摩擦力极小化轴承结构的制作方法

摩擦力极小化轴承结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种摩擦力极小化轴承结构，利用相同速率相反转向的方式，使轴承的内环与外环，以相反的转动方向及相同的转动速率转动，并在支撑齿轮组件上加装滚筒，此滚筒与轴承外环接触，两者以相反的转动方向及相同的转动速率转动，实现摩擦力极小化轴承结构。在轴承内部滚珠与内环的接触点上，滚珠与内环以方向相同的切线速度转动，且在滚珠与外环的接触点上，滚珠与外环也以方向相同的切线速度转动，相对速度为二者速度的差。本发明的轴承结构，可使滚珠与内环两者间的相对速度为零或趋近零，亦使滚珠与外环两者间的相对速度为零或趋近零。支撑齿轮组件上滚筒，与轴承外环两者间的相对速度亦为零或趋近零。因而实现轴承内摩擦力极小化的目的。
【专利说明】
摩擦力极小化轴承结构
技术领域
[0001] 本发明涉及轴承，更特别地，涉及一种可将摩擦力极小化的轴承结构。
【背景技术】
[0002] -般机构都是利用往复运动的原理运转，在转折处装有轴承，作为转轴或枢轴等 旋转部件与安装基体之间的结合组件。
[0003] 轴承(bearing)又称培林、啤令，一般装设于机器设备上，作为转轴或枢轴等旋转 部件与安装基体之间的结合组件，可凭借其本身机械结构上的运作，降低旋转部件在旋转 时所承受的摩擦阻力。
[0004] 轴承的基本结构，一般而言包括有内环、外环以及位于内环与外环之间的多个滚 珠。所述外环环设于内环之外;所述内环与外环都有沟槽，滚珠在沟槽内滚动。滚珠之间设 有固定架，使滚珠只能滚动而不能滑动。而所述多个滚珠一般为金属材质（如钢铁)所制作 而带有刚性，其间隔设置于内环与外环之间，两侧抵靠于内环外壁沟槽及外环内壁沟槽。
[0005] 在使用时，旋转部件穿设于内环的穿孔内，而外环则套设于安装基体上。在旋转部 件进行旋转时，通过所述多个滚珠的带动及油脂润滑，可使内环与外环之间，在承受较小磨 擦力的情况下进行转动。
[0006] 请参考图12和图13所示，其揭示现有技术的轴承的基本结构。如上所述，其包括有 轴承内环169、轴承外环170、以及位于轴承内环169与轴承外环170之间的多个轴承滚珠 171。所述轴承外环170设于轴承内环169之外，所述轴承内环169形成有一穿孔可供一旋转 部件168穿设，其中前述轴承内环169的外壁及轴承外环170的内壁上，形成有内凹的轴承内 部沟槽172以及轴承外部沟槽173。所述多个轴承滚珠171具有刚性，间隔设置于轴承内环 169与轴承外环170之间，以两侧球面抵靠于轴承内环169外壁及轴承外环170内壁的轴承内 部沟槽172、轴承外部沟槽173之中，而嵌设于轴承内环169及轴承外环170之间。以上为滚珠 轴承，其间滚动元件为滚珠。若将滚珠换成滚筒或滚针时，即为滚筒轴承或滚针轴承。包括 各种不同滚动组件，其作用原理都相同。
[0007] 然而，现有技术的轴承所得呈现的工作性能，依赖于其内部滚珠状态及其相应润 滑条件。而滚珠本身虽然具备刚性，但在长期承受摩擦力之下，往往因长期磨耗而逐渐产生 变形，从而失去良好的传动能力。
[0008] 更须值得注意的是，现有技术的轴承，一般是在内环与外环间一方静止而另一方 相对旋转的情况下进行运作。在此运作条件下，滚珠将无法避免其本身同时承受与内环外 壁面之间以及与外环内壁面之间的静摩擦力或者动摩擦力。

【发明内容】

[0009] 本发明的目的在于提供一种滚珠与内环、外环三者之间的摩擦力为零或者趋近于 零的摩擦力极小化的轴承结构。
[0010] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0011] -种摩擦力极小化轴承结构，其包括主轴承和旋转轴，所述主轴承包括内环、外环 以及位于内环与外环之间的多个滚珠，旋转轴穿过主轴承的中心，主轴承的内环套接固定 于旋转轴上，该轴承结构还包括传动齿轮组，其将内环旋转产生的动能传导至外环上，令主 轴承的内环与外环以转向相反的方式进行转动，所述传动齿轮组包含：内环齿轮、外环齿 轮、第一传动齿轮及第二传动齿轮，外环齿轮固定于外环齿轮滚筒上，外环齿轮滚筒的内表 面与主轴承的外环紧固套合，内环齿轮与第一传动齿轮啮合，第一传动齿轮与第二传动齿 轮啮合，第二传动齿轮与外环齿轮啮合，外环齿轮滚筒放置于多个支撑齿轮滚筒中间，且外 环齿轮滚筒与各个支撑齿轮滚筒都接触，每个支撑齿轮滚筒外缘都装有支撑齿轮，外环齿 轮啮合于支撑齿轮。
[0012] 传动齿轮组使主轴承的内环与外环转动速率相同。
[0013] 外环齿轮滚筒与各个支撑齿轮滚筒的速率相同或趋近于相同，而外环齿轮滚筒与 各个支撑齿轮滚筒的转动方向都相反。
