專利名稱：滾珠絲杠裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種滾珠循環(huán)型滾珠絲杠裝置。
背景技術(shù)：
滾珠絲杠裝置總的來說包括在其外周表面中具有螺紋槽的螺旋軸、在其內(nèi)周表面中具有螺紋槽并且從外部安裝到螺旋軸上的螺母和插入螺旋軸和螺母的各個螺紋槽之間的多個滾珠。滾珠隨著螺旋軸或螺母的旋轉(zhuǎn)運動在各個螺紋槽之間循環(huán)，因此，引起螺母和螺旋軸之間的相對伸縮運動。由于滾珠的循環(huán)，需要防止?jié)L珠從各個螺紋槽之間滑出的措施。作為能夠防止?jié)L珠滑出的滾珠循環(huán)機構(gòu)，可利用一種滾珠絲杠裝置，所述滾珠絲杠裝置具有用于循環(huán)滾珠的外部安裝部分，也就是所謂的偏轉(zhuǎn)器。以下將描述偏轉(zhuǎn)器。
偏轉(zhuǎn)器總的來說用于連接螺紋槽的上游側(cè)和其下游側(cè)，其中滾珠從上游側(cè)滾出，并滾動到下游側(cè)，從而在螺紋槽下游側(cè)的滾珠經(jīng)過螺脊返回到上游側(cè)。被裝配到在螺母中形成的徑向通孔中的偏轉(zhuǎn)器通過粘接劑被固定到所述通孔中。所述偏轉(zhuǎn)器在其內(nèi)徑表面中具有滾珠循環(huán)槽，用于在螺紋槽的大致一圈中將滾珠從下游側(cè)經(jīng)過螺脊返回到上游側(cè)。
這樣的滾珠絲杠裝置需要外部安裝部分，即偏轉(zhuǎn)器，這產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)器、加工通孔以將偏轉(zhuǎn)器安裝在螺母中以及將偏轉(zhuǎn)器安裝在螺母中的附加成本。另外，當偏轉(zhuǎn)器很不精確地安裝在螺母的通孔中時，滾珠循環(huán)槽和螺紋槽不能被精確地定位，導(dǎo)致滾珠的循環(huán)性能變差。因此，安裝偏轉(zhuǎn)器需要精度，而這是耗費成本的。由于這些原因，希望開發(fā)一種滾珠絲杠裝置，其能夠平穩(wěn)地循環(huán)滾珠，而不使用偏轉(zhuǎn)器。
因此，本發(fā)明的一個主要目的是提供一種滾珠絲杠裝置，其能夠循環(huán)滾珠而不使用偏轉(zhuǎn)器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的滾珠絲杠裝置包括螺旋軸，在螺旋軸的外周表面中設(shè)置有至少一個大體上為一圈的螺紋槽；螺母，其從外部安裝在螺旋軸上，在螺母的內(nèi)周表面中設(shè)置有螺紋槽，其導(dǎo)程角與螺紋槽的角度大體上相同；以及插入各個螺紋槽之間的多個滾珠。在螺旋軸中設(shè)置有滾珠循環(huán)槽，所述滾珠循環(huán)槽用于連接螺紋槽的下游側(cè)和上游側(cè)，以便下游側(cè)上的滾珠返回到上游側(cè)，從而在螺旋軸的螺紋槽中循環(huán)。滾珠循環(huán)槽沿滾珠滾動方向具有中間區(qū)域，所述中間區(qū)域具有被彎曲的形狀，以便徑向向內(nèi)下陷，兩端側(cè)區(qū)域具有預(yù)定的形狀并設(shè)置在中間區(qū)域的各側(cè)上。而且，滾珠循環(huán)槽以下述方式構(gòu)造相對于滾珠的循環(huán)，在端側(cè)區(qū)域中滾動的滾珠的瞬心軌跡和在螺旋軸的螺紋槽中滾動的滾珠的瞬心軌跡滿足預(yù)定的條件。
