一种平面密珠轴承及其制备方法、章动减速器与流程

1.本发明涉及轴承技术领域，尤其涉及一种平面密珠轴承及其制备方法、章动减速器。


背景技术：

2.推力轴承在各类机械中有广泛的应用。推力轴承的种类虽然很多，但轴向尺寸紧凑，推力分布均匀，极限转速高，并能承受一定的颠覆力矩的推力轴承却很少。带滚道的推力轴承轴向尺寸太大，圆柱滚子推力轴承不是纯滚动，摩擦大，发热多，无法用于需要高速运行的场合。只有平面密珠推力轴承才比较符合上述要求。
3.与圆柱滚子推力轴承相比，平面密珠推力轴承的承载能力相对比较弱。为了提高承载能力，就要在有限的范围内排布尽可能多的滚珠颗粒，但又要保证相邻滚珠之间的距离不小于预定值。另一方面，滚珠与滚道为点接触，接触应力比较大，所以希望在滚道的每一个半径上，排列的滚珠数量尽可能少，以提高滚道寿命。同时，在高速运行，特别是在轴承的轴线边运转边摆动的情况下，如将轴承用于章动减速装置，希望滚珠分布呈中心对称，以利于动平衡。要同时满足上述要求，对滚珠在保持架中的排布方案提出了非常高的要求。当平面密珠推力轴承被用于章动减速装置的时候，保持架也会产生惯性力矩和陀螺力矩，这些力矩是需要滚道给保持架的正压力产生的力矩来平衡的，故保持架与滚道之间的摩擦难以避免。如何减小摩擦阻力矩，也是对保持架形状设计的挑战。


技术实现要素：

4.鉴于此，本发明公开了一种平面密珠轴承及其制备方法，用以解决现有的平面密珠推力轴承保持架滚珠排列过多，会出现滚道疲劳点蚀，而排列过少会造成推力轴承承载能力弱的问题。
5.本发明为实现上述的目标，采用的技术方案是：
6.本发明第一方面公开了一种平面密珠轴承，包括保持架和滚珠；所述保持架形成有设置所述滚珠的多组滚珠孔；每组所述滚珠孔沿保持架的周向形成一椭圆排布轨迹；多组所述滚珠孔所形成的椭圆排布轨迹具有相同的椭圆圆心，且各个椭圆排布轨迹的长轴在同一直线上；每相邻两组所述滚珠孔沿所述保持架的周向错开排列；同一组滚珠孔相对所述椭圆圆心中心对称。
7.进一步可选的，每一组所述滚珠孔的数量均相等，且任意一组滚珠孔中的任意一个滚珠孔与其相邻的一组滚珠孔中距离最近的两个滚珠孔等距。
8.进一步可选的，所述多组滚珠孔的数量均为偶数。
9.进一步可选的，所述多组滚珠孔的组数为n，设第i组所述滚珠孔所形成的椭圆排布轨迹的长轴为li，第i-1组所述滚珠孔所形成的椭圆排布轨迹的长轴为l
i-1
，所述第i 1组所述滚珠孔所形成的椭圆排布轨迹的长轴为l
i 1
，所述li-l
i-1
的差值大于l
i 1-li的差值，设第i组所述滚珠孔所形成的椭圆排布轨迹的短轴为wi，第i-1组所述滚珠孔所形成的椭圆排
布轨迹的短轴为w
i-1
，所述第i 1组所述滚珠孔所形成的椭圆排布轨迹的短轴为w
i 1
，所述wi-w
i-1
的差值大于w
i 1-wi的差值，所述i-1、i、i 1的排布顺序为远离椭圆圆心方向；所述n≥i≥2，i为自然数。
10.进一步可选的，所述保持架两侧设有圆盘状的滚道件，所述保持架上的所述滚珠被夹设在两个所述滚道件之间，每一所述滚道件朝向所述滚珠侧形成平面滚道。
11.进一步可选的，最内圈的一组所述滚珠孔中距离所述椭圆长轴最近的两个同侧滚珠孔到所述椭圆长轴的距离之比为l1：l2，所述l1：l2为1:3。
12.进一步可选的，所述保持架的两个侧面分别形成有若干个沿所述保持架圆周方向环绕的环形波纹凸起，环形波纹凸起的波峰和波谷可沿径向伸展，同侧相邻的两个环形波纹凸起之间形成一间距，且所述间距处形成环形波纹凹槽，所述环形波纹凸起用于与所述平面滚道形成油膜。