[0014] -种摩擦力极小化轴承结构，其包括主轴承和旋转轴，所述主轴承包括内环、外环 以及位于内环与外环之间的多个滚珠，旋转轴穿过主轴承的中心，主轴承的内环套接固定 于旋转轴上，所述的轴承结构装设于汽车上，该汽车具有一车体，该车体开设有轴孔且内部 具有一可旋转提供动能的旋转轴;所述车体的车毂外侧装有传动齿轮组，此传动齿轮组的 外环齿轮座、外环齿轮、装于外环齿轮座上的副轴承及内环齿轮固定于车毂上，剩余传动齿 轮组部件包括有与车毂分离的第一传动齿轮、第二传动齿轮和齿轮连接杆;所述结构进一 步包括电磁铁活动杆，所述电磁铁活动杆固定于车体支架；当车辆行进中，电磁铁活动杆咬 紧并固定齿轮连接杆，其中：所述内环齿轮套接固定于该旋转轴上，而以与旋转轴相同的转 向进行转动;该外环传动座套设并固定于所述主轴承的外环上，而以与旋转轴相反方向转 动；该第一传动齿轮啮合于该内环齿轮以及该第二传动齿轮，而以与旋转轴相反的转向进 行转动，同时带动该第二传动齿轮以与旋转轴相同的转向进行转动;该外环齿轮固接于该 外环传动座而可带动主轴承的外环，且该外环齿轮啮合于该第二传动齿轮，从而以与该第 二传动齿轮相反的转向，即，与该内环齿轮及旋转轴相反的转向，进行转动。
[0015] 所述的电磁铁活动杆是用气动控制方式。
[0016] 所述的电磁铁活动杆是用弹簧控制方式。
[0017] 所述的轴承结构还包括有设置于轴孔中的与所述主轴承相邻设置的副轴承，所述 轴承与副轴承的内环皆与转轴紧固套合。
[0018] 该内环的外壁及该外环的内壁上，均形成有内凹的沟槽;且所述多个滚珠间隔设 置于内环与外环之间，以两侧球面抵靠于内环外壁及外环内壁的沟槽之中，而嵌设于内环 及外环之间。
[0019] 所述主轴承和副轴承是滚珠轴承、滚针轴承或滚筒轴承。
[0020] 本发明通过由一传动齿轮组及/或动力传导组件(如齿轮、皮带、棘轮、连杆等单独 或者混合所构成的机械传动结构），令轴承的内环与外环能够以转动速率相同及转向相反 的方式进行转动。前述的传动齿轮组，包括有内环齿轮、第一传动齿轮、第二传动齿轮、外环 齿轮、外环传动座，其中：
[0021] 该内环齿轮套接固定于该转轴上，而以与转轴相同的转向进行转动；
[0022] 外环传动座套设并固定于所述轴承的外环上，而得以相对该安装基体转动。
[0023] 该第一传动齿轮设置于一齿轮座上，其啮合于该内环齿轮以及该第二传动齿轮， 而以与转轴相反的转向进行转动，同时带动该第二传动齿轮以与转轴相同的转向进行转 动。
[0024] 该外环齿轮固接于该外环传动座而可带动轴承的外环，且该外环齿轮啮合于该第 二传动齿轮，从而以与该第二传动齿轮相反的转向，即，与该内环齿轮及转轴相反的转向， 进行转动。
[0025] 根据前述传动齿轮组的结构及传动方式，前述轴承的外环，即受到该外环齿轮通 过该外环传动座的带动，以相对于轴承的内环相反的转向进行转动。
[0026]本发明的有益效果在于：
[0027] 本发明将摩擦力极小化轴承结构利用同步反向传动的方式，致使轴承的内环与外 环，以相同的速率及相反的转向进行转动。在此情况下，当轴承转动时，其内部滚珠一侧与 内环的接触点上，滚珠与内环以方向相同的切线速度行进，因而两者间的相对速度为滚珠 与内环速度相减，若滚珠与内环速度相等或者接近相等，则两者间的相对速度即为零或趋 近零。同样地，在滚珠另一侧与外环的接触点上，滚珠另一侧与外环以方向相同的切线速度 行进，因而滚珠另一侧与外环间的相对速度为两者速度相减，若滚珠另一侧与外环速度相 等或者接近相等，则两者的相对速度即为零或趋近零。在上述情况下，由于滚珠与内环、外 环之间的相对速度都为零或趋近于零，故滚珠与内环、外环三者之间的摩擦力将为零或者 趋近于零。
[0028] 本发明一个或一个以上实施例的细节将于所附附图和以下描述中予以阐述。根据 这些描述和附图，将能够容易地了解本发明的其它特征、目的和优势。由于本发明在于强调 与传统不同的结构和方法，因此下文特别强调利用此结构和方法所具备的优点。并为让本 发明的上述特征和优点能更明显易懂，特别举实施例，并配合所附附图作详细说明。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的左视图；
[0030] 图2为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的主视图；
[0031 ]图3a为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的刚体基座130左视图； [0032]图3b为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的刚体基座130主视图； [0033]图4a为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的支撑齿轮组件131左视 图；
[0034]图4b为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的支撑齿轮组件131主视 图；
[0035]图5a为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的第一传动齿轮组件132 左视图；
[0036]图5b为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的第一传动齿轮组件132 主视图；