根據(jù)本發(fā)明，滾珠循環(huán)槽代替偏轉(zhuǎn)器被設(shè)置在螺旋軸上。滾珠循環(huán)槽循環(huán)滾珠，可以省去諸如轉(zhuǎn)偏器等的外部安裝部分，從而不再需要諸如形成通孔以將偏轉(zhuǎn)器安裝到螺母中和安裝偏轉(zhuǎn)器的加工步驟。沿滾珠滾動方向的滾珠循環(huán)槽的中間區(qū)域被形成為這樣的形狀，以便徑向向內(nèi)下陷，因此，被置于螺旋軸和螺母的各個螺紋槽之間的滾珠經(jīng)滾珠循環(huán)槽平滑地循環(huán)。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，所述預(yù)定條件為在滾珠循環(huán)槽的兩端側(cè)區(qū)域中滾動的滾珠的瞬心軌跡形成小弧，在螺旋軸的螺紋槽中滾動的滾珠的瞬心軌跡形成大弧，相對于大弧在小弧的交點處得到的切線與相對于小弧在該交點處得到的切線相交形成的角被設(shè)定為大于0度且至多為30度。在這種條件下，滾珠以最佳平滑度在滾珠循環(huán)槽和螺旋軸的螺紋槽之間滾入和滾出，從而被循環(huán)。
在本發(fā)明的另一個更優(yōu)選的實施例中，滾珠循環(huán)槽的兩端側(cè)區(qū)域具有徑向外突出的形狀。
在本發(fā)明的另一個更優(yōu)選的實施例中，在螺旋軸中獨立地設(shè)置兩個螺紋槽，每個螺紋槽大致為一圈，以及在螺旋軸的螺紋槽中分別設(shè)置對應(yīng)于螺旋軸的各個螺紋槽的兩個滾珠循環(huán)槽，以便分別連接螺紋槽的下游側(cè)和上游側(cè)。各個滾珠循環(huán)槽以大體相同的相位軸向設(shè)置。
在本發(fā)明的一個更優(yōu)選的實施例中，用于可轉(zhuǎn)動地保持滾珠的擋圈被安裝在螺旋軸的外周上以便相對于螺旋軸并沿軸向的固定位置相對轉(zhuǎn)動。
在本發(fā)明的一個更優(yōu)選的實施例中，螺旋軸的螺紋槽、螺母的螺紋槽和滾珠循環(huán)槽的剖面為哥特式弧形。
在本發(fā)明的一個更優(yōu)選的實施例中，螺母的螺紋槽的側(cè)邊形成有斜面，用來避免與滾入和滾出滾珠循環(huán)槽的滾珠相接觸。


圖1是根據(jù)執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式的分解的滾珠絲杠裝置的透視圖；圖2是圖1所示的滾珠絲杠的前視圖；圖3A示出了沿圖2的III-III線的螺母和螺旋軸的側(cè)剖視圖，所述螺母和螺旋軸已朝向彼此相對接近；圖3B示出了沿圖2的III-III線的螺母和螺旋軸的側(cè)剖視圖，所述螺母和螺旋軸朝向彼此相對地伸出；圖4是沿圖2的線IV-IV的剖視圖；圖5是沿圖2的線V-V的剖視圖；圖6是沿圖5的線VI-VI的剖視圖；圖7是沿圖5的線VII-VII的剖視圖；圖8簡要地示出了滾珠循環(huán)通路的側(cè)視圖；圖9是圖8所示的滾珠循環(huán)通路的前視圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的滾珠絲杠裝置的剖視圖；圖11是圖10所示的螺旋軸的滾珠循環(huán)槽的展開平面圖；圖12是圖11所示的滾珠循環(huán)槽的側(cè)視圖；圖13是圖7所示的對應(yīng)X部分的放大圖；圖14是圖4所示的對應(yīng)XI部分的放大圖；圖15示出了螺旋軸的螺紋槽中所設(shè)置的滾珠的運動的剖視圖；圖16示出了在滾珠循環