13.进一步可选的，所述保持架的材料为纤维增强复合材料。
14.进一步可选的，所述保持架由纤维增强复合材料所形成的纤维缠绕形成，且所述纤维沿保持架的周向交叉分布。
15.本发明第二方面公开了一种第一方面所述的一种平面密珠轴承制备方法，所述制备方法包括：
16.s1、按照若干组滚珠孔位置在模具上对应设置若干组缠绕柱，每组缠绕柱按照椭圆排布轨迹排列，最内侧一组缠绕柱记为a1，最内侧一组缠绕柱至最外侧的一组缠绕柱依次分别为a1、a2
……
an，n为大于等于3的整数；
17.s2、先依次按照a1-an组缠绕柱由内向外以交错的形式向进行缠绕：以a1组缠绕柱中任意一个缠绕柱作为缠绕起点，缠绕起点靠近椭圆轨迹中心一侧，从所述缠绕起点开始采用所述纤维沿保持架周向向同一方向交错缠绕，纤维每经过同一组的两个缠绕柱则向与该组相邻的一组缠绕柱以相同方式按照相同方向进行缠绕，直至缠绕至an组缠绕柱，以交错的方式至少经过两个an组的缠绕柱；
18.再依次按照an-a1组缠绕柱由内向外以交错的形式向进行缠绕：经过两个an组的缠绕柱后，纤维每经过同一组的两个缠绕柱则向与该组相邻的一组缠绕柱以相同方式按照相同方向进行缠绕，直至缠绕至a1组缠绕柱的靠近椭圆轨迹中心一侧；
19.s3、以相同方向重复步骤s2的缠绕方式，直至缠绕达到预定厚度则停止缠绕；
20.s4、浇筑环氧树脂固化，脱模。
21.进一步可选的，在s2步骤中，如果纤维内侧的滚珠总数与任意一组缠绕柱的数量有公约数，则纤维缠绕重复步骤s2缠绕经过该组缠绕柱时，采用交错方式缠绕，绕过的缠绕柱的数量多一个。
22.进一步可选的，所述s2步骤中缠绕至an组缠绕柱时，以交错的方式经过an组的缠绕柱的数量为3个。
23.本发明第三方面公开了一种章动减速器，包括第一方面所述的一种平面密珠轴承。
24.有益效果：本发明将相邻两组滚珠孔错开排列布置，同一组滚珠孔内的滚珠按照椭圆排列，可提高推力轴承的使用寿命，避免平面密珠轴承的滚道上出现过早的疲劳点蚀；同时滚珠按照椭圆的方式排列，使同一组滚珠孔在保证相邻滚珠孔之间的距离不小于预定
值的前提下能尽可能多地排列，也提高轴承的承载能力。
附图说明
25.通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本发明公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1示出了本发明平面密珠轴承实施例整体结构的轴测图；
27.图2示出了本发明平面密珠轴承实施例整体结构的主视图；
28.图3示出了本发明平面密珠轴承制备方法实施例中保持架采用纤维缠绕过程示意图，图中仅实出了以内侧的一个缠绕柱为起到缠绕一周的路径；
29.图4示出了本发明平面密珠轴承应用在章动齿轮减速器实施例3中的整体结构示意图；
30.图5为图4斜盘实施例的轴测图；
31.图6为图4斜盘实施例的主视图；
32.图7示出了本发明章动减速器实施例中预拉伸的环形弹性膜片实施例的轴测图；
33.图8为图7中预拉伸的环形弹性膜片实施例的断面视图；
34.图9为图8的i处局部放大视图；
35.附图标记：
36.200-保持架；201-滚珠孔；202-滚珠；203-椭圆；o-椭圆圆心；204-纤维；205-缠绕柱。
具体实施方式
