CN108374833B - 一种刚柔耦合旋转轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种刚柔耦合旋转轴承，包括：轴承外圈、滚动体、保持架、轴承内圈、刚柔耦合衬套、张紧力调节压块和阻尼环；所述滚动体通过所述保持架固定安装在所述轴承内圈与轴承外圈之间；所述刚柔耦合衬套包括：外环、内环和柔性部件；所述柔性部件设置在所述外环与所述内环之间，并连接所述外环与所述内环；所述张紧力调节压块将刚柔耦合衬套的外环固定于所述轴承内圈，并通过调整压块松紧程度调节柔性部件的刚度；张紧力调节压块与内环之间设置有阻尼环，改善柔性部件的动态特性，解决了机械接触式旋转轴承的摩擦死区问题，在原来的旋转轴承上，在与工作部件连接处加装刚度可调柔性铰链，实现摩擦死区的精密位移补偿。
Description
技术领域
本发明涉及高速精密运动控制的技术领域，更具体地，涉及一种刚柔耦合旋转轴承。
背景技术
高速精密运动控制领域，基于机械接触式的旋转轴承在摩擦死区，精度受到限制。在更高精度要求的场合，工业上需要采用气浮、和静压轴承等方式来降低甚至消除摩擦的影响，成本高，使用环境要求高，不适应用与量大面广的电子制造场合。在精度要求高的场合，还需要对轴承施加预紧力来消除间隙，进一步加大了摩擦的影响。能否有其他低成本的方式来提高机械接触式旋转轴承的精度，成了业界需要解决的问题。
刚柔耦合平台巧妙地结合了大范围刚体运动和柔性铰链无摩擦精密运动的特点，在速度过零点，用柔性铰链的弹性变形来避免摩擦死区，实现了摩擦死区的补偿。如果能够将该原理用在运动副种，可以采用高疲劳寿命的钛合金制造，并配上合适的阻尼，则可以不用更改机构设计，就可以实现刚柔耦合运动。
发明内容
为解决机械接触式旋转轴承的摩擦死区问题，本发明提出将现有机械接触式旋转轴承直接改造为刚柔耦合旋转轴承，利用弹性变形来补偿摩擦死区，不需要改变原来机构的形式，更容易推广。
本发明采用的技术方案如下。
一种刚柔耦合旋转轴承，所述刚柔耦合旋转轴承包括：滚动体、保持架、轴承外圈、轴承内圈和刚柔耦合衬套；所述滚动体通过所述保持架固定安装在所述轴承内圈与轴承外圈之间；所述刚柔耦合衬套包括：外环、内环和柔性部件；所述柔性部件设置在所述外环与所述内环之间，并连接所述外环与所述内环。
进一步，所述刚柔耦合旋转轴承还包括：张紧力调节压块；当所述压块往里调节时，所述压块迫使所述外环的直径变大。
进一步，所述张紧力调节压块的紧固方式为旋压式或螺钉紧固式。
进一步，所述张紧力调节压块与所述内环之间还设有阻尼环。
进一步，所述柔性部件为柔性铰链。
进一步，所述柔性铰链在所述内环与外环之间呈辐射状分布。
进一步，所述外环在相邻两个所述柔性铰链之间的区域上设置有切口。
进一步，所述内环还设有与轴连接的键槽。
进一步，所述内环内外两侧开有对称的凹槽。
进一步，所述轴承内圈与所述外环为一体式结构。
与现有技术相比，有益效果是：在现有机械接触式旋转轴承上，增加一层刚柔耦合衬套，在速度过零点，通过柔性铰链的弹性变形实现摩擦死区的位移补偿。在原来的旋转轴承上，在与工作部件连接处加装刚度可调柔性铰链，采用高疲劳寿命的材料制作，通过柔性铰链的变形轴承实现在摩擦死区的精密角位移补偿。设置阻尼环，在微小角位移模式和运动末段，速度低时阻力小，快速实现角位移补偿；在高速运动阶段，阻尼力大，减小柔性铰链在整体高速运动时的振动，运动更加平稳。
附图说明
图1为本发明实施例一的爆炸图；
图2为本发明实施例一装配图；
图3为本发明的实施例二示意图；
图4为本发明的实施例二前剖视图；
图5为本发明的实施例三示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例一
