一种可调心的滚珠球铰关节及其调心方法
【专利摘要】本发明公开了一种可调心的滚珠球铰关节及其调心方法。由于加工和装配误差，通常球铰关节处于偏心状态。本发明滚珠球铰关节的支撑球窝开设支撑滚珠导向孔；位移传感器安放在支撑球窝的传感器安装孔；约束球窝开设约束滚珠导向孔；支撑滚珠导向孔和约束滚珠导向孔内均安装双螺纹调心机构来调节滚珠钢球。本发明的调心方法：安装可调心的滚珠球铰关节；安装双螺纹调心机构时，主螺纹柱与副螺纹柱反向旋转，对约束滚珠钢球和支撑滚珠钢球快速定位；双螺纹调心机构进行对心调节时，主螺纹柱和副螺纹柱同向旋转。本发明的双螺纹结构在偏心误差较大时反向旋转，快速减小偏心误差，在偏心误差较小时同向旋转，对球头和球窝的对心情况进行微小调节。
【专利说明】
-种可调心的滾珠球絞关节及其调心方法
技术领域
[0001] 本发明属于滚珠球较关节领域，具体设及一种可调屯、的滚珠球较关节及其调屯、方 法。
【背景技术】
[0002] 球较关节是一种结构紧凑、运动灵活的=自由度机械关节，正逐步广泛应用于机 器人、并联机构、汽车、电机等多个领域。
[0003] 滚动球较关节采用球头与球窝之间分布滚珠钢球，将球头与球窝之间的滑动接触 转换成球头与滚珠钢球W及球窝与滚珠钢球之间的滚动接触，从而降低球头与球窝之间的 摩擦，但由于球头与滚珠钢球之间的滚动接触位置为一个接触点，接触应力集中，产生较大 赫兹变形。针对赫兹变形问题，德国INA和日本肥PHAIST精工株式会社研发了高精密滚珠球 较关节，通过布置大量的钢球，降低钢球与球头的赫兹应力，从而减小赫兹变形。
[0004] 球较关节存在偏屯、问题，即球头与球窝的中屯、发生偏移。由于加工和装配误差，通 常球较关节处于偏屯、状态，同时球较关节在长期运动状况下，球头与球窝的磨损造成球头 与球窝之间的间隙增大，运动精度降低，使球较关节无法满足高精度场合的运动精度要求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了减小偏屯、误差，提高球较关节的运动精度，提供一种可调屯、 的滚珠球较关节及其调屯、方法，基于双螺纹结构，实现球较关节的对屯、调节，W满足工程实 际需要，扩大滚珠球较关节的应用范围。
[0006] 本发明一种可调屯、的滚珠球较关节包括球头、约束球窝、双螺纹调屯、机构、圆柱 块、约束滚珠钢球、支撑球窝、支撑滚珠钢球和位移检测系统。所述的支撑球窝开设有沿圆 周均布的n个支撑滚珠导向孔，n>6,支撑滚珠导向孔内安装双螺纹调屯、机构、圆柱块和支 撑滚珠钢球;支撑滚珠导向孔内圆柱块的尾部平面端与双螺纹调屯、机构接触，头部弧面与 支撑滚珠钢球接触;n个位移传感器各自安放在支撑球窝对应的传感器安装孔内，位移传感 器将球头的位移检测值输入位移检测系统;所述的约束球窝开设有沿圆周均布的n个约束 滚珠导向孔，约束滚珠导向孔内安装双螺纹调屯、机构、圆柱块和约束滚珠钢球;约束滚珠导 向孔内圆柱块的尾部平面端与双螺纹调屯、机构接触，头部弧面与约束滚珠钢球接触。所述 的球头安置在支撑球窝内，与所有支撑滚珠钢球和约束滚珠钢球接触;球头的支撑杆穿过 约束球窝顶部的开孔，该开孔的孔径大于球头的支撑杆直径；约束球窝与支撑球窝的接触 面处通过固联螺栓组固定。
[0007] 所述的双螺纹调屯、机构由主螺纹柱和副螺纹柱组成;主螺纹柱的外螺纹与对应的 支撑滚珠导向孔或约束滚珠导向孔内螺纹连接;主螺纹柱的内螺纹与副螺纹柱的外螺纹连 接;主螺纹柱的外螺纹与副螺纹柱的外螺纹旋向相反。
