括轴承部分,且轴承部分的外侧设有圆形轴承座圈21,轴承部分的内侧设有圆形轴承座圈22,轴承座圈21、22分别与图1和图2的滚动元件50和51接触。
中间圈延伸部26包括罩壳,罩壳具有径向通道24,径向通道24用于导引图1和图2所示的径向移动元件40的线性移动(或滚动)。中间圈延伸部26本身是圆柱形的结构。中间圈延伸部26的内径略大于凸部14、14’处的内圈延伸部16的外直径。
图4d中示出了中间圈延伸部26的结构进一步延伸,形成了附加的径向通道124。通过延伸增加附加的径向通道124,使得减速轴承的承载能力得到增强。优选的,径向通道24和径向通道124布置成两行。
在一具体实施例中,径向移动元件40包括至少一行滚动件,一般为两行滚动件。优选的,滚动件可为滚针、滚珠或者滚柱。当然,滚动件也可以使用滑动件替代。
图5a、图5b、图5c示出了图1和图2的外圈30的结构。外圈30具有配置成轴承座圈31的内圆周轴承表面,轴承座圈31接触图1和图2所示的滚动元件51的外圈。在轴向方向上,外圈延伸部36具有内表面,其直径小于轴承座圈31的直径并且具有沟槽32,沟槽32的深度与内圈延伸部16上的凸部14、14’与谷部15之间的径向方向的高度差值(以下简称凸部14、14’的径向方向的高度)匹配。沟槽32的径向深度随着内圈延伸部16的外表面12的变化而改变,这个径向深度通过减速级的减速比在圆周方向上缩短。
优选的,沟槽32的数目与中间圈延伸部26的径向通道24的数目不相同,并且相差极少,通常相差2个,尤其是在只具有2个凸部的情况下。一般情况下,外圈延伸部36的沟槽32的数量比内圈延伸部16的凸部14的数量多4倍或更多倍,优选地为10倍或更多倍,以便确保平滑的操作。
为保证径向移动元件40顺利传递减速波浪形减速动作,外圈延伸部36的内表面上的沟槽32的径向深度等于或大于内圈延伸部16的外表面上的凸部在径向方向上的高度。通过这种结构,可以有效地避免减速轴承出现三个同心圈之间相互阻挡移动的情况。优选的,内圈延伸部16的外表面上的凸部 14的形状反映了外圈延伸部36上的沟槽32的形状的颠倒形式,因此,径向通道24中的径向移动元件40将没有游隙或者只有很小的游隙,因而减少了运行过程中各部件出现撕裂和磨损的情况。
图6a、图6b、图6c示出了在穿过减速级平面42的横截面中的单级减速轴承5的结构,其具有内圈10、中间圈20和外圈30。构造形成分隔件23的中间圈延伸部26具有圆形结构。内圈延伸部16的外周表面12在顶部和底部位置与分隔件23的内径匹配,同时在图6a示出的左侧和右侧位置上给与分隔件23的内表面设有狭窄的间隙。因此,内圈延伸部16的外表面12不是标准的圆形,而是带有两个图中示出在顶部和底部位置的凸部。外圈延伸部36的内表面具有多个沟槽32,该沟槽32比位于分隔件23的径向通道24内部的径向移动元件40的长度略宽。
参见图6b,为了保持减速轴承5的极小直径的同时增加减速轴承5的承载能力,在中间圈延伸部26的罩壳的径向通道24内设置两行或更多行的径向移动元件40。
为了进一步提高减速轴承的承载能力,在保持减速比的同时,可以去掉分隔件23中的每隔一个沟槽,同时可以增大分隔件23的厚度。导引开口29可以在中间圈20上的轴向方向上穿过增大的分隔件23,例如可以将螺钉旋拧到导引口29中。
在图4d中可以看出,通过伸长中间圈延伸部26,并且添加附加的径向通道124和径向移动元件40(径向通道24与径向通道124在径向方向上偏移一个齿),可以使得减速轴承的承载能力进一步增强。
