激光雷达及旋转驱动组件的制作方法

1.本实用新型涉及激光探测领域，尤其涉及一种激光雷达及旋转驱动组件。


背景技术：

2.激光雷达用于获取激光雷达与物体之间的距离。为了全方位获取雷达周围的目标信息，机械式激光雷达将光发射装置和光接收装置安装在一个可360
°
旋转的支架上，这个支架通过轴承与中心轴连接，旋转驱动组件驱动支架进行旋转。一般采用深沟球轴承连接支架与中心轴。
3.然而，一方面，润滑脂在低温(-40℃-0℃)时粘滞力矩过大，会导致激光雷达在低温时启动困难，另一方面，运行一段时间后，轴承的润滑脂会老化失去润滑功能，在支架高速旋转时轴承滚动体会与轴承滚道发生摩擦，进而产生异响，影响激光雷达的使用寿命。
4.因此，如何提高激光雷达的旋转驱动组件的可靠性，成为亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种激光雷达及旋转驱动组件，以提高旋转驱动组件的可靠性。
6.为解决上述问题，本实用新型实施例提供一种旋转驱动组件，用于驱动激光雷达中的探测装置旋转，包括：
7.支撑部，与所述探测装置连接；
8.轴承，用于轴向支撑所述探测装置，所述轴承包括内圈、外圈以及分别与所述内圈、所述外圈相配合的滚动体，所述外圈与所述支撑部连接，所述滚动体为陶瓷球滚动体；
9.中心轴，与所述内圈连接，所述中心轴适于带动所述探测装置旋转。
10.可选地，所述轴承包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和所述第二轴承均套设于所述中心轴，且所述第二轴承与所述第一轴承分别位于所述中心轴的轴向两端。
11.可选地，所述第一轴承和所述第二轴承关于所述中心轴的轴向中心横截面对称。
12.可选地，所述外圈与所述支撑部过盈配合，且所述外圈的材料与所述支撑部的材料相同。
13.可选地，所述中心轴与所述内圈间隙配合。
14.可选地，所述陶瓷球滚动体的材料包括氮化硅、氧化锆、碳化硅中的任一者。
15.可选地，所述陶瓷球滚动体的热膨胀系数的范围为0.6
×
10-6
/℃～12.6
×
10-6
/℃。
16.可选地，所述陶瓷球滚动体的抗压强度大于等于3500mpa，抗弯刚度大于等于900mpa。
17.可选地，所述轴承的内圈和/或外圈的材料为轴承钢。
18.可选地，所述外圈和所述支撑部的材料为陶瓷材料。
19.可选地，所述轴承的最小径向游隙范围是7um-23um。
20.可选地，所述轴承的最小径向游隙范围是11um-16um。
21.可选地，所述轴承的最小径向游隙范围根据所述轴承的精度确定。
22.可选地，所述支撑部和所述轴承之间的最大过盈量范围是14um-21um。
23.可选地，所述最大过盈量范围根据所述最小径向游隙范围确定，以避免所述轴承卡转。
24.为解决上述问题，本实用新型实施例还提供一种激光雷达，包括如上述的旋转驱动组件；
25.探测装置，与所述旋转驱动组件固定连接。
26.可选地，所述探测装置包括光发射装置和光接收装置，
27.所述光发射装置，用于发射探测光束至三维空间；
28.所述光接收装置，用于接收三维空间中目标反射所述探测光束所形成的回波光束；
29.所述轴承用于轴向支撑所述光发射装置和所述光接收装置。
30.与现有技术相比，本实用新型实施例的技术方案具有以下优点：