[000引所述主螺纹柱的外螺纹为右旋，副螺纹柱的外螺纹为左旋。
[0009]主螺纹柱与副螺纹柱反向旋转，且主螺纹柱旋转辯，副螺纹柱旋转转时，支撑滚珠 钢球或约束滚珠钢球沿径向移动的距离为：
[0010]
[0011] 式中，Phl为主螺纹柱的导程，Ph2为副螺纹柱的导程，Phl>Ph2。
[0012] 主螺纹柱与副螺纹柱同向旋转，且主螺纹柱旋转巧，副螺纹柱旋转巧时，支撑滚珠 钢球或约束滚珠钢球沿径向移动的距离为：
[0013]
[0014] 本发明可调屯、的滚珠球较关节的调屯、方法，具体如下：
[0015] 步骤一、安装可调屯、的滚珠球较关节;在支撑球窝的支撑滚珠导向孔内安装支撑 滚珠钢球，在支撑球窝的传感器安装孔内安装位移传感器;位移传感器的输出端连接位移 检测系统;球头放置在支撑球窝内；在约束球窝的约束滚珠导向孔内安装约束滚珠钢球后， 将球头的支撑杆穿过约束球窝顶部的开孔;约束球窝与支撑球窝的接触面处通过固联螺栓 组固定;支撑滚珠导向孔和约束滚珠导向孔内均放入圆柱块后，再安装双螺纹调屯、机构。安 装双螺纹调屯、机构时，主螺纹柱与副螺纹柱反向旋转，从而对约束滚珠钢球和支撑滚珠钢 球进行快速定位，直至双螺纹调屯、机构旋入预定深度后结束。
[0016] 步骤二、各个双螺纹调屯、机构进行滚珠球较关节对屯、调节，实现对屯、精度要求。此 时，主螺纹柱和副螺纹柱同向旋转;根据某个位移传感器的安放位置，确定当滚珠球较关节 对屯、调节完成时该位移传感器对球头的位移理论值T;将所有位移传感器对球头的位移检 测值C与位移理论值T的差值绝对值均小于或等于即寸的状态作为滚珠球较关节对屯、调节完 成的判断标准，〇《K《0.01mm。当某个位移传感器的位移检测值C与位移理论值T的差值小 于或等于拙寸，表示该位移传感器对应径向方向上球头处于对屯、位置。某个位移传感器对球 头的位移检测值C与位移理论值T的差值绝对值大于K时，该位移传感器对应径向方向上的 两个双螺纹调屯、机构进行对屯、调节，调节过程如下;位移检测值C比位移理论值T偏高，则表 明此时球头偏向于该位移传感器位置，需要调节支撑球窝上对应的双螺纹调屯、机构沿支撑 滚珠导向孔轴线方向内移，并调节约束球窝上对应的双螺纹调屯、机构沿约束滚珠导向孔轴 线方向外移，使球头中屯、往约束球窝和支撑球窝的中屯、移动;位移检测值C比位移理论值T 偏低，则表明此时球头偏离该位移传感器位置，需要调节支撑球窝上对应的双螺纹调屯、机 构沿支撑滚珠导向孔轴线方向外移，并调节约束球窝上对应的双螺纹调屯、机构沿约束滚珠 导向孔轴线方向内移，使球头中屯、往约束球窝和支撑球窝的中屯、移动。
[0017] 本发明的有益效果是：
[0018] 1.本发明基于滚珠球较关节的结构原型，结构简单，加工技术成熟，制造方便。
[0019] 2.本发明使用的调屯、机构在滚珠球较关节偏屯、误差较大时，双螺纹结构采用反向 旋转，快速减小滚珠球较关节的偏屯、误差，减少调屯、的时间，快速便捷。
[0020] 3.本发明使用的调屯、结构在滚珠球较关节偏屯、误差较小时，双螺纹结构采用同向 旋转，对球头和球窝的对屯、情况进行微小的调节，进一步减小滚珠球较关节的偏屯、误差，提 高调屯、精度。
[002。 4.本发明在应用中，可根据偏屯、情况进行对屯、调节，若在长期使用情况下，局部零 件严重磨损，可单独对该零件进行替换，从而增长球较关节的使用寿命，减少零件更新成 本。
