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2016年3月9日,无锡隆润达轴承有限公司申请(申请日:2015年5月4日)的实用新型专利“一种基于满球设计的柔性轴承”,正式获得中华人民共和国国家知识产权局授权,专利号:ZL 2015 2 0281051.6。
本实用新型,包括可以弹性变形的外圈和内圈,外圈的内壁上、内圈的外壁上分别设有外沟槽、内沟槽,外沟槽、内沟槽之间填有1组钢球,其特征在于:所述1组钢球为N颗,所述N颗钢球围绕外圈或者内圈的轴向中心布满直至无法填入第N+1颗钢球,且所述柔性轴承内部无保持器。
柔性轴承作为谐波减速器波发生器的关键部件,对谐波减速器使用寿命和精度都起到关键的作用。柔性轴承内圈内置凸轮,外圈与柔轮结合。当波发生器连续转动时,在凸轮长轴和短轴的作用下,迫使柔性轴承的外圈及柔轮一起反复变形,形成谐波。 柔性轴承和柔轮,工作中在凸轮的作用下反复变形,同时,钢轮和柔轮的齿牙在啮合时也会产生径向分力。实践证明,疲劳断裂是柔轮和柔性轴承失效的主要原因。《谐波传动减速器》国家标准(GB/714118)中规定,柔性轴承的使用寿命不低于整机寿命的50%,可见柔性轴承的寿命是减速器整体寿命的瓶颈。 在谐波齿轮传动过程中,齿轮啮合力的一个径向分力,作用在有临近的两个钢球为支点的轴承外圈上,相当于一个简支梁结构。简支梁的弯矩与两个支点间的距离成反比。两个支点间的距离越大,弯矩和挠度也越大。 降低弯矩和挠度,一方面可以有效地减少柔性轴承疲劳断裂几率,提高使用寿命,另一方面,在弯矩越小,柔轮和钢轮的齿间会产生弹性变形越小,形成侧隙越小,有效的减少减速器的空程和传动误差。 以往在柔性轴承的设计中,为了减少两个支点间的距离,在选定一定的钢球直径的基础上,尽可能的选用多的球数。但受到当时的材料,工艺条件的限制,填球角只能做到270-280度左右。所以,目前主流的柔性轴承设计,基本是选用23粒球,并根据不同轴承的中心径的大小,选用不同直径的钢球,满足填球角在270-280度左右的要求。
本专利对传统柔性轴承组装方法做出了改进,将柔性轴承的钢球填满,在此基础上,做出了基于满球设计的柔性轴承结构。填球角接近360度。钢球数量增加25%左右,做为支点的两钢球间距也相应减少了25%左右。 理论分析: 一、根据材料力学的挠度计算公式:
δ:挠度 E:钢的弹性模量; I:钢的截面惯矩; q:均布荷载标准值; L:梁支撑间距; 挠度是梁间距的4次方。按梁间距减少计25%,挠度可以降低60%左右。相应的应力也减少,(提高了轴承的使用寿命)。 二、轴承的额定动负荷计算:
额定动负荷是钢球数量(Z)的2/3次方。 如上所述,钢球数量增加1.25倍,在其他条件相同的情况下,额定动负荷增加1.16倍。 综上所述,钢球数量的增加,提高了额定动负荷,同时,挠度的降低,极大地改善了谐波减速器的空程和传动误差,为减速器的零背隙目标创造了条件。同时剪切应力的降低,也降低了外圈断裂的几率,提高了使用寿命。