37.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
39.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
40.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
41.解决现有的平面密珠推力轴承保持架滚珠排列过多，会出现滚道疲劳点蚀，而排
列过少会造成推力轴承承载能力弱；同时还存在保持架复合材料板材通过机械加工来制造保持架，保持架上密集的滚珠孔会将纤维骨架割裂为毫米级的短纤维，严重削弱纤维骨架的刚性和强度的问题。
42.本发明的一种平面密珠轴承，同一组滚珠采用椭圆的排列方式，解决了推力轴承滚道容易出现过早的疲劳点蚀的问题，而相邻两组滚珠错开排列，可以排列更多的滚珠，使滚珠在保持架上能更均匀的分布，可提高推力轴承的承载力。本发明的推力轴承保持架的制备方法，通过特殊的交错缠绕方式，使纤维缠绕每圈的轨迹均不重合并呈交错排列，极大地提高了保持架的强度和刚度。
43.为进一步阐述本发明中的技术方案，现结合图1-图9，提供了如下具体实施例。
44.实施例1
45.在本实施例中提供了一种平面密珠轴承，如图1和图2所示，包括保持架200和滚珠202；保持架200形成有设置滚珠202的多组滚珠孔201；每组滚珠孔201沿保持架200的周向形成一椭圆排布轨迹；多组滚珠孔201所形成的椭圆排布轨迹具有相同的椭圆圆心o，且各个椭圆排布轨迹的长轴在同一直线上；每相邻两组滚珠孔201沿保持架200的周向错开排列；同一组滚珠孔201相对所述椭圆圆心o中心对称。
46.可选的，本实施例的保持架200为空心的圆盘结构。
47.本实施例中的平面密珠轴承以平面作为滚珠202的滚道，滚道可以形成于平面密珠轴承所承载的零部件上，也可以为本实施例平面密珠轴承上的一部分，即保持架200两侧设有圆盘状的滚道件(图中未示出)，保持架200上的所述滚珠被夹设在两个所述滚道件之间，每一滚道件朝向所述滚珠侧形成平面滚道。
48.同一组滚珠和滚珠孔采用椭圆排列，使滚珠按照椭圆轨迹在平面滚道上滚动时，在同一直径只有两个滚珠，而传统的正圆滚珠排列，在同一直径的滚道上的滚珠数为滚珠总数除以2，通过采用椭圆排列的滚珠，可避免滚珠在滚道上滚动过早地出现疲劳点蚀。
49.优选的，每一组滚珠孔201的数量均相等，且任意一组滚珠孔201中的任意一个滚珠孔201与其相邻的一组滚珠孔201中距离最近的两个滚珠孔201等距。可使滚珠能尽可能多的排列，使滚珠分布更加密集，以增强承载力。
50.进一步，所述多组滚珠孔201的组数为n，设第i组所述滚珠孔所形成的椭圆排布轨迹的长轴为li，第i-1组所述滚珠孔所形成的椭圆排布轨迹的长轴为l
i-1
，所述第i 1组所述滚珠孔所形成的椭圆排布轨迹的长轴为l
i 1
，所述li-l
i-1
的差值大于l
i 1-li的差值，设第i组所述滚珠孔所形成的椭圆排布轨迹的短轴为wi，第i-1组所述滚珠孔所形成的椭圆排布轨迹的短轴为w
i-1
，所述第i 1组所述滚珠孔所形成的椭圆排布轨迹的短轴为w
i 1
，所述wi-w
i-1
的差值大于w
i 1-wi的差值，所述i-1、i、i 1的排布顺序为远离椭圆圆心方向；所述n≥i≥2，i为自然数。在每一组滚珠数量相同的情况下，使滚珠能尽可能地均匀分布，以提高承载能力。
51.优选的，多组滚珠孔201的数量均为偶数，可降低保持架200在高转速场合的动不平衡性。