(huán)槽中所設(shè)置的滾珠的運動的剖視圖；圖17涉及根據(jù)本發(fā)明另一實施例的滾珠絲杠裝置的主要部分，并且是圖7所示的對應(yīng)X部分的放大圖；圖18是根據(jù)圖17所示的本發(fā)明的實施例的圖4所示的對應(yīng)XI部分的放大圖；圖19是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的滾珠絲杠裝置的剖視圖；圖20是圖19所示的分解的裝置的透視圖；圖21是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的滾珠絲杠裝置的剖視圖；圖22是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的滾珠絲杠裝置的剖視圖；圖23是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的滾珠絲杠裝置的透視圖；具體實施方式
參照圖1至圖12，以下詳細描述根據(jù)執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式的滾珠絲杠裝置。滾珠絲杠裝置1包括螺母2、螺旋軸3、多個滾珠4和擋圈5。在螺母2的內(nèi)表面中形成從一個軸端到另一個軸端連續(xù)的單螺紋槽21。在螺旋軸3的外表面上形成兩個獨立的螺紋槽31a和31b，它們每個具有大致一圈。
螺母2的螺紋槽21和螺旋軸3的螺紋槽31a和31b被設(shè)定相同的導(dǎo)程角。在螺母2和螺旋軸3中，如圖3B所示，當它們彼此分開最大的距離時，可以保證它們的重疊區(qū)域。螺紋槽31a和31b被設(shè)置在重疊區(qū)域中，其中，每個滾珠4獨立地轉(zhuǎn)動以便循環(huán)。
更具體地說，在螺旋軸3的螺紋槽31a和31b之間有軸向脊面，即螺脊32。與螺紋槽31a和31b相對應(yīng)的兩個滾珠循環(huán)槽33和34被設(shè)置在螺脊32處。這兩個滾珠循環(huán)槽33和34分別連接相應(yīng)的螺紋槽31a和31b的上游側(cè)和下游側(cè)，其中滾珠從上游側(cè)滾動到下游側(cè)，以便形成用于返回已經(jīng)從下游側(cè)滾動到上游側(cè)的滾珠4的閉環(huán)，從而循環(huán)滾珠。滾珠循環(huán)槽33和34使螺紋槽31a和31b的下游側(cè)上的滾珠4下陷到內(nèi)徑側(cè)，從而滾珠經(jīng)過螺母2的螺脊32運行并返回到上游側(cè)。在螺紋槽31a和31b的描述中所使用的術(shù)語“大體上為一圈”的意思是它們的長度小于一圈，但接近一圈，并且所述長度應(yīng)當是這樣的以便設(shè)置位于螺紋槽31a和31b下游側(cè)和上游側(cè)之間的滾珠循環(huán)槽33和34。
擋圈5由薄圓柱形部件形成并且在其圓周的許多位置處設(shè)置有滾珠穴51，以便沿圓周以等間隔隔開多個滾珠4，從而使它們互不干涉。滾珠穴51為軸向延伸的橢圓形狀，在每一滾珠穴51中軸向容納兩個滾珠4。滾珠穴51的開口尺寸在徑向大于滾珠4的直徑，使?jié)L珠4沿徑向通過滾珠穴51并具有空間余量。
螺母2一體地連接到托架8上。螺旋軸3被不可旋轉(zhuǎn)地并且軸向不可移動地安裝到諸如殼體(未示出)或其它類似的固定部件上，同時螺母2相對于螺旋軸3被可轉(zhuǎn)動地和軸向可移動地設(shè)置。