[0037]图6a为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的第二传动齿轮组件133 左视图；
[0038]图6b为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的第二传动齿轮组件133 主视图；
[0039] 图7a为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的内环外环齿轮组件134 左视图；
[0040] 图7b为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的内环外环齿轮组件134 主视图；
[0041 ]图8为本发明第二较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的转动示意图；
[0042] 图9为本发明第二较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的主视图；
[0043] 图10为本发明第二较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的车辆应用左视图；
[0044] 图11为本发明第二较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的车辆应用主视图；
[0045] 图12为现有技术的轴承结构的示意图；
[0046] 图13为现有技术的轴承结构的侧面剖视图；
[0047]图14为摩擦力说明示意图；
[0048] 图15为本发明第二较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的副轴承102的副轴承内 环163与副轴承滚珠165间、副轴承外环164与副轴承滚珠165间速度说明示意图；
[0049] 图16为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的主轴承101与支撑齿轮 轴承136受力说明示意图。
【具体实施方式】
[0050] 本发明的优点及特征以及其实现方法将参照示例性实施例及附图进行更详细地 描述而更容易理解。然而，本发明能够以不同形式来实现，且不应该被理解为仅限于此处所 陈述的实施例。相反地，对所属技术领域具有通常知识者而言，所提供的这些实施例将使本 揭露更加透彻与全面且完整地传达本发明的范畴。在图中，部件或组件的尺寸及相对尺寸 为了清晰易懂而以夸示方法表示。整篇说明书中，相同的组件符号指的是相同的组件。如本 文中所使用的，术语"及/或"包括任何及所有一或多相关所列对象的组合。
[0051] 除非另外定义，所有使用于本文的术语(包括科技及科学术语)具有与本发明所属 该领域的技术人士一般所理解的相同的意思。将更可理解的是，例如于一般所使用的字典 所定义的那些术语应被理解为具有与相关领域的内容一致的意思，且除非明显地定义于本 文，将不以过度理想化或过度正式的意思理解。
[0052] 以下将配合附图详细叙述示例实施例。然而，这些实施例可以包含于不同的形式 中，且不应被解释为用以限制本发明的专利保护范围。这些实施例的提供使得本发明的揭 露完整和明了，本领域技术人员将能经由这些实施例了解本发明的范畴。
[0053]本发明包括两项较佳实施例。
[0054] 第一较佳实施例为在本发明其接触的支撑滚筒上增加一组齿轮，确保外环齿轮的 转动面与其接触的支撑滚筒间摩擦力极小化。
[0055] 第二较佳实施例为在车辆上的应用。
[0056]第一较佳实施例
[0057]有关本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构请参考图1、图2和图7b。其 中，图1为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的左视图，图2为本发明第一较 佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的主视图，图7b为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小 化轴承结构的内环外环齿轮组件134主视图。
[0058]本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构包括旋转轴100、主轴承101和传 动齿轮组。
[0059] 如图7b所示，所述主轴承101包括主轴承内环103、主轴承外环105以及位于主轴承 内环103和主轴承外环105之间用以传动的多个主轴承滚珠108。
[0060] 所述传动齿轮组包括刚体基座130、内环外环齿轮组件134、第一传动齿轮组件 132、第二传动齿轮组件133与多个支撑齿轮组件131。
[0061 ]本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构还包括刚体基座130。