31.本实用新型实施例所提供的旋转驱动组件，用于驱动激光雷达中的探测装置旋转，包括：支撑部，与所述探测装置连接；轴承，用于轴向支撑所述探测装置，所述轴承包括内圈、外圈以及分别与所述内圈、所述外圈相配合的滚动体，所述外圈与所述支撑部连接，所述滚动体为陶瓷球滚动体；中心轴，与所述内圈连接，所述中心轴适于带动所述探测装置旋转。因陶瓷球滚动体具有无油自润滑的特性，陶瓷球滚动体与轴承内外滚道之间不需要润滑脂进行润滑，能够降低激光雷达因润滑脂失效带来轴承失效的风险，避免旋转驱动组件无法驱动探测装置旋转，延长激光雷达使用寿命；进一步地，因轴承无需添加润滑脂，能够避免因润滑脂在低温时粘滞力矩过大导致激光雷达在低温时启动困难的风险，降低激光雷达在低温启动时开始旋转的时间不达标的风险。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
33.图1是本实用新型实施例所提供的一种旋转驱动组件的结构示意图；
34.图2是本实用新型实施例所提供的一种旋转驱动组件的局部结构示意图；
35.图3是本实用新型实施例所提供的一种激光雷达的结构示意图；
36.图4是图3所示的激光雷达的另一结构示意图；
37.图5是本实用新型实施例所提供的又一种激光雷达的结构示意图。
具体实施方式
38.为了提高旋转驱动组件的旋转驱动可靠性，本实用新型实施例提供了一种激光雷达及其旋转驱动组件，其中旋转驱动组件用于驱动激光雷达中的探测装置旋转，包括：支撑部，与所述探测装置连接；轴承，用于轴向支撑所述探测装置，所述轴承包括内圈、外圈以及分别与所述内圈、所述外圈相配合的滚动体，所述外圈与所述支撑部连接，所述滚动体为陶
瓷球滚动体；中心轴，与所述内圈连接，所述中心轴适于带动所述探测装置旋转。
39.因陶瓷球滚动体具有无油自润滑的特性，陶瓷球滚动体与轴承内外滚道之间不需要润滑脂进行润滑，能够降低激光雷达因润滑脂失效带来轴承失效的风险，避免旋转驱动组件无法驱动探测装置旋转，延长激光雷达使用寿命；进一步地，因轴承无需添加润滑脂，能够避免因润滑脂在低温时粘滞力矩过大导致激光雷达在低温时启动困难的风险，降低激光雷达在低温启动时开始旋转的时间不达标的风险。
40.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
41.需要说明的是，本说明书所涉及到的指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位，以特定的方位构造，因此不能理解为对本实用新型的限制。
42.请参考图1-图3，图1是本实用新型实施例所提供的一种旋转驱动组件的结构示意图；图2是本实用新型实施例所提供的一种旋转驱动组件的局部结构示意图；图3是本实用新型实施例所提供的一种激光雷达的结构示意图。
43.如图中所示，本实用新型实施例所提供的旋转驱动组件1，用于驱动激光雷达中的探测装置旋转，包括：
44.支撑部10，与所述探测装置8连接；
45.轴承20，用于轴向支撑所述探测装置，所述轴承20包括内圈22、外圈21以及分别与所述内圈22、所述外圈21相配合的滚动体23，所述外圈21与所述支撑部10连接，所述滚动体23为陶瓷球滚动体；
46.中心轴30，与所述内圈22连接，所述中心轴30适于带动所述探测装置旋转。
47.陶瓷球滚动体具有耐高温、耐寒、耐磨、耐腐蚀、抗磁电绝缘、无油自润滑、高转速等特性，将陶瓷球滚动体代替带润滑脂的钢球滚动体，既能够降低激光雷达因润滑脂失效带来轴承失效的风险，避免旋转驱动组件无法驱动探测装置旋转，延长激光雷达使用寿命；又能够避免因润滑脂在低温时粘滞力矩过大导致激光雷达在低温时启动困难的风险，降低激光雷达在低温启动时开始旋转的时间不达标的风险。
48.在一种具体实施例中，所述陶瓷球滚动体23的材料可以选择氮化硅(si3n4)。氮化硅滚动体23具有低密度，高硬度，低摩擦系数，抗磁电绝缘，耐磨，自润滑等特点。当然，在其他实施例中，陶瓷球滚动体的材料还可以是氧化锆或者碳化硅。
