一种高精度的密珠轴系

1.本发明属于精密机械设计技术领域，具体地说涉及一种可应用于精密转台、精密检测器具或精密传动的高精度的密珠轴系。


背景技术：

2.高精度回转轴系是诸多精密机械设备、仪器的核心功能单元，如机床、圆度仪、经纬仪、测角仪等。随着机械制造进入精密、超精密时代，加工、检测设备的精度也逐步进入亚微米乃至纳米级，对其回转轴系的要求亦日益提高。高精度密珠轴系由于结构形式简单、制造工艺性良好、精度高、刚度高、环境适应性强、性能稳定、维护方便等一系列优点，广泛应用于机床主轴传动、高精度跟踪测量仪器、高精度转台、工业机器人等领域。
3.通常，密珠轴系的结构主要由主轴、轴套和密集的滚珠组成，密集的滚珠具有误差均分效应，为获取高的回转精度奠定了理论基础。同时，提高零件的制造精度、优化轴系结构及配合参数对密珠轴系的回转精度也具有重要的影响。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：减小端面垂直度误差及外负载对轴系回转精度的影响，设计一种能调节主轴端面垂直度误差，且轴向预紧力可调的、外负载对轴系回转精度影响极小的高精度的密珠轴系。
5.为了实现上述目的，本发明方案如下：
6.一种高精度的密珠轴系，所述轴系包括：轴承套、主轴、端面保持架、端面钢球、径向保持架、径向钢球、推力球轴承座、支撑钢球、推力球轴承、碟形弹簧和锁紧螺母；
7.所述轴承套为轴系的固定件和安装基础；所述主轴位于轴承套内，可相对轴承套旋转，为轴系的旋转件；所述主轴包括凸半球、凹半球、芯轴、内六角螺钉、环氧胶；所述凸半球为轴系的输出接口，用于连接外负载；所述凹半球位于凸半球下面，且两半球面相配合；所述芯轴位于凸半球下面，且位于轴承套的内部，所述芯轴通过内六角螺钉与凸半球连接；所述环氧胶用于粘接凸半球与凹半球，且位于两半球面间的环形槽内；所述端面保持架位于轴承套与凹半球之间，且放置于轴承套的上端面，以限定所述端面钢球的分布；所述端面钢球位于端面保持架内，并分布于轴承套的上端面，在竖直方向上支撑起所述主轴及外负载；所述径向保持架位于轴承套与芯轴之间，以限定径向钢球的分布；所述径向保持架竖直方向通过支撑钢球支撑；所述径向钢球位于径向保持架内，并分布于轴承套内孔且位于芯轴外圆之外。
8.所述径向钢球与所述轴承套、芯轴的配合限定了轴系的回转中心；所述推力球轴承座安装于轴承套下端；所述支撑钢球均布放置于推力球轴承座上盲孔内；所述推力球轴承的座圈安装于推力球轴承座内，轴圈与主轴的芯轴的外圆配合，承载轴系的轴向预紧力；所述碟形弹簧位于推力球轴承的下面，且安装于所述芯轴上，轴向压紧推力球轴承的轴圈；所述碟形弹簧用于施加可调的轴向预紧力。
9.其中，作用于主轴上的外负载通过端面钢球、轴承套直接传递到轴系的安装面上，传力路径不经过主轴的芯轴，以减小外负载对轴系回转精度的影响。
10.其中，所述主轴的凹半球与凸半球的半球面相配合，在轴系装调完成后注入环氧胶粘接固定，以减小主轴的端面垂直度误差对轴系回转精度的影响。
11.其中，所述锁紧螺母位于碟形弹簧的下面，与所述芯轴螺纹配合，轴向锁紧碟形弹簧。
12.其中，所述端面钢球以特定分布规律分布于轴承套的上端面。
13.其中，所述径向钢球以特定分布规律分布于轴承套内孔且位于芯轴外圆之外。