[0062]图3a为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的刚体基座130左视图， 图3b为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的刚体基座130主视图。
[0063]刚体基座130包括用于固定第一传动齿轮组件132、第二传动齿轮组件133以及多 个支撑齿轮组件131的孔。
[0064]图4a为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的支撑齿轮组件131左视 图；图4b为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的支撑齿轮组件131主视图。 [0065]支撑齿轮组件131包括支撑齿轮135、支撑齿轮组件固定轴138、支撑齿轮滚筒118、 支撑齿轮轴承136以及第一垫片119。其中，支撑齿轮组件固定轴138依次穿过支撑齿轮135、 支撑齿轮滚筒118和支撑齿轮轴承136的中心，并进一步与刚体基座130固定。支撑齿轮135 与支撑齿轮滚筒118紧密接合，支撑齿轮滚筒118的内表面与支撑齿轮轴承136的外环紧固 套合，第一垫片119布置在两个支撑齿轮轴承136之间。
[0066]图5a为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的第一传动齿轮组件132 左视图；图5b为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的第一传动齿轮组件132 主视图。
[0067]第一传动齿轮组件132包括第一传动齿轮固定轴140、第一传动齿轮111、第一传动 齿轮轴承139以及第二垫片160。其中，第一传动齿轮固定轴140依次穿过第一传动齿轮111 和第一传动齿轮轴承139的中心，并进一步与刚体基座130固定。第一传动齿轮111的内表面 与第一传动齿轮轴承139的外环紧固套合，第二垫片160布置在两个第一传动齿轮轴承139 之间。
[0068]图6a为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的第二传动齿轮组件133 左视图；图6b为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的第二传动齿轮组件133 主视图。
[0069] 第二传动齿轮组件133包括第二传动齿轮固定轴142、第二传动齿轮112、第二传动 齿轮轴承141以及第三垫片161。第二传动齿轮固定轴142依次穿过第二传动齿轮112和第二 传动齿轮轴承141的中心，并进一步与刚体基座130固定。第二传动齿轮112的内表面与第二 传动齿轮轴承141的外环紧固套合，第三垫片161布置在两个第二传动齿轮轴承141之间。
[0070] 图7a为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的内环外环齿轮组件134 左视图；图7b为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的内环外环齿轮组件134 主视图。
[0071] 内环外环齿轮组件134包括内环齿轮109、外环齿轮110以及外环齿轮滚筒117。
[0072] 旋转轴100依次穿过内环齿轮109、外环齿轮110、外环齿轮滚筒117和主轴承101的 中心，并进一步与刚体基座130固定。内环齿轮109和主轴承101的主轴承内环103套接固定 于旋转轴100上，外环齿轮110与旋转轴100活动连接。外环齿轮110与外环齿轮滚筒117紧密 接合，外环齿轮滚筒117的内表面与主轴承101的主轴承外环105紧固套合，第四垫片162布 置在两个主轴承101之间。
[0073]外环齿轮110布置于多个支撑齿轮135之间，且外环齿轮滚筒117与各个支撑齿轮 滚筒118都接触，外环齿轮110与各个支撑齿轮135都啮合，内环齿轮109与第一传动齿轮111 啮合，第一传动齿轮111与第二传动齿轮112啮合，第二传动齿轮112与外环齿轮110啮合。当 内环齿轮109顺时针旋转时，会带动第一传动齿轮111做逆时针旋转，并带动第二传动齿轮 112做顺时针旋转，再带动外环齿轮110进行逆时针旋转，进而使得外环齿轮110与内环齿轮 109反方向逆行，达成内部主轴承101的主轴承滚珠108与主轴承内环103、主轴承外环105的 相对旋转速度为零，达到摩擦力作功极小化的目的，降低能量的耗损。
[0074]上述行为在内环齿轮109逆时针旋转时亦有相同效果。
[0075]为有助于更方便地理解本发明的运作原理及实际功效，以下先就现有技术中关于 "摩擦力"的相关知识进行说明：
[0076] 摩擦力是一种阻止接触物体间互相滑动的作用力。摩擦力的公式为f = -yN。