减速轴承5工作时,内圈10旋转将使得径向移动元件40在分隔件23中联合转动波形运动。由于沟槽32的数目比径向通道的数目多,所以内圈10旋转为减速轴承5的输入,将使得凸部14、14’通过时,径向移动元件40被推到外圈延伸部36的相应沟槽32中,从沟槽32的中心外移动到沟槽32的中心,从而使得内圈延伸部16的外周表面12上的凸部14、14’每次通过时(即内圈10每转半圈),中间圈20和外圈30相对于彼此旋转一个沟槽32的位移量。
图6b和图6c分别示出了图6a中F和G处的放大结构,如图6b所示,在凸部14处,对应径向移动元件40在最大程度上被推到对置的沟槽32中。如图6c所示,在谷部15处,对应的径向移动元件40正对两个邻近沟槽32之间的边缘。内圈10进一步旋转,将使分隔件23跟随内圈10的旋转方向而在顺时针或逆时针方向上发生旋转,从而当内圈延伸部16的外表面12的下一个凸部14到达时,径向移动元件40将被推到外圈延伸部36的下一个沟槽32中。
从上述可以看出,减速轴承5实现了非常紧凑的结构设计,同时确保减速动作和径向承载能力。
图7a到图7e示出了减速轴承5的另一个实施例。图7a以半敞开透视图示出了减速轴承5的另一种结构,减速轴承5增设了一个径向柔性滚柱轴承60,该径向柔性滚柱轴承60插置在内圈延伸部16的外表面12与中间圈延伸部26的带有径向移动元件40的分隔件23之间。在图7e中可以看出,径向柔性滚柱轴承60包括滚动件61,其位于内部轴承座圈62与外部轴承座圈63之间。图7b、图7c和图7d中分别用横截面以透视方式示出了更多细节。使用径向柔性滚柱轴承60可以减少摩擦并且提高减速轴承5的寿命和效率。径向柔性轴承60本身不需要经受大的径向力,径向力会被轴承平面41中的滚动元件50、51吸收。
图8a到图8d示出了本实用新型的另一个实施例,本实施例中的减速轴承具有两个减速级107、109,构成两级减速轴承105,同心地布置在彼此内侧。图8示出的第一减速级107包括内圈10、中间圈20和外圈30,第二减速级109包括内圈110、中间圈120和外圈130。第一减速级107的外圈30与第二减速级109的内圈110设在同一结构上。图8示出的同心的两级配置的这个中间圈30/110在轴承平面41中具有两个轴承座圈,即一个在内侧,一个在外侧。
二级减速轴承105的五个同心圈10、20、30/110、120、130中的每一个同心圈都分别具有自身的轴向延伸部,这些轴向延伸部原则上构造与前述的轴向延伸部的构造相同。
图8b示出了从侧面观察两级减速轴承105的结构,其中有三个区域敞开以示出减速轴承105内部的不同结构。通过右上方的敞开区域能够看到轴承平面41里面,其中有同心圈10、20、30/110、120、130以及滚动元件50、51、50’、51’,共同构成减速轴承105的径向轴承功能性
图8中最下面的敞开区域A在图8d中放大示出。可以清楚的看出,最内侧的第一减速级107的配置方式与例如图6的单级实施例相同。图8c示出了区域B的放大图。图8c和图8d分别对应于图6b和图6c中的结构。
在包括区域B的内部视图中,可以看到第二级减速级109的减速平面42的内部,其中示出了第二减速级109中的径向移动元件40大于例如图8b中的区域B中示出的第一减速级107中的径向移动元件40。第二减速级109中的作用原理与第一减速级107中的相同。
通过这种两个减速级平行同心配置,可以将两个减速级组合成一个减速动作,这个减速动作具有非常大的减速因子,这个减速因子是计算值为第一减速级107的减速因子与第二减速级109的减速因子的乘积。因此可以实现更大的减速因子。因此,可以实现10000和更大的减速因子。
在上述结构中,因为减速轴承5、105的轴承平面41中的轴承部分受到径向力,所以减速级平面42中结合的减速动作大部分不受径向力,因此,径向力导致的阻挡得到有效地消除。