托架8由金屬材料制成并包括軸向延伸的內(nèi)圓柱部分81、外圓柱部分82及環(huán)形平板部分83，所述外圓柱部分82與內(nèi)圓柱部分81同心并在內(nèi)圓柱部分81的徑向外側(cè)，所述環(huán)形平板部分83在軸端側(cè)上將內(nèi)圓柱部分81和外圓柱部分82連接在一起。內(nèi)圓柱部分81被以非接觸狀態(tài)設(shè)置在螺旋軸3的中心孔中，并相對支撐軸(未示出)經(jīng)由滾動軸承(未示出)被支撐。外圓柱部分82一體地連接在螺母2的軸端側(cè)區(qū)域的外周上。鋸齒狀突起84設(shè)置在外圓柱部分82的基側(cè)上的內(nèi)圓周表面上。鋸齒狀突起23沿插入方向被設(shè)置在螺母2背側(cè)上的外圓周表面中。托架8和螺母2由于鋸齒狀突起84和23互相接合而沿圓周方向結(jié)合為一個部件。齒輪9由樹脂制成，并且一體地形成在外圓柱部分82的外周表面中。
螺紋槽3在其自由端上具有減徑部分35。擋圈5在其一端上具有徑向向內(nèi)的凸緣52。擋圈5的凸緣52與螺旋軸3的減徑部分35接合。卡環(huán)10與設(shè)置在螺旋軸3的減徑部分35上的周向槽嚙合。卡環(huán)10被安裝在遠離臺階壁表面36的位置處，所述臺階壁表面36形成在螺旋軸3的減徑部分35的邊沿上形成螺紋槽21的部分處。擋圈5的凸緣52以小軸隙設(shè)置在卡環(huán)10和臺階壁表面36之間。因此，擋圈5相對于螺旋軸3沿軸向大致不可動，但可相對轉(zhuǎn)動。
參考圖8，下面將更詳細地描述滾珠循環(huán)槽33和34。由于螺旋軸3的螺紋槽31a和31b與滾珠循環(huán)槽33和34具有相同的形狀，下面將描述螺紋槽31a和與其對應(yīng)的滾珠循環(huán)槽33。如圖8中的實線所示，滾珠4沿箭頭a方向滾入螺紋槽31a-up(上游側(cè)上的螺紋槽)中，同時沿箭頭b方向滾入螺紋槽a′中。而且，如實線所示，滾珠4沿箭頭c方向滾入圖8中前側(cè)上的螺紋槽31a-dn(下游側(cè)上的螺紋槽)中。滾珠4通過滾珠循環(huán)槽33從下游側(cè)上的螺紋槽31a-dn返回到上游側(cè)的螺紋槽31a-up。因此，螺紋槽31a形成閉環(huán)，所述閉環(huán)通過滾珠循環(huán)槽33將上游側(cè)上的螺紋槽31a-up和下游側(cè)上的螺紋槽31a-dh連接在一起。當滾珠4在螺紋槽31a中滾動時，滾珠4在螺紋槽31a和螺母2的螺紋21之間滾動，因此不必沉到內(nèi)徑側(cè)。然而，如圖3A所示，當滾珠4滾入滾珠循環(huán)槽33中時，螺母2側(cè)構(gòu)成螺脊32。如圖3A所示，由于滾珠循環(huán)槽33形成較大的深度，滾珠4能夠下陷到滾珠循環(huán)槽33中的內(nèi)徑側(cè)，并因此經(jīng)螺母2側(cè)螺脊32運行并滾入到螺紋槽31a-up(上游側(cè)上的螺紋槽)中。對于螺紋槽31b，通過滾珠循環(huán)槽34將上游側(cè)的螺紋槽31a-up和下游側(cè)的螺紋槽31a-dn連接在一起，所述滾珠循環(huán)槽34具有足夠的深度以將滾珠4下陷到內(nèi)徑側(cè)。