如图1、2所示，该刚柔耦合旋转轴承包括：滚动体4、保持架5、轴承内圈6和轴承外圈3。优选地，滚动体4为滚动球体。滚动球体4通过保持架5固定安装在轴承内圈6与轴承外圈3之间。刚柔耦合衬套包括外环8、内环10和柔性部件9，外环8和内环10之间通过柔性部件9连接。优选地，该柔性部件9为辐射状柔性铰链。轴承内圈6与刚柔耦合衬套的外环8间隙配合，张紧力调节压块1和12分别安装在轴承的两侧，压块上的楔形环与外环8内壁的倒角配合，当压块往里调节时，楔形环迫使外环8的直径变大，张紧柔性铰链，从而增加柔性铰链的刚度。张紧力压块1和12与刚柔耦合成套内环10之间还设有阻尼环，使得弹性变形部分有合适的阻尼，提高动态性能。张紧力调节压块的调节方式可用旋压式固紧，此时在轴承内圈6上设置螺纹，张紧力调节压块旋转压紧轴承内圈6进行调节。张紧力调节压块也可采用螺钉紧固，此时通过连接与压块1和12直接紧固的螺钉进行调节。如图2所示，外环8在相邻两个柔性部件9之间的区域上设置有切口。这样的结构，外环直径扩大后，柔性铰链张紧，刚度提高，便于外环的直径的调节。
实施例二
如图3、4所示，该刚柔耦合旋转轴承与实施例一的刚柔耦合旋转轴承大致相同，不同之处在于轴承外圈保持不变，刚柔耦合衬套替代原来的轴承内圈。另外，还内环还设有与轴连接的键槽。其具体结构包括：滚动件9、保持架4、轴承内圈5和轴承外圈5。优选地，滚动件9为滚动球体。滚动球体9通过保持架4固定安装在轴承内圈3外侧，一起固定安装在轴承外圈3内。轴承内圈5包括外环11、内环12和柔性部件10，外环11和内环12之间通过柔性部件10连接。优选地，该柔性部件10为辐射状柔性铰链。轴承内圈5的内环与轴1通过花键联接。
实施例三
如图5所示，该刚柔耦合旋转轴承与实施例一的刚柔耦合旋转轴承大致相同，不同之处在于内环12的壁内外两侧开对称的凹槽，轴1设置成带凸纹的圆锥，轴承与轴通过凸纹与凹槽的配合固定。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种刚柔耦合旋转轴承，其特征在于，所述刚柔耦合旋转轴承包括：滚动体、保持架、轴承外圈、轴承内圈和刚柔耦合衬套；
所述滚动体通过所述保持架固定安装在所述轴承内圈与轴承外圈之间；
所述刚柔耦合衬套包括：外环、内环、柔性部件和张紧力调节压块对；
所述柔性部件设置在所述外环与所述内环之间，并连接所述外环与所述内环；
所述张紧力调节压块对包括一对张紧力调节压块；
一对张紧力调节压块分别安装在所述刚柔耦合衬套的两侧；
当所述张紧力调节压块对往里调节时，一对张紧力调节压块迫使所述外环的直径变大，从而张紧所述柔性部件，增加所述柔性部件的刚度。
2.根据权利要求1所述的刚柔耦合旋转轴承，其特征在于，所述张紧力调节压块的紧固方式为旋压式或螺钉紧固式。
3.根据权利要求1所述的刚柔耦合旋转轴承，其特征在于，所述张紧力调节压块与所述内环之间还设有阻尼环。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的刚柔耦合旋转轴承，其特征在于，所述柔性部件为柔性铰链。
5.根据权利要求4所述的刚柔耦合旋转轴承，其特征在于，所述柔性铰链在所述内环与外环之间呈辐射状分布。
6.根据权利要求5所述的刚柔耦合旋转轴承，其特征在于，所述外环在相邻两个所述柔性铰链之间的区域上设置有切口。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的刚柔耦合旋转轴承，其特征在于，所述内环还设有与轴连接的键槽。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的刚柔耦合旋转轴承，其特征在于，所述内环内外两侧开有对称的凹槽。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的刚柔耦合旋转轴承，其特征在于，所述轴承内圈与所述外环为一体式结构。
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