52.优选的，如图2所示，最内圈的一组所述滚珠孔中距离所述椭圆长轴最近的两个同侧滚珠孔到所述椭圆长轴的距离之比为l1：l2，所述l1：l2为1:3，使多组滚珠排列中相邻两组滚珠能尽可能地错开排列。
53.优选的，本实施例任意一组滚珠孔中的一个滚珠孔与其相邻最近的另一组中滚珠孔的距离小于滚珠直径的两倍，可确保滚珠密布排列。
54.优选的，保持架的两个侧面分别形成有若干个沿所述保持架圆周方向环绕的环形波纹凸起(图中未示出)，环形波纹凸起的波峰和波谷可沿径向伸展，同侧相邻的两个环形波纹凸起呈间距设置形成环形波纹凹槽，环形波纹凸起用于与平面滚道所在平面形成油膜，以降低保持架转动过程中的摩擦损耗，同时也对滚珠起到润滑的作用。
55.保持架的材料为纤维增强复合材料。具体的，保持架由纤维增强复合材料所形成的纤维缠绕形成，且纤维沿保持架的周向交叉分布。
56.实施例2
57.本实施例提供了以实施例1为例的一种平面密珠轴承的制备方法，如图3所示，所述制备方法包括：
58.s1、按照若干组滚珠孔位置在模具上对应设置若干组缠绕柱，每组缠绕柱按照椭圆排布轨迹排列，最内侧一组缠绕柱记为a1，最内侧一组缠绕柱至最外侧的一组缠绕柱依次分别为a1、a2
……
an，n为大于等于3的整数；
59.s2、先依次按照a1-an组缠绕柱由内向外以交错的形式向进行缠绕：以a1组缠绕柱中任意一个缠绕柱作为缠绕起点，缠绕起点靠近椭圆轨迹中心o一侧，从所述缠绕起点开始采用所述纤维沿保持架周向向同一方向交错缠绕，纤维每经过同一组的两个缠绕柱则向与该组相邻的一组缠绕柱以相同方式按照相同方向进行缠绕，直至缠绕至an组缠绕柱，以交错的方式至少经过两个an组的缠绕柱；
60.再依次按照an-a1组缠绕柱由内向外以交错的形式向进行缠绕：经过两个an组的缠绕柱后，纤维每经过同一组的两个缠绕柱则向与该组相邻的一组缠绕柱以相同方式按照相同方向进行缠绕，直至缠绕至a1组缠绕柱的靠近椭圆中心一侧；
61.s3、以相同方向重复步骤s2的缠绕方式，直至缠绕达到预定厚度则停止缠绕；
62.s4、浇筑环氧树脂固化，脱模。
63.进一步，在s2步骤中，如果纤维内侧的滚珠总数与任意一组缠绕柱的数量有公约数，则纤维缠绕重复步骤s2缠绕经过该组缠绕柱时，采用交错方式缠绕，绕过的缠绕柱的数量多一个。可保证每次缠绕一周后纤维的轨迹不与上次重合，重复多次后，可使每个缠绕柱四周均分布有交错的纤维，以增强滚珠孔的刚度和强度。图中e、f两点作为步骤s2向外缠绕并缠绕回内侧一次的起点和终点，纤维以内缠绕柱总数与任意一组缠绕柱的数量有公约数，按照上述方式增加绕过的缠绕柱的数量。
64.进一步可选的，所述s2步骤中缠绕至an组缠绕柱时，以交错的方式经过an组的缠绕柱的数量为3个。
65.与采用机械切削加工保持架的方式相比，采用本实施例交错缠绕的方式使保持架具有更高的强度和刚度，从而提高保持架的使用寿命。
66.实施例3
67.本实施例提供了一种章动减速器，包括以实施例1为例的所述平面密珠轴承。
68.具体的，如图4-图9所示，所述章动减速器包括：壳体300；两对章动齿轮副，设置在壳体300内，每对章动齿轮副由章动齿轮400和非章动齿轮500啮合形成，非章动齿轮500固定设置在壳体300内或与壳体300一体成型，每对章动齿轮副中章动齿轮400的齿数比非章