[0077] 请参考图14,移动物128及与移动物128接触的接触物129,移动物128在接触物129 上的垂直重力127为N，移动物128与接触物129之间的摩擦系数为μ。当摩擦力连续在距离d 内发生，则功W为
[0078] W=-yN · d
[0079] 其功率P为
[0080] P = -μΝ · d/t = -μΝ · ν
[0081 ]上述公式中的ν是移动物128与接触物129间的相对速度。
[0082]当相对速度ν = 0时，功率Ρ等于0,即摩擦力不再作用。换句话说，当移动物128与接 触物129间的相对速度为0时，即使移动物128与接触物129仍在运动，此时移动物128与接触 物129以相同的速度运动。移动物128与接触物129之间不会产生摩擦力。
[0083]本发明的摩擦力极小化轴承结构，由于通过简单的原理以及结构实现将摩擦力极 小化的目的，故提供了高适配性，在实际施用上相当方便，可方便地通过加装或者改装而方 便地运用于现有的机器设备之中。
[0084] 应用以上的原理，请参考图4a、图4b的支撑齿轮组件131与图7a、图7b的内环外环 齿轮组件134。本发明在支撑齿轮组件131的支撑齿轮滚筒118上增加支撑齿轮135,支撑齿 轮135的齿数及支撑齿轮滚筒118的直径与内环外环齿轮组件134的外环齿轮110的齿数及 外环齿轮滚筒117的直径的关系式如下：
[0085] JTD1/外环齿轮齿数= JiD2/支撑齿轮齿数 [0086] D1:外环齿轮滚筒117的直径 [0087] D2:支撑齿轮滚筒118的直径
[0088] 故外环齿轮110每移动一齿，其外环齿轮滚筒117移动的弧线距离与支撑齿轮滚筒 118移动的弧线距离相等。因此两个滚筒间的相对速度为零或趋近于零。故两个滚筒间摩擦 力极小化。
[0089] 请参考图16,图16为本发明第一较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的主轴承 101与支撑齿轮轴承136受力说明示意图。此图在说明主轴承101与其支撑的数个支撑齿轮 轴承136受力分布。故图上省略各种部件，直接表示主轴承101与支撑齿轮轴承136受力。
[0090] 主轴承101中间有旋转轴100穿过，一般的应用将主轴承外环105的外壁固定，旋转 轴100的垂直负荷重力151造成主轴承101的主轴承内环103与主轴承滚珠108间、主轴承外 环105与主轴承滚珠108间的摩擦力，此摩擦力依主轴承滚珠108的实际位置分布不同而大 小不同。
[0091] 本发明将内环外环齿轮组件134置于多个用来支撑的支撑齿轮组件131之间，外环 齿轮滚筒117置于多个支撑齿轮滚筒118中间，且外环齿轮滚筒117与各个支撑齿轮滚筒118 都接触，外环齿轮110与各个支撑齿轮135都啮合。经传动齿轮组，包括有内环齿轮109、第一 传动齿轮111、第二传动齿轮112、外环齿轮110及相关附件，使主轴承101的主轴承外环105 与主轴承内环103以相同速率相反方向转动。故主轴承101内的主轴承内环103与主轴承滚 珠108间、主轴承外环105与主轴承滚珠108间的相对速度为零或趋近于零，主轴承101内摩 擦力极小化。
[0092]请参考图16,多个支撑齿轮轴承136分布位置可因实际应用而不同，为了便于说 明，此处将支撑齿轮轴承136简化为垂直支撑齿轮轴承148、左侧支撑齿轮轴承149与右侧支 撑齿轮轴承150三类。垂直支撑齿轮轴承148位于旋转轴100的垂直负荷重力151的正上方， 因不受垂直负荷重力151影响，故其内摩擦力很小。主要的摩擦力为左侧支撑齿轮轴承149 与右侧支撑齿轮轴承150所承受的摩擦力。左侧支撑齿轮轴承149与右侧支撑齿轮轴承150 所承受的作用力分别为左侧支撑齿轮轴承受力152与右侧支撑齿轮轴承受力153。左侧支撑 齿轮轴承受力152是在沿着旋转轴100中心与左侧支撑齿轮轴149中心的连线，此力为F8。右 侧支撑齿轮轴承受力153是在沿着旋转轴100中心与右侧支撑齿轮轴150中心的连线，此力 为F9。左侧支撑齿轮轴承受力152由左侧水平分力154及左侧垂直分力156组成，其左侧水平 夹角158为Θ1。右侧支撑齿轮轴承受力153由右侧水平分力155及右侧垂直分力157组成，其 右侧水平夹角159为Θ 2。假设：
[0093] 左侧垂直分力156为F1，夹角为?1:F1=F8 · Sin?l;
[0094] 右侧垂直分力157为F2,夹角为?2:F2=F9 · Sin?2;
[0095] 旋转轴100的垂直负荷重力151为F3;
[0096] 左侧水平分力 154为F4，F4=F8 · Cos? 1;
[0097] 右侧水平分力I55为F5，F5=F9 · Cos?2;
[0098] 适当选用Θ1与θ 2可使左侧垂直分力156与右侧垂直分力157的和等于旋转轴100 的垂直负荷重力151。
[0099] BPFlo+F2o = F3o；
[0100] 假设，此时 Θ1〇+Θ2ο=θ3ο，
[0101] 左侧水平分力和右侧水平分力的和为F6o，
[0102] F4o+F5o = F6o,