以下描述滾珠絲杠裝置1的組裝步驟。首先，擋圈5被安裝在螺旋軸3上。下一步，擋圈5的滾珠穴51被涂以潤滑脂直到填滿，接著將需要數(shù)量的滾珠4放置在滾珠穴51中。優(yōu)選的是，這里使用的潤滑脂具有足夠的粘性以防止?jié)L珠4因其自重而掉落，并且用于將滾珠4保持在滾珠穴51內(nèi)部。當前述的步驟完成后，擋圈5被設(shè)置為相對于螺旋軸3不轉(zhuǎn)動并接著被結(jié)合到螺母2中。
以下描述上述的滾珠絲杠裝置1的操作。首先，齒輪9隨電機的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，并且與齒輪9一體的螺母2同步轉(zhuǎn)動。被轉(zhuǎn)動的螺母2由螺旋軸3引導(dǎo)以便沿一個軸向方向線性地移動。從而，例如，滾珠絲杠裝置1的狀態(tài)從圖3A所示的狀態(tài)變換為圖3B所示的狀態(tài)。當電機以相反方向被驅(qū)動時，螺母2響應(yīng)于電機的反向轉(zhuǎn)動也以相反方向轉(zhuǎn)動，并沿相反的軸向方向移動，從而，例如，滾珠絲杠裝置1的狀態(tài)由圖3B所示的狀態(tài)變換為圖3A所示的狀態(tài)。
因此，當螺母2沿軸向往復(fù)運動時，螺母2和螺旋軸3的軸向重疊區(qū)域發(fā)生變化。當滾珠4被設(shè)置不會脫出時，滾珠4由擋圈5引導(dǎo)并在螺紋槽31a和31b中循環(huán)。滾珠的循環(huán)起到相對于螺旋軸3平滑地引導(dǎo)螺母2的作用。
在上面的描述中，擋圈5被設(shè)置為通過螺旋軸3的高度精確地制造的外周表面而轉(zhuǎn)動，所述螺旋軸3的高度精確地制造的外周表面用于控制擋圈5本身在螺母2的軸向往復(fù)運動中的轉(zhuǎn)動晃動，并且還避免擋圈5與滾珠4的干涉。例如，通過減小滾珠4因其滑出而以不穩(wěn)定速率運動或類似情況的可能性，大大提高了滾珠4的運轉(zhuǎn)性能和螺母2的平滑操作。因此，滾珠絲杠裝置1能夠不使用偏轉(zhuǎn)器而循環(huán)滾珠。
如圖8所示，滾珠循環(huán)槽33和34被設(shè)置為大體相同的相位并軸向互相鄰接，因此螺旋軸3的螺紋槽31a和31b沿軸向緊密地排列。結(jié)果，減小了滾珠循環(huán)槽33和34軸向占用的面積。在這種情況下，被設(shè)置在滾珠循環(huán)槽33和34中的滾珠4既不會受到徑向負載也不會受到軸向負載，因此沿軸向和周向鄰近地提供兩個滾珠循環(huán)槽33和34將在螺紋槽31a和31b的外周上以預(yù)定的角度產(chǎn)生無負載軸承面積。在這一方面，如圖9所示，在縮短螺旋軸3和螺母2的軸向尺寸并將其外徑設(shè)置為較大時，滾珠循環(huán)槽33和34處于螺紋槽31a和31b的圓周上的區(qū)域的角度θ可以較小。因此，需要較小數(shù)量的滾珠4設(shè)置在滾珠循環(huán)槽33和34中。因此，承載性能的減小被控制以消除實際應(yīng)用中可能的麻煩。
除了上述優(yōu)點外，不必像傳統(tǒng)產(chǎn)品那樣將返回管或偏轉(zhuǎn)器安裝到螺母2上。也不必像滾珠與公知端蓋一起循環(huán)的結(jié)構(gòu)那樣在螺母2中形成軸向貫穿的滾珠循環(huán)通路。另一優(yōu)點是螺母2可制得較薄并且可減小整個滾珠絲杠裝置1的外徑。