动齿轮500的齿数多一个；减速器输出轴301，转动设置在所述壳体300内；两个预拉伸的环形弹性膜片，每个环形弹性膜片具有内环101、外环102和连接于内环101和外环102之间的环形弹性体103，内环101和外环102沿各自的圆周方向均设有若干个铰制孔，每个章动齿轮副中的章动齿轮通过第一铰制螺栓与环形弹性膜片上的外环102固定连接，且第一铰制螺栓穿过外环102的铰制孔并与外环102的铰制孔配合，减速器输出轴301通过第二铰制螺栓与环形弹性膜片上的内环101固定连接，且第二铰制螺栓穿过内环101的铰制孔并与内环101的铰制孔配合，所述章动齿轮做章动运动时，所述环形弹性膜片利用环形弹性体103产生的弹性形变将章动齿轮的章动运动转换为所述减速器输出轴的单一回转运动；章动发生机构，设置在壳体300内，两对章动齿轮副对称设置在章动发生机构的两侧，章动发生机构用于驱动章动齿轮400做章动运动，使章动齿轮400的齿在非章动齿轮500的齿上滚动。
69.本实施例中通过第一铰制螺栓与外环的铰制孔配合及第二铰制螺栓与内环的铰制孔配合实现环形弹性膜片的径向定位和扭矩的传递。优选的，第一铰制螺栓与外环的铰制孔可采用间隙配合，第二铰制螺栓与内环的铰制孔采用间隙配合。
70.需要特别说明的是，本实施例中章动齿轮400的齿和非章动齿轮500的齿形成于各自齿盘一侧端面上，且各自的齿均沿各自齿盘的径向方向延伸，各自齿的纵截面积从齿顶到齿根逐渐变大，各自齿的横截面积沿各自齿盘的径向方向由外向内逐渐变小，齿宽为齿内圆端面与齿外圆端面的距离。
71.可选的，章动齿轮400的齿和非章动齿轮500的齿分布在各自齿盘端面一侧，章动齿轮400的齿的宽度方向与章动齿轮400的径向方向相同，非章动齿轮500的齿的宽度方向与非章动齿轮500的径向方向相同。
72.章动发生机构包括：斜盘600，转动设置在壳体300内的减速器输出轴301上，斜盘600两侧设有对称的斜面601，斜盘600通过驱动机构驱动转动；平面密珠轴承200，斜盘600与每对章动齿轮副中的章动齿轮400之间均设有平面密珠轴承200，斜盘600的两侧面和两对所述齿轮副中各自的所述章动齿轮400的背面作为平面密珠轴承200的滚道；两对章动齿轮副中的两个章动齿轮400齿数相等，两对章动齿轮副中的两个非章动齿轮500的齿数相等；斜盘600转动时，斜盘600两侧的斜面601驱动章动齿轮400做章动运动，使章动齿轮400的齿在非章动齿轮500的齿上滚动。章动齿轮副中的两个非章动齿轮500的齿数相等，可保证输出的转速相同，两个章动齿轮400的章动角相同，进而实现同一斜盘600驱动两个章动齿轮400同时发生章动运行，同时也抵消了斜盘600两侧受力不均的问题，使斜盘600的轴线保持与减速器输出轴共轴线。
73.所述驱动机构包括电机和传动机构，传动机构为包括传动齿轮，斜盘600的外圆圆周形成有多个沿其周向均匀分布的齿轮齿，电机轴上固定设有齿轮，齿轮与斜盘600上的齿轮齿啮合传动。
74.本实施例中斜盘600的斜面通过平面密珠轴承驱动章动齿轮400运动，平面密珠轴承具有多组排列的滚珠，斜盘600的斜面和章动齿轮400的背面作为平面密珠轴承的滚道，滚道为平面滚道，可避免章动齿轮400的背面和斜面的斜面过早的出现疲劳点蚀，这是由于平面密珠轴承的滚珠按照椭圆轨迹排列，并且滚珠排列紧密，增加平面密珠轴承的承载力。
75.以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的
精神和范围内的各种修改和等效设置。