14.本发明与现有技术相比的优点在于：首先，本发明中作用于主轴上的外负载通过端面钢球、轴承套直接传递到轴系的安装面上，传力路径不经过主轴，减小了外负载对轴系回转精度的影响。其次，本发明中主轴的凹半球与凸半球球面配合，轴系装调完成后注入环氧胶粘接固定，减小了主轴的端面垂直度误差对轴系回转精度的影响，同时降低了主轴的研制难度。最后，本发明中采用碟形弹簧施加可调的轴向预紧力，可调试出最佳的轴向过盈量，消除轨道面磨损对轴系回转精度的影响。
附图说明
15.图1是本发明的主视图；
16.图2是本发明具体实施例中精密转台的检测结果。
17.图中各标号表示：
18.1、轴承套；2、主轴；3、端面保持架；4、端面钢球；5、径向保持架；6、径向钢球； 7、推力球轴承座；8、支撑钢球；9、推力球轴承；10、碟形弹簧；11、锁紧螺母；21、凸半球；22、凹半球；23、芯轴；24、内六角螺钉；25、环氧胶。
具体实施方式
19.如图1所示，本发明的一种高精度的密珠轴系，包括轴承套1、主轴2、端面保持架3、端面钢球4、径向保持架5、径向钢球6、推力球轴承座7、支撑钢球8、推力球轴承9、碟形弹簧10和锁紧螺母11。轴承套1为轴系的固定件，安装基础。主轴2位于轴承套1内，可相对轴承套1旋转，为轴系的旋转件。主轴2包括凸半球21、凹半球22、芯轴23、内六角螺钉24、环氧胶25。凸半球21为轴系的输出接口，连接外负载。凹半球22位于凸半球 21下面，两球面配合。芯轴23位于凸半球21下面、轴承套1的内部，通过内六角螺钉24 与凸半球21连接。环氧胶25用于粘接凸半球21与凹半球22，位于两球面间的环形槽内。端面保持架3位于轴承套1与主轴2的凹半球22之间，放置于轴承套1的上端面，以限定端面钢球4的分布。端面钢球4位于端面保持架3内，以特定分布规律分布于轴承套1的上端面，竖直方向支撑起主轴1及外负载。径向保持架5位于轴承套1与主轴2的芯轴23之间，以限定径向钢球6的分布，竖直方向通过支撑钢球8支撑。径向钢球6位于径向保持架 5内，以特定分布规律分布于轴承套1内、主轴2的芯轴23外。径向钢球6与轴承套1、主轴2的芯轴23配合，限定轴系的回转中心。推力球轴承座7安装于轴承套1下端。支撑钢球8均布放置于推力球轴承座7上盲孔内。推力球轴承9的座圈安装于推力球轴承座7内，轴圈与主轴2的芯轴23的外圆配合，承载轴系的轴向预紧力。碟形弹簧10位于推力球轴承 9的下面，安装于主轴2的芯轴23上，轴向压紧推力球轴承9的轴圈。
锁紧螺母11位于碟形弹簧10的下面，与主轴2的芯轴23螺纹配合，轴向锁紧碟形弹簧10。
20.采用此方案设计出的精密转台，通过电感测微仪检测转台的径向跳动，结果如图2所示，径向跳动≤0.10μm。
21.本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
22.以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种高精度的密珠轴系，其特征在于，所述轴系包括：轴承套(1)、主轴(2)、端面保持架(3)、端面钢球(4)、径向保持架(5)、径向钢球(6)、推力球轴承座(7)、支撑钢球(8)、推力球轴承(9)、碟形弹簧(10)和锁紧螺母(11)；所述轴承套(1)为轴系的固定件和安装基础；所述主轴(2)位于轴承套(1)内，可相对轴承套(1)旋转，为轴系的旋转件；所述主轴(2)包括凸半球(21)、凹半球(22)、芯轴(23)、内六角螺钉(24)、环氧胶(25)