49.为了防止温度变化引起的热胀冷缩使轴承20和支撑部10内表面发生变形，需要轴承外圈材料和支撑部内表面材料的温度系数尽可能保持一致，因此，所述外圈21的材料与所述支撑部10的材料相同。在一种具体实施例中，所述外圈21和所述支撑部10的材料可以均为轴承钢。当然，在其他实施例中，也可以是轴承外圈材料和支撑部内表面材料相同。在另一具体实施例中，所述外圈21和所述支撑部10的材料为陶瓷材料。
50.在激光雷达使用工况恶劣的场景下，为了满足高转速，抗强冲击和高载荷的需求，在一种具体实施例中，轴承20可以采用混合陶瓷轴承：所述轴承20的内圈22和/或外圈21的材料为轴承钢，例如材料可以为gcr15，滚动体23的材质为陶瓷，例如材料可以为氮化硅
(si3n4)，混合陶瓷轴承兼顾了具有很强的载荷能力，适宜于高转速，抗强冲击，以及具有成本低，耐腐蚀性好等优点。当然，在其他实施例中，轴承20还可以是全陶瓷轴承，即内圈22、外圈21和滚动体23的材质为陶瓷，相应地，与所述外圈21配合的所述支撑部10的材料也为陶瓷材料。
51.容易理解的是，为了防止温度变化过程中轴承游隙变化导致轴承20无法正常运转，陶瓷球滚动体23的热膨胀系数不宜过大或过小，以接近内圈22或者外圈21的滚道的热膨胀系数为宜，因此，在一种具体实施例中，所述陶瓷球滚动体23的热膨胀系数的范围可以为0.6
×
10-6
/℃～12.6
×
10-6
/℃，例如，陶瓷球滚动体23的热膨胀系数可以是3.2
×
10-6
/℃。
52.当然，陶瓷球滚动体23的强度应能够满足轴承20的支撑效果，因此，在一种具体实施例中，所述陶瓷球滚动体23的抗压强度可以不小于3500mpa，抗弯刚度可以不小于900mpa。
53.可以看出，本实用新型实施例所提供的旋转驱动组件1，因轴承采用陶瓷球滚动体，而陶瓷球滚动体具有无油自润滑特性，滚动体与轴承内外滚道之间不需要润滑脂进行润滑，采用陶瓷球滚动体能够降低因润滑脂失效带来轴承失效的风险，避免旋转驱动组件1无法驱动探测装置旋转，延长激光雷达使用寿命；进一步地，因本实用新型实施例所提供的旋转驱动组件1的轴承无需添加润滑脂，能够避免因润滑脂在低温时粘滞力矩过大导致激光雷达在低温时启动困难的风险，降低激光雷达在低温启动时开始旋转的时间不达标的风险。
54.继续参考图1和图2，为了保证支撑效果，所述轴承20可以包括第一轴承201和第二轴承202，所述第一轴承201和所述第二轴承202均套设于所述中心轴30，且所述第一轴承201与所述第二轴承202分别位于所述中心轴30的轴向两端。
55.具体地，轴承20套装于所述中心轴30和所述支撑部10之间，支撑部10包括第一轴肩面(图中未以标号示出)和第二轴肩面(图中未以标号示出)，中心轴30设置于所述支撑部10的内部，并具备分别位于其两端部的固定部(图中未以标号示出)和轴向支撑部50，所述第一轴承201的两端面(包括凸缘端面)分别轴向支撑于所述第一轴肩面和轴承固定部件40的端面，所述第二轴承202的两端面(包括凸缘端面)分别轴向支撑于所述第二轴肩面和所述轴向支撑部50的支撑面。
56.在进行装配时，首先将第二轴承202套装于中心轴30，所述第二轴承202与中心轴30间隙配合，并使第二轴承202的端面支撑于轴向支撑部50的支撑面，然后以第一推力将支撑部10套装于中心轴30，并使支撑部的第二轴肩面支撑于第二轴承202的凸缘端面，所述第二轴承202与支撑部10过盈配合，再将第一轴承201以第二推力套装于中心轴30，直至第一轴承201的凸缘端面支撑于支撑部10的第一轴肩面，所述第一轴承201与中心轴30间隙配合，并且与支撑部10过盈配合，通过轴承固定部件40固定，使得轴承固定部件40的端面与所述第一轴承201的另一端面相接。
57.具体地，第一轴承201的型号可以为608轴承，第二轴承202的型号可以为698轴承，以提高轴承的支撑作用。当然，在其他实施例中，第一轴承201的型号和第二轴承202的型号也可以相同，既可以都为608轴承、或者698轴承或者其他轴承。