[0103]其中Θ 3〇和F6o是为了方便分析而假设的参数；
[0104]减小 Θ 1〇和 Θ 2〇至 θ li和 θ 2ι，即当 θ 1ι+ θ 2ι〈 Θ 3。时，
[0105] 左侧垂直分力156与右侧垂直分力157的和小于垂直负荷重力151，
[0106] SPFli+F2i〈F3o，
[0107] 而F4i+F5i>F6o;
[0108] 若逐渐移动减小θ li和Θ 2:至Θ 12和Θ 22,而又不失系统稳定性时，
[0109] 即 Θ 12+Θ22〈〈Θ3ο，
[0110] 贝丨 jFl2+F22〈〈F3〇，
[0111] 而F42+F52>>F6o;
[0112] 然而左侧水平分力154与右侧水平分力155作用力方向相反，可互相抵销。当左侧 水平夹角158与右侧水平夹角159相等时，左侧水平分力154与右侧水平分力155的和等于 零。故采用适当的左侧水平夹角158与右侧水平夹角159可减少作用于左侧支撑齿轮轴承 149和右侧支撑齿轮轴承150的外力，因而系统的垂直负荷重力151即F3减少，达到系统摩擦 力极小化的目的。
[0113]假设：
[0114] 当Θ1与Θ 2上移至夹角为15°时，
[0115] 即?1=02 = 15。，
[0116] F1=F2=F8 · Sinl5° =F9 · Sinl5°
[0117] F1+F2=F8 · Sinl5°+F9 · Sinl5° =0.259F3。
[0118] 故系统承受的垂直负荷重力降至原来的25.9%，摩擦力与系统的垂直负荷重力成 正比，因此摩擦力也降至25.9%，减少了约74%的轴承内摩擦能量。
[0119] 本发明并不限于此角度，可适用于各种角度，也不限于Θ1=Θ2的限制，可适用于 各种不同的角度。
[0120] 第二较佳实施例
[0121] 请参看图8-11所示，图8为本发明第二较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的转 动示意图；图9为本发明第二较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的主视图；图10为本发明 第二较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构的车辆应用左视图；图11为本发明第二较佳实施 例的摩擦力极小化轴承结构的车辆应用主视图。
[0122] 本发明第二较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构应用于车辆轮子上可将车轮轴 承内摩擦力极小化。
[0123] 本发明第二较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构是以车辆作为安装基体，请参考 图11所示，所述摩擦力极小化轴承结构包括旋转轴100,连接于引擎曲轴组件，可旋转提供 动能;悬挂系统125,其连接车体支架126;悬挂系统125侧边具有车毂120,轮胎123设置于车 毂120上;该车毂120内部设有主轴承101。
[0124] 本发明第二较佳实施例的摩擦力极小化轴承结构包括旋转轴100、主轴承101、副 轴承102和传动齿轮组。
[0125] 主轴承101包括主轴承内环103、主轴承外环105以及位于主轴承内环103和主轴承 外环105之间、用以传动的多个主轴承滚珠108。
[0126] 旋转轴100穿过主轴承101的中心，主轴承101的主轴承内环103套接固定于旋转轴 100上，其中，主轴承内环103的外壁及主轴承外环105的内壁上分别具有内凹的主轴承内部 沟槽104和主轴承外部沟槽106。所述多个主轴承滚珠108具有刚性，间隔设置于主轴承内环 103与主轴承外环105之间，两侧球面抵靠于主轴承内环103的外壁及主轴承外环105的内壁 的主轴承内部沟槽104、主轴承外部沟槽106之中，而嵌设于主轴承内环103及主轴承外环 105之间。
[0127] 副轴承102包括副轴承内环163、副轴承外环164以及位于副轴承内环163与副轴承 外环164之间、用以传动的多个副轴承滚珠165,所述副轴承102的副轴承内环163与旋转轴 100紧固套合;其中，副轴承内环163的外壁及副轴承外环164的内壁上具有内凹的副轴承内 部沟槽166、副轴承外部沟槽167,所述多个副轴承滚珠165具有刚性，间隔设置于副轴承内 环163与副轴承外环164之间，以两侧球面抵靠于副轴承内环163的外壁及副轴承外环164的 内壁的副轴承内部沟槽166、副轴承外部沟槽167之中，而嵌设于副轴承内环163及副轴承外 环164之间。
[0128] 所述车毂120外侧装有传动齿轮组，所述传动齿轮组包括内环齿轮109、外环齿轮 110、第一传动齿轮111、第二传动齿轮112和齿轮连接杆116,其中，
[0129] 第一传动齿轮111安装在第一传动齿轮座113上。
[0130] 第二传动齿轮112安装在第二传动齿轮座114上。
[0131] 外环齿轮110固接于外环齿轮座115上。