[0022] 5.本发明的调屯、精度主要取决于双螺纹调屯、机构中主螺纹柱和副螺纹柱的导程， 所W可W根据实际情况选择不同导程的螺纹来得到更高的调屯、精度。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明可调屯、的滚珠球较关节的结构剖视图；
[0024] 图2为本发明中支撑球窝的结构立体图；
[0025] 图3为本发明中约束球窝的结构立体图；
[0026] 图4为本发明中球头的结构立体图；
[0027] 图5为本发明中双螺纹调屯、机构的结构示意图；
[0028] 图6为本发明方法进行滚珠球较关节调屯、的流程图。
[0029] 图中：1-球头，2-约束球窝，3-双螺纹调屯、机构，4-圆柱块，5-约束滚珠钢球，6-联 接螺栓组，7-支撑球窝，8-位移检测系统，9-支撑滚珠钢球，10-传感器安装孔，11-支撑滚珠 导向孔，12-约束滚珠导向孔，13-主螺纹柱，14-副螺纹柱。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0031 ] 如图1、2、3和4所示，一种可调屯、的滚珠球较关节，包括球头1、约束球窝2、双螺纹 调屯、机构3、圆柱块4、约束滚珠钢球5、支撑球窝7、支撑滚珠钢球9和位移检测系统8。支撑球 窝7作为本实施例的基座;支撑球窝7开设有沿圆周均布的六个支撑滚珠导向孔11，支撑滚 珠导向孔11内安装双螺纹调屯、机构3、圆柱块4和支撑滚珠钢球9;支撑滚珠导向孔内圆柱块 4的尾部平面端与双螺纹调屯、机构3接触，头部弧面与支撑滚珠钢球9接触;六个位移传感器 各自安放在支撑球窝对应的传感器安装孔10内，位移传感器将球头的位移检测值输入位移 检测系统8;约束球窝2开设有沿圆周均布的六个约束滚珠导向孔12,约束滚珠导向孔12内 安装双螺纹调屯、机构3、圆柱块4和约束滚珠钢球5;约束滚珠导向孔内圆柱块4的尾部平面 端与双螺纹调屯、机构3接触，头部弧面与约束滚珠钢球5接触。球头1安置在支撑球窝内，与 所有支撑滚珠钢球9和约束滚珠钢球5接触;球头1的支撑杆穿过约束球窝2顶部的开孔，该 开孔的孔径大于球头1的支撑杆直径，开孔孔径大小影响球较关节工作的摆角范围；约束球 窝2与支撑球窝7的接触面处通过固联螺栓组6固定。
[0032] 如图5所示，双螺纹调屯、机构3由主螺纹柱13和副螺纹柱14组成，本实施例采用十 二个双螺纹调屯、机构3协同工作对球较关节进行对屯、调节;主螺纹柱13的外螺纹与对应的 支撑滚珠导向孔11或约束滚珠导向孔12内螺纹连接;主螺纹柱13的内螺纹与副螺纹柱14的 外螺纹连接;本实施例中主螺纹柱的外螺纹设为右旋，副螺纹柱的外螺纹设为左旋。
[0033] 在初始安装时，球头1与支撑滚珠钢球9或约束滚珠钢球5之间的间隙较大，滚珠钢 球需要快速定位，根据差动传动原理，采用反向旋转，可实现快速移动，即此时主螺纹柱13 顺时针旋转，副螺纹柱14逆时针旋转，当主螺纹柱13旋转約，副螺纹柱14旋转鸦财，支撑滚 珠钢球9或约束滚珠钢球5沿径向移动的距离为：
[0034]
[00对式中，扣1为主螺纹柱13的导程，扣劝副螺纹柱14的导程，Phi>Ph2。