58.可见，通过将两个第一轴承201和第二轴承202分别支撑于支撑部10的第一轴肩面
和第二轴肩面，并通过轴承固定部件40和轴向支撑部50进一步限制第一轴承201和第二轴承202的轴向位置，不仅可以实现中心轴30和支撑部10之间的转动支撑，而且可以在轴承20轴向方向上提供支撑，减缓轴承20的损坏，进一步提高旋转驱动组件1的稳定性和可靠性，延长其使用寿命。
59.需要说明的是，本文所述的固定部为图中中心轴30的上端部与轴承固定部件40装配的部分，轴向支撑部50不仅支撑第二轴承202，为第二轴承202提供轴向支撑力，而且适于与旋转驱动组件1的外壳部分进行连接。图2中a方向表示轴向，r方向表示径向。
60.在一种具体实施方式中，所述轴承20可以为薄壁深沟球轴承，薄壁深沟球轴承整体嵌入中心轴30和支撑部10之间，由于薄壁深沟球轴承的径向厚度较薄，能够满足在中心轴30和支撑部10之间的间隙安装的要求，且能够支撑于第一轴肩面和第二轴肩面，承受轴向作用力(轴向作用力如图2中f所示)，当然，为了保证上下两端受力的均衡性，所述第一轴承201和所述第二轴承202设置为形状相同。当然，在另一种具体实施方式中，所述轴承还可以为凸缘外圈深沟球轴承，即法兰轴承，法兰轴承的法兰部支撑于第一轴肩面或第二轴肩面，承受轴向作用力。
61.当然，在其他实施例中，所述轴承20也可以为单列深沟球轴承。
62.进一步地，为了提高轴承20对支撑部10支撑的稳定性，在一种具体实施例中，所述第一轴承201和所述第二轴承202关于所述中心轴30的轴向中心横截面对称。
63.可以理解的是，中心轴30的轴向中心横截面是指在中心轴30的轴向方向上中心轴30的中心所在的横截面。
64.为了防止内圈22相对于中心轴30、外圈21相对于支撑部10发生滑移，在旋转过程中产生所谓的“跳动”，进而产生异响，影响雷达的使用和寿命，在一种具体实施例中，支撑部10与外圈21采用过盈配合，减小因滚动体23与滚道之间的碰撞磨损导致的游隙变大，使外圈21与支撑部10内表面紧密接触，防止外圈21相对于支撑部10发生滑移。
65.中心轴30与所述内圈22可以采用间隙配合，为避免内圈22相对于中心轴30发生滑移，在一种具体实施例中，可以在内圈22和中心轴30安装处涂抹瞬干胶，将轴承20与中心轴30粘合在一起，从而增强了内圈22与中心轴30之间的粘合力，可以有效防止轴承20相对于中心轴30发生滑移，提高了轴承20安装稳定性。
66.本领域技术人员可以理解的是，外圈21与支撑部10以过盈配合安装时，外圈21将收缩。过盈装配后，外圈沟底直径缩小量应不大于轴承的最小径向游隙，以确保轴承不会因外圈21与支撑部10之间的过盈配合发生卡转，也就是说所述支撑部10和所述轴承20之间的最大过盈量与轴承20的最小径向游隙之间需要相互匹配。
67.具体地，为了保证轴承20的最小径向游隙，支撑部10可以选择sus630型号的轴承座。
68.在一种具体实施例中，所述轴承20的最小径向游隙范围是7um-23um。轴承20的最小径向游隙范围根据所述轴承20的精度和温度确定。
69.在一种具体实施例中，所述轴承20的最小径向游隙范围是11um-16um。
70.因外圈的材料与支撑部的材料的杨氏模量与泊松比相同，根据以下公式获取轴承的外圈沟底直径缩小量：
[0071][0072]
其中，de-外圈沟底直径；d-轴承外圈直径；dh-支撑部内圈直径；δf-最大过盈量；δe＝外圈沟底直径缩小量。
[0073]
基于上式，再结合外圈沟底直径允许缩小量最大值，即轴承的最小径向游隙，可以计算得到支撑部和所述轴承之间的最大过盈量。
[0074]
根据以下公式获取最大过盈量δf：
[0075][0076]
在一种具体实施例中，所述支撑部10和所述轴承20之间的最大过盈量范围是14um-21um。