在螺旋軸3中，螺紋槽31a和31b僅設(shè)置在沿其軸向中間部分的預(yù)定長度中，而其兩個軸端側(cè)沒有螺紋槽。因此，提高了設(shè)計的自由度，如能夠在螺旋軸3的兩個軸端側(cè)上設(shè)計出不同的內(nèi)和外徑部分的形狀。作為例子，未示出，螺紋槽不設(shè)置在螺旋軸3的兩個軸端側(cè)上，其中螺旋軸3的至少一個軸端側(cè)可以較薄并減小了重量，但具有足夠的強度。作為另一個例子，也未示出，可減小螺旋軸3的至少一個軸端側(cè)上的外徑，可由殼體或類似部件來支撐減徑部分。而且，替代卡環(huán)10，可加大螺旋軸3的至少一個軸端側(cè)上的外徑。作為選擇，可結(jié)合使用卡環(huán)10和螺旋軸3的大直徑部分。
在滾珠絲杠裝置1的情形中，有第一種使用模式，其中，螺母2和螺旋軸3之一被轉(zhuǎn)動以沿軸向移動另一個；第二種使用模式，其中螺母2和螺旋軸3之一沿軸向移動以轉(zhuǎn)動另一個。第一種使用模式被稱作前向效率，用于將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成推力。第二種使有模式被稱作反向效率，用于將推力轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩。
在第一種使用模式中，作為第一個例子，轉(zhuǎn)動著的螺母2軸向移動。在這種情況下，螺旋軸3被設(shè)置為不可轉(zhuǎn)動并且不可軸向移動以便使螺母2轉(zhuǎn)動。作為第二個例子，不轉(zhuǎn)動的螺母2軸向移動。在這種情況下，螺旋軸3被設(shè)置為沿軸向不可以移動，而螺母2被設(shè)置為不可轉(zhuǎn)動以便使螺旋軸3轉(zhuǎn)動。作為第三個例子，轉(zhuǎn)動著的螺旋軸3軸向移動。在這種情況下，螺母2被設(shè)置為不可以轉(zhuǎn)動并且不可軸向移動，以便使螺旋軸3轉(zhuǎn)動。作為第四個例子，以不轉(zhuǎn)動方式軸向移動螺旋軸3。在這種情況下，螺旋軸3被設(shè)置為不可以轉(zhuǎn)動，而螺母2被設(shè)置為軸向不可移動，以便轉(zhuǎn)動螺母2。
在第二種使用模式中，作為第一個例子，螺母2沿軸向不可移動地進行轉(zhuǎn)動。在這種情況下，螺母2被設(shè)置為軸向不可以移動，而螺旋軸3被設(shè)置為不可以轉(zhuǎn)動以便使螺旋軸3軸向移動。作為第二個例子，軸向移動的螺母2轉(zhuǎn)動。在這種情況下，螺旋軸3被設(shè)置為軸向不可以移動和不可轉(zhuǎn)動以便使螺母2軸向移動。作為第三個例子，螺旋軸3以軸向不可移動的方式轉(zhuǎn)動。在這種情況下，螺旋軸3被設(shè)置為軸向不可以移動，而螺母2被設(shè)置為不可以轉(zhuǎn)動以便使螺母2軸向移動。作為第四個例子，軸向移動的螺旋軸3轉(zhuǎn)動。在這種情況下，螺母2被設(shè)置為軸向不可移動和不可轉(zhuǎn)動以便使螺旋軸3軸向移動。
參照圖10至12，下面將進行更詳細地描述。由于擋圈5被螺旋軸3轉(zhuǎn)動，如圖10所示，在螺旋軸3和擋圈5之間的內(nèi)徑間隙X1的值被設(shè)置為小于螺母2和擋圈5之間的外徑間隙X2。例如，內(nèi)徑間隙X1被設(shè)置為0.1-0.4mm。螺旋軸3的外周表面通常被加工成圓度為0.1和表面粗糙度為1.6Ra，所述螺旋軸3引導(dǎo)擋圈5。在日本工業(yè)標準(JIS)中規(guī)定，圓度為最大外徑和最小外徑之差與指定外徑的比率，及Ra為算術(shù)平均粗糙度。
螺旋軸3的螺紋槽31a和31b與滾珠循環(huán)槽33和34具有相同的形狀。因此，下面描述螺紋槽31a和與螺紋槽31a相對應(yīng)的滾珠循環(huán)槽33。