[0036] 在进行对屯、调节时，球头I与支撑滚珠钢球9或约束滚珠钢球5之间的间隙较小，需 要微动调节，采用同向旋转，即此时主螺纹柱13和副螺纹柱14均顺时针旋转(或均逆时针旋 转）。当主螺纹柱13旋转@，副螺纹柱14旋转鸦时，支撑滚珠钢球9或约束滚珠钢球5沿径向 移动的距离为：
[0037]
[0038] 如阁6所不，该可调屯、的滚珠球较关节的调屯、方法，具体如下：
[0039] 步骤一、安装可调屯、的滚珠球较关节;在支撑球窝7的支撑滚珠导向孔11内安装支 撑滚珠钢球9,在支撑球窝7的传感器安装孔10内安装位移传感器;位移传感器的输出端连 接位移检测系统8;球头1放置在支撑球窝7内；在约束球窝2的约束滚珠导向孔12内安装约 束滚珠钢球5后，将球头1的支撑杆穿过约束球窝2顶部的开孔;约束球窝2与支撑球窝7的接 触面处通过固联螺栓组6固定；支撑滚珠导向孔11和约束滚珠导向孔12内均放入圆柱块4 后，再安装双螺纹调屯、机构3。安装双螺纹调屯、机构3时，主螺纹柱13与副螺纹柱14反向旋 转，从而对约束滚珠钢球5和支撑滚珠钢球9进行快速定位，直至双螺纹调屯、机构旋入预定 深度后结束。
[0040] 步骤二、各个双螺纹调屯、机构进行滚珠球较关节对屯、调节，实现对屯、精度要求。此 时，主螺纹柱13和副螺纹柱14同向旋转;根据某个位移传感器的安放位置，确定当滚珠球较 关节对屯、调节完成时该位移传感器8对球头的位移理论值T(应当检测出的位移传感器8与 球头之间的距离，该距离根据位移传感器的安放位置确定，为定值）；将所有位移传感器8对 球头的位移检测值C与位移理论值T的差值绝对值均小于或等于即寸的状态作为滚珠球较关 节对屯、调节完成的判断标准，运里K = O.005mm。当某个位移传感器8的位移检测值C与位移 理论值T的差值小于或等于即寸，表示该位移传感器8对应径向方向上球头1处于对屯、位置。 某个位移传感器8对球头的位移检测值C与位移理论值T的差值绝对值大于即寸，该位移传感 器8对应径向方向上的两个双螺纹调屯、机构进行对屯、调节，调节过程如下；位移检测值C比 位移理论值T偏高，则表明此时球头1偏向于该位移传感器8位置，需要调节支撑球窝上对应 的双螺纹调屯、机构沿支撑滚珠导向孔11轴线方向内移，并调节约束球窝2上对应的双螺纹 调屯、机构沿约束滚珠导向孔12轴线方向外移，使球头1中屯、往约束球窝2和支撑球窝7的中 屯、移动;位移检测值C比位移理论值T偏低，则表明此时球头1偏离该位移传感器8位置，需要 调节支撑球窝上对应的双螺纹调屯、机构沿支撑滚珠导向孔11轴线方向外移，并调节约束球 窝2上对应的双螺纹调屯、机构沿约束滚珠导向孔12轴线方向内移，使球头1中屯、往约束球窝 2和支撑球窝7的中屯、移动。
【主权项】
1. 一种可调心的滚珠球铰关节，包括球头、约束球窝、双螺纹调心机构、圆柱块、约束滚 珠钢球、支撑球窝、支撑滚珠钢球和位移检测系统，其特征在于:所述的支撑球窝开设有沿 圆周均布的η个支撑滚珠导向孔，η多6,支撑滚珠导向孔内安装双螺纹调心机构、圆柱块和 支撑滚珠钢球;支撑滚珠导向孔内圆柱块的尾部平面端与双螺纹调心机构接触，头部弧面 与支撑滚珠钢球接触;η个位移传感器各自安放在支撑球窝对应的传感器安装孔内，位移传 感器将球头的位移检测值输入位移检测系统;所述的约束球窝开设有沿圆周均布的η个约 束滚珠导向孔，约束滚珠导向孔内安装双螺纹调心机构、圆柱块和约束滚珠钢球;约束滚珠 导向孔内圆柱块的尾部平面端与双螺纹调心机构接触，头部弧面与约束滚珠钢球接触;所 述的球头安置在支撑球窝内，与所有支撑滚珠钢球和约束滚珠钢球接触;球头的支撑杆穿 过约束球窝顶部的开孔，该开孔的孔径大于球头的支撑杆直径；约束球窝与支撑球窝的接 触面处通过固联螺栓组固定； 所述的双螺纹调心机构由主螺纹柱和副螺纹柱组成;主螺纹柱的外螺纹与对应的支撑 滚珠导向孔或约束滚珠导向孔内螺纹连接;主螺纹柱的内螺纹与副螺纹柱的外螺纹连接； 主螺纹柱的外螺纹与副螺纹柱的外螺纹旋向相反。