[0077]
根据上述计算公式可知，最大过盈量与轴承的最小径向游隙之间呈正相关的关系，也就是最小径向游隙越大，最大过盈量也越大。
[0078]
并且，由于最小径向游隙与轴承的工作温度相关，因此最大过盈量也与轴承的工作温度相关，
[0079]
比如：当在常温下，最小径向游隙的范围可以为11um-16um，在-40度时，可以为7um-12um，在110度时，可以为18-23um，对应地，最大过盈量，在常温下可以为17um，在-40度时，可以为14.5um-15um，在110度时，可以为20.1um-21.5um。
[0080]
基于实验结果可知，最大过盈量的取值具体可以参考下表，其中，第一轴承的型号为608轴承，第二轴承的型号为698轴承。
[0081][0082]
在一种具体实施例中，所述最大过盈量范围根据所述最小径向游隙范围确定，以避免所述轴承卡转，具体地，基于不同温度范围下设置的上述最小径向游隙和对应的最大过盈量的范围，能够避免在整个温度范围内轴承发生卡转。
[0083]
当然，还可以根据轴承精度确定轴承外圈外径公差，根据所述最大过盈量确定支撑部与轴承配合面公差。
[0084]
除了要注意二者之间的，在进行前述装配过程中，第一推力和第二推力与最大过盈量范围和所述最小径向游隙范围相关，二者均可以通过以下公式计算获得：
[0085]fpush
＝μπdhpf[0086]
其中：f
push
‑‑
推力；μ
‑‑
轴承与中心轴之间的摩擦系数；d-轴承外圈的外环面直径；h
‑‑
轴承高度；pf‑‑
过盈配合面压力，具体可以通过以下公式获取：
[0087][0088]
其中，de-外圈沟底直径；d-轴承外圈直径；dh-支撑部内圈直径；δf-最大过盈量；e＝杨氏模量。
[0089]
为解决前述问题，本实用新型实施例还提供一种激光雷达，包括：
[0090]
前述的旋转驱动组件1；
[0091]
探测装置，与所述旋转驱动组件1固定连接。
[0092]
具体地，所述探测装置包括光发射装置和光接收装置；
[0093]
所述光发射装置，用于发射探测光束至三维空间；
[0094]
所述光接收装置，用于接收三维空间中目标反射所述探测光束所形成的回波光束；
[0095]
所述轴承用于轴向支撑所述光发射装置和所述光接收装置。
[0096]
当然，由于旋转驱动组件1包括前述的第一轴承201和第二轴承202，本技术实施例所提供的激光雷达也包括前述的第一轴承201和第二轴承202。
[0097]
具体地，请参考图4和图5，图4是图3所示的激光雷达的另一结构示意图，图5是本实用新型实施例所提供的又一种激光雷达的结构示意图。
[0098]
本技术实施例所提供的激光雷达可以具有如图4所示的结构，激光雷达包括中心轴30和轴承20，所述轴承20可以包括第一轴承201和第二轴承202，中心轴30仅在激光雷达的下部，并未贯穿激光雷达的整体；当然，本技术实施例所提供的激光雷达可以具有如图5所示的结构，与图4的激光雷达区别在于中心轴30贯穿激光雷达的整体。
[0099]
本实用新型实施例所提供的激光雷达，因旋转驱动组件1的轴承采用陶瓷球滚动体，陶瓷球滚动体具有无油自润滑特性，滚动体与轴承内外滚道之间不需要润滑脂进行润滑，采用陶瓷球滚动体能够降低因润滑脂失效带来轴承失效的风险，避免旋转驱动组件1无法驱动探测装置旋转，延长激光雷达使用寿命；进一步地，因本实用新型实施例所提供的旋转驱动组件1的轴承无需添加润滑脂，能够避免因润滑脂在低温时粘滞力矩过大导致激光雷达在低温时启动困难的风险，降低激光雷达在低温启动时开始旋转的时间不达标的风险。
[0100]
虽然本实用新型实施例披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。