图9a到图9d示出了另一个实施例。减速轴承205是串联配置的两级减速元件,两个减速级207、209沿着减速轴承205的中心轴线6轴向地对准,减速轴承205同样具有上述的基本形状。如图9b所示,两个减速级207和209中的每一个分别包括三个同心圈10、20、30和210、220、230,其主要构造与前面图中所示以及所述的结构相同。
在图9中示出的配置中,第一减速级207的内圈10受到输入连接18的驱动。外圈30可以通过通孔38附接到支撑结构(未示出)。内圈10旋转将使得第一减速级207的中间圈20更慢地旋转,以达到更好的减速效果。
第一减速级207的中间圈20经过由驱动连接结构212连接到第二减速级209的内圈210,驱动连接结构212可以采用花键连接结构。花键连接结构(图 9d中用放大视图示出)具有圆周锯齿,图9c中用放大视图示出。
中间圈220具有输出连接225。外圈230同样具有通孔38,用于连接到支撑结构。因此,第一减速级207的内圈10的输入端18处的旋转使得第二减速级209的中间圈220中的输出端225非常慢的旋转。
优选的,减速级207、208可以用模块化的方式建构,从而使得可以通过选择减速级的数量来达到期望的减速比,并且使用图9所示的方式组合减速级,以便达到可以自由选择的高减速比。
两个减速级207、209可以用如图9中所示出的相同方式取向,也可以采用背对背的轴承平面或减速平面结构,具体结构根据期望的配置进行设置。
如图10所示,为减少径向移动元件40在径向通道内移动的阻力,上述径向移动元件40可包括径向移动元件主体401和分别设在径向移动元件主体401的轴向两端、并用于与径向通道24的轴向端面相抵接的接触部402,且每一接触部402由径向移动元件主体401的轴向端面延伸形成。通过该方式,可保证径向移动元件40在移动过程中的磨损。
进一步地,上述径向移动元件主体401为圆柱形,接触部402设有一接触点403,并且该接触点403位于径向移动元件主体401的中轴线上,接触部402通过接触点403与径向通道24的轴向端面形成点接触。并且接触部402由径向移动元件主体401处至接触点403处的尺寸逐渐减小。这样,可保证径向移动元件40在移动过程中保持平稳。
图11a、图11b中示意性示出了根据本实用新型的电动机2、2’的两个示例性实施例。
图11a示出的电动机2包括转子71、壳体72、定子73、线圈74,其中线圈74绕设在转子71上,壳体72遮罩着定子73,定子73布置在转子71的周围。转子71通过线圈74两侧的电机轴承70在轴向方向上支撑在壳体72上。如图1所示的减速轴承5通过壳体连接件76附接到壳体72,转子71通过花键连接件75驱动式连接至减速轴承5的内圈10,中间圈20具有输出连接28,其相对于转子71减速旋转。这里,减速轴承5通过花键连接件75和壳体连接件76与电动机2集成。
图11b示出了另一电动机2’,该电动机2’与图11a示出的电动机2的区别在于,减速轴承5是完全集成的。壳体72与外圈30成整体。转子71与减速轴承5的内圈10成整体,且仅有一个电机轴承70。在另一侧上的径向力由减速轴承5承受,尤其是布置在轴承平面41中的轴承部分。
在图11c示出的电动机的另一实施例中,其集成度更高。图11c中示出了薄间隙型电动机2、2’。减速轴承5完全集成。壳体172与中间圈20成整体。转子171与减速轴承5的内圈10成整体,定子173离转子171有小间隙。因此,可以实现尺寸构建非常小的电动机2、2’。
上述实施例中的电动机2、2’,具有非常高效且紧凑的设计,这在机器人技术和其它要求紧凑的电动机实现减速动作的技术领域中非常有用。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。