2. 根据权利要求1所述的一种可调心的滚珠球铰关节，其特征在于:所述主螺纹柱的外 螺纹为右旋，副螺纹柱的外螺纹为左旋。3. 根据权利要求1所述的一种可调心的滚珠球铰关节，其特征在于:主螺纹柱与副螺纹 柱反向旋转，且主螺纹柱旋转的，副螺纹柱旋转馬时，支撑滚珠钢球或约束滚珠钢球沿径向 移动的距离为：式中，Phl为主螺纹柱的导程，Ph2为副螺纹柱的导程，Phl > Ph2 ; 主螺纹柱与副螺纹柱同向旋转，且主螺纹柱旋转，，副螺纹柱旋转钩时，支撑滚珠钢球 或约束滚珠钢球沿径向移动的距离为：4. 如权利要求1所述一种可调心的滚珠球铰关节的调心方法，其特征在于:该调心方法 具体如下： 步骤一、安装可调心的滚珠球铰关节;在支撑球窝的支撑滚珠导向孔内安装支撑滚珠 钢球，在支撑球窝的传感器安装孔内安装位移传感器;位移传感器的输出端连接位移检测 系统;球头放置在支撑球窝内；在约束球窝的约束滚珠导向孔内安装约束滚珠钢球后，将球 头的支撑杆穿过约束球窝顶部的开孔;约束球窝与支撑球窝的接触面处通过固联螺栓组固 定;支撑滚珠导向孔和约束滚珠导向孔内均放入圆柱块后，再安装双螺纹调心机构;安装双 螺纹调心机构时，主螺纹柱与副螺纹柱反向旋转，从而对约束滚珠钢球和支撑滚珠钢球进 行快速定位，直至双螺纹调心机构旋入预定深度后结束； 步骤二、各个双螺纹调心机构进行滚珠球铰关节对心调节，实现对心精度要求;此时， 主螺纹柱和副螺纹柱同向旋转;根据某个位移传感器的安放位置，确定当滚珠球铰关节对 心调节完成时该位移传感器对球头的位移理论值T;将所有位移传感器对球头的位移检测 值C与位移理论值T的差值绝对值均小于或等于K时的状态作为滚珠球铰关节对心调节完成 的判断标准，〇<K<0.Olmm;当某个位移传感器的位移检测值C与位移理论值T的差值小于 或等于K时，表示该位移传感器对应径向方向上球头处于对心位置;某个位移传感器对球头 的位移检测值C与位移理论值T的差值绝对值大于K时，该位移传感器对应径向方向上的两 个双螺纹调心机构进行对心调节，调节过程如下;位移检测值C比位移理论值T偏高，则表明 此时球头偏向于该位移传感器位置，需要调节支撑球窝上对应的双螺纹调心机构沿支撑滚 珠导向孔轴线方向内移，并调节约束球窝上对应的双螺纹调心机构沿约束滚珠导向孔轴线 方向外移，使球头中心往约束球窝和支撑球窝的中心移动;位移检测值C比位移理论值T偏 低，则表明此时球头偏离该位移传感器位置，需要调节支撑球窝上对应的双螺纹调心机构 沿支撑滚珠导向孔轴线方向外移，并调节约束球窝上对应的双螺纹调心机构沿约束滚珠导 向孔轴线方向内移，使球头中心往约束球窝和支撑球窝的中心移动。
【文档编号】F16C11/06GK106015311SQ201610550336
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】王文, 唐超锋, 朱晔文, 时光, 卢科青, 赵鼎成, 裘荣波
【申请人】杭州电子科技大学