[0132] 内环齿轮109、主轴承101的主轴承内环103和副轴承102的副轴承内环163套接固 定于旋转轴1〇〇上，而以与旋转轴1〇〇相同的转速进行转动。
[0133] 传动齿轮组的外环齿轮座115及外环齿轮110固定于车毂120上，外环齿轮座115套 接固定于所述副轴承102的副轴承外环164上。
[0134] 第一传动齿轮111及第二传动齿轮112枢设于一齿轮连接杆116,三者固定，其中第 一传动齿轮111及第二传动齿轮112相对转动，且第一传动齿轮111及第二传动齿轮112的半 径及齿数与内环齿轮109相同。
[0135] 内环齿轮109与第一传动齿轮111啮合，第一传动齿轮111与第二传动齿轮112啮 合，第二传动齿轮112与外环齿轮110啮合。须进一步说明的是，内环齿轮109的齿数与外环 齿轮的110齿数之比、主轴承内环103的半径与主轴承外环105的半径之比、外环齿轮110的 转动速度与内环齿轮109的转动速度之比相等，如下：
[0136]
[0137] 当旋转轴100转动，副轴承102同步作动时，请配合参看图15所示，副轴承102的副 轴承内环163具有一副轴承内环转速143,与具有副轴承外环转速146的副轴承外环164以相 反的转向进行转动。在此情况下，副轴承102内部副轴承滚珠165-侧与副轴承内环163的接 触点上，副轴承滚珠165与副轴承内环163以方向相同的切线速度行进，因而副轴承内环与 副轴承滚珠相对速度145为副轴承滚珠转速144与副轴承内环转速143相减，若副轴承滚珠 165与副轴承内环163速度相等或者接近相等，则副轴承内环与副轴承滚珠相对速度145即 为零或趋近零。
[0138] 同样地，在副轴承滚珠165另一侧与副轴承外环164的接触点上，副轴承滚珠165另 一侧与副轴承外环164以方向相同的切线速度行进，因而副轴承外环与副轴承滚珠相对速 度147为副轴承滚珠转速144与副轴承外环转速146相减，若副轴承滚珠165另一侧与副轴承 外环164速度相等或者接近相等，则副轴承外环与副轴承滚珠相对速度147即为零或趋近 零。
[0139] 在上述情况下，由于副轴承102内部的副轴承滚珠165与副轴承内环163、副轴承外 环164之间的相对速度都为零或趋近于零，故副轴承102内部的副轴承滚珠165与副轴承内 环163、副轴承外环164三者之间的摩擦力作功将为零或者趋近于零。
[0140] 因此，有效地将汽车运转时，主轴承101同时产生相同的效果，将汽车负载所产生 的摩擦力作功予以最小化。
[0141] 请再参考图11，本发明的第二较佳实施例摩擦力极小化轴承结构进一步包括电磁 铁活动杆122,所述电磁铁活动杆122固定于车体支架126,该电磁铁活动杆122在车辆行驶 时锁住齿轮连接杆116，令各齿轮正常转动;而在刹车时，电磁铁活动杆122放松并脱离齿轮 连接杆116,使第二传动齿轮112不再驱动外环齿轮110,副轴承102的副轴承外环164空转， 主轴承101的外环不受传动齿轮组的影响，目的为行驶时消除车辆车毂内轴承摩擦力，刹车 时降低齿轮内应力。
[0142] 所述电磁铁活动杆122通过电磁、气动和弹簧控制的方式与齿轮连接杆116连接或 者脱离。
[0143] 所述主轴承101、副轴承102、支撑齿轮轴承136、第一传动齿轮轴承139、第二传动 齿轮轴承141是滚珠轴承、滚针轴承或滚筒轴承。
[0144] 所有揭露于本发明书的特征可使用任何方式结合。本说明书所揭露的特征可使用 相同、相等或相似目的的特征取代。因此，除了特别陈述强调处之外，本说明书所揭露的特 征为一系列相等或相似特征中的一个实施例。
[0145] 此外，依据本说明书揭露的内容，熟悉本技术领域者可轻易依据本发明的基本特 征，在不脱离本发明的精神与范围内，针对不同使用方法与情况作适当改变与修饰，因此， 其它实施态样亦包含于申请专利范围中。
[0146] 【符号说明】
[0147] 100旋转轴
[0148] 1〇1 主轴承
[0149] 102 副轴承
[0150] 103主轴承内环
[0151] 104主轴承内部沟槽
[0152] 105主轴承外环
[0153] 106主轴承外部沟槽
[0154] 107固定架
[0155] 108主轴承滚珠
[0156] 109内环齿轮
[0157] 110外环齿轮
[0158] 111第一传动齿轮
[0159] 112第二传动齿轮
[0160] 113第一传动齿轮座
[0161] 114第二传动齿轮座
[0162] 115外环齿轮座
[0163] 116齿轮连接杆
[0164] 117外环齿轮滚筒
[0165] 118支撑齿轮滚筒
[0166] 119 第一垫片
[0167] 120 车毂
[0168] 122电磁铁活动杆
[0169] 123 轮胎
[0170] 125悬挂系统
[0171] 126车体支架
[0172] 127垂直重力
[0173] 128移动物
[0174] 129接触物
[0175] 130刚体基座
[0176] 131支撑齿轮组件
[0177] 132第一传动齿轮组件
[0178] 133第二传动齿轮组件