；所述凸半球(21)为轴系的输出接口，用于连接外负载；所述凹半球(22)位于凸半球(21)下面，且两半球面相配合；所述芯轴(23)位于凸半球(21)下面，且位于轴承套(1)的内部，所述芯轴(23)通过内六角螺钉(24)与凸半球(21)连接；所述环氧胶(25)用于粘接凸半球(21)与凹半球(22)，且位于两半球面间的环形槽内；所述端面保持架(3)位于轴承套(1)与凹半球(22)之间，且放置于轴承套(1)的上端面，以限定所述端面钢球(4)的分布；所述端面钢球(4)位于端面保持架(3)内，并分布于轴承套(1)的上端面，在竖直方向上支撑起所述主轴(2)及外负载；所述径向保持架(5)位于轴承套(1)与芯轴(23)之间，以限定径向钢球(6)的分布；所述径向保持架(5)竖直方向通过支撑钢球(8)支撑；所述径向钢球(6)位于径向保持架(5)内，并分布于轴承套(1)内孔且位于芯轴(23)外圆之外，所述径向钢球(6)与所述轴承套(1)、芯轴(23)的配合限定了轴系的回转中心；所述推力球轴承座(7)安装于轴承套(1)下端；所述支撑钢球(8)均布放置于推力球轴承座(7)上盲孔内；所述推力球轴承(9)的座圈安装于推力球轴承座(7)内，轴圈与主轴(2)的芯轴(23)的外圆配合，承载轴系的轴向预紧力；所述碟形弹簧(10)位于推力球轴承(9)的下面，且安装于所述芯轴(23)上，轴向压紧推力球轴承(9)的轴圈；所述碟形弹簧(10)用于施加可调的轴向预紧力。2.根据权利要求1所述的一种高精度的密珠轴系，其特征在于：作用于主轴(2)上的外负载通过端面钢球(4)、轴承套(1)直接传递到轴系的安装面上，传力路径不经过主轴(2)的芯轴(23)，以减小外负载对轴系回转精度的影响。3.根据权利要求1所述的一种高精度的密珠轴系，其特征在于：所述主轴(2)的凹半球(22)与凸半球(21)的半球面相配合，在轴系装调完成后注入环氧胶(25)粘接固定，以减小主轴(2)的端面垂直度误差对轴系回转精度的影响。4.根据权利要求1所述的一种高精度的密珠轴系，其特征在于：所述锁紧螺母(11)位于碟形弹簧(10)的下面，与所述芯轴(23)螺纹配合，轴向锁紧碟形弹簧(10)。5.根据权利要求1所述的一种高精度的密珠轴系，其特征在于：所述端面钢球(4)以特定分布规律分布于轴承套(1)的上端面。6.根据权利要求1所述的一种高精度的密珠轴系，其特征在于：所述径向钢球(6)以特定分布规律分布于轴承套(1)内孔且位于芯轴(23)外圆之外。

技术总结
本发明公开了一种高精度的密珠轴系，属于精密机械设计技术领域，所要解决的技术问题是减小端面垂直度误差及外负载对轴系回转精度的影响，包括轴承套、主轴、端面保持架、端面钢球、径向保持架、径向钢球、推力球轴承座、支撑钢球、推力球轴承、碟形弹簧、锁紧螺母。轴承套为轴系的固定件，主轴为轴系的旋转件，端面钢球支撑轴系的轴向负载，径向钢球限定轴系的回转中心，推力球轴承座固定推力球轴承和支撑钢球，支撑钢球竖直支撑径向保持架，推力球轴承承载轴系的轴向预紧力，碟形弹簧用于施加轴向可调的预紧力，锁紧螺母用于轴向锁紧。本发明的轴系达到了调节主轴端面垂直度误差、轴向预紧力可调、外负载对轴系回转精度影响极小的效果。果。果。


技术研发人员：安祥波 余伦 高七一 陈智明 涂文英 陈飞飞
受保护的技术使用者：中国科学院光电技术研究所
技术研发日：2021.10.12
技术公布日：2022/1/21