[0179] 134内环外环齿轮组件
[0180] 135支撑齿轮
[0181] 136支撑齿轮轴承
[0182] 138支撑齿轮组件固定轴
[0183] 139第一传动齿轮轴承
[0184] 140第一传动齿轮固定轴
[0185] 141第二传动齿轮轴承
[0186] 142第二传动齿轮固定轴
[0187] 143副轴承内环转速
[0188] 144副轴承滚珠转速
[0189] 145副轴承内环与第二滚珠相对速度
[0190] 146副轴承外环转速
[0191] 147副轴承外环与第二滚珠相对速度
[0192] 148垂直支撑齿轮轴承
[0193] 149左侧支撑齿轮轴承
[0194] 150右侧支撑齿轮轴承
[0195] 151垂直负荷重力
[0196] 152左侧支撑齿轮轴承受力
[0197] 153右侧支撑齿轮轴承受力
[0198] 154左侧水平分力
[0199] 155右侧水平分力
[0200] 156左侧垂直分力 [0201] 157右侧垂直分力
[0202] 158左侧水平夹角
[0203] 159右侧水平夹角
[0204] 160 第二垫片
[0205] 161 第三垫片
[0206] 162第四垫片
[0207] 163副轴承内环
[0208] 164副轴承外环
[0209] 165副轴承滚珠
[0210] 166副轴承内部沟槽
[0211] 167副轴承外部沟槽
[0212] 168旋转部件
[0213] 169轴承内环
[0214] 170轴承外环
[0215] 171轴承滚珠
[0216] 172轴承内部沟槽
[0217] 173轴承外部沟槽
【主权项】
1. 一种摩擦力极小化轴承结构，其包括主轴承和旋转轴，所述主轴承包括内环、外环以 及位于内环与外环之间的多个滚珠，旋转轴穿过主轴承的中心，主轴承的内环套接固定于 旋转轴上， 其特征在于： 该轴承结构还包括传动齿轮组，其将内环旋转产生的动能传导至外环上，令主轴承的 内环与外环以转向相反的方式进行转动，所述传动齿轮组包含：内环齿轮、外环齿轮、第一 传动齿轮及第二传动齿轮，外环齿轮固定于外环齿轮滚筒上，外环齿轮滚筒的内表面与主 轴承的外环紧固套合，内环齿轮与第一传动齿轮啮合，第一传动齿轮与第二传动齿轮啮合， 第二传动齿轮与外环齿轮啮合，外环齿轮滚筒放置于多个支撑齿轮滚筒中间，且外环齿轮 滚筒与各个支撑齿轮滚筒都接触，每个支撑齿轮滚筒外缘都装有支撑齿轮，外环齿轮啮合 于支撑齿轮。2. 根据权利要求1的摩擦力极小化轴承结构，其特征在于： 传动齿轮组使主轴承的内环与外环转动速率相同。3. 根据权利要求1的摩擦力极小化轴承结构，其特征在于： 外环齿轮滚筒与各个支撑齿轮滚筒的速率相同或趋近于相同，而外环齿轮滚筒与各个 支撑齿轮滚筒的转动方向都相反。4. 一种摩擦力极小化轴承结构，其包括主轴承和旋转轴，所述主轴承包括内环、外环以 及位于内环与外环之间的多个滚珠，旋转轴穿过主轴承的中心，主轴承的内环套接固定于 旋转轴上，所述的轴承结构装设于汽车上，该汽车具有一车体，该车体开设有轴孔且内部具 有一可旋转提供动能的旋转轴;其特征在于： 所述车体的车毂外侧装有传动齿轮组，此传动齿轮组的外环齿轮座、外环齿轮、装于外 环齿轮座上的副轴承及内环齿轮固定于车毂上，剩余传动齿轮组部件包括有与车毂分离的 第一传动齿轮、第二传动齿轮和齿轮连接杆； 所述结构进一步包括电磁铁活动杆，所述电磁铁活动杆固定于车体支架； 当车辆行进中，电磁铁活动杆咬紧并固定齿轮连接杆，其中： 所述内环齿轮套接固定于该旋转轴上，而以与旋转轴相同的转向进行转动； 该外环传动座套设并固定于所述主轴承的外环上，而以与旋转轴相反方向转动； 该第一传动齿轮啮合于该内环齿轮以及该第二传动齿轮，而以与旋转轴相反的转向进 行转动，同时带动该第二传动齿轮以与旋转轴相同的转向进行转动； 该外环齿轮固接于该外环传动座而可带动主轴承的外环，且该外环齿轮啮合于该第二 传动齿轮，从而以与该第二传动齿轮相反的转向，即，与该内环齿轮及旋转轴相反的转向， 进行转动。5. 根据权利要求4的摩擦力极小化轴承结构，其特征在于： 所述的电磁铁活动杆是用气动控制方式。6. 根据权利要求4的摩擦力极小化轴承结构，其特征在于： 所述的电磁铁活动杆是用弹簧控制方式。7. 根据权利要求1或4的摩擦力极小化轴承结构，其特征在于： 所述的轴承结构还包括有设置于轴孔中的与所述主轴承相邻设置的副轴承，所述轴承 与副轴承的内环皆与转轴紧固套合。8. 根据权利要求1或4的摩擦力极小化轴承结构，其特征在于： 该内环的外壁及该外环的内壁上，均形成有内凹的沟槽;且所述多个滚珠间隔设置于 内环与外环之间，以两侧球面抵靠于内环外壁及外环内壁的沟槽之中，而嵌设于内环及外 环之间。9. 根据权利要求1-8之一的摩擦力极小化轴承结构，其特征在于： 所述主轴承和副轴承是滚珠轴承、滚针轴承或滚筒轴承。
【文档编号】B60B27/00GK105937551SQ201610351981
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】刘复建
【申请人】刘易昕, 刘易昀