在本實施例中，為了使?jié)L珠4在螺紋槽31a和滾珠循環(huán)槽33之間平滑地滾入和滾出，按下述方式形成連接螺旋軸3的螺紋槽31a和滾珠循環(huán)槽33的部分和滾珠循環(huán)槽33的形狀。
針對滾珠4在螺紋槽31a和滾珠循環(huán)槽33之間平滑地滾入和滾出，希望滾珠循環(huán)槽33的周向長度(即圖9所示的占據(jù)角θ)相對較大。然而，考慮到設(shè)置在滾珠循環(huán)槽33中的滾珠4既不受到推力負載也不受到徑向負載，優(yōu)選的是，滾珠循環(huán)槽33的周向長度(即圖9所示的占據(jù)角θ)相對較小。這就要求根據(jù)上述方面設(shè)計滾珠循環(huán)槽33。
更具體而言，當滾珠在滾珠循環(huán)槽33和34中滾動時，以下通過由滾珠4所畫出的瞬心軌跡C來描述滾珠循環(huán)槽33和34的形狀。
首先，圖11所示的角度α被設(shè)置在45-60度范圍內(nèi)。角度α是指由滾珠4所畫出的瞬心軌跡C的傾斜角，所述滾珠4相對螺旋軸3的轉(zhuǎn)動軸O沿滾珠循環(huán)槽33和34中的滾珠的滾動方向穿過中間區(qū)域。
傾斜角α被設(shè)置得越大，滾珠循環(huán)槽33和34的周向長度增加得越多，隨之圖9所示的占據(jù)角θ變得更大。這將減小影響滾珠4的滾動阻力，從而提高了滾珠4運動的平滑度，而減小了推力負載或徑向負載的負載能力。
傾斜角α被設(shè)置得越小，滾珠循環(huán)槽33和34的占據(jù)角θ變得越小。這將增加負載能力，而影響滾珠4的滾動阻力變大，從而減小了滾珠4運動的平滑度。
與前述情況相比，當傾斜角α被設(shè)置為較大時，提高了滾珠4的運動平滑度，與之相反，滾珠循環(huán)槽33和34的占據(jù)角θ變大而導(dǎo)致負載能力減小。因此，傾斜角α被設(shè)置在前述范圍(45-60度)內(nèi)并設(shè)法使其盡可能地小，以便滾珠循環(huán)槽33和34的占據(jù)角θ盡可能地小，以便增加負載能力。
下一步，螺旋軸3的螺紋槽31a和31b和滾珠循環(huán)槽33和34盡可能地平滑連接。更具體而言，如圖11所示，經(jīng)過將螺旋軸3的螺紋槽31a和31b與滾珠循環(huán)槽33和34連接在一起的部分的滾珠4的瞬心軌跡C被設(shè)置為曲線，所述曲線的曲率半徑R至少是滾珠4的直徑r的1.8倍。
當滾珠4滾入和滾出滾珠循環(huán)槽33和34時，在改變它們的方向時將減小影響滾珠4的滾動阻力。接著，滾珠4可具有平滑的軸向盤繞和滾動運動，有效地減小滾珠循環(huán)槽33和34與滾珠4的摩擦。
如圖12所示，滾珠循環(huán)槽33和34形成這樣的彎曲形狀以便在滾珠4的滾動方向的中間區(qū)域33a和34a中徑向向內(nèi)下陷，并且滾珠循環(huán)槽33和34還可在兩端側(cè)區(qū)域33b和34b中形成徑向向外彎曲或突出的形狀，作為預(yù)定的形狀。在這種情況下，兩端側(cè)區(qū)域33b和34b不一定具有徑向向外彎曲的形狀，而是可具有能循環(huán)滾珠4的其它預(yù)定的形狀，諸如平直的直線形狀或其它某種形狀。
參照圖12來描述連接部分33c和34c，所述連接部分33c和34c在滾珠循環(huán)槽33和34的兩端側(cè)區(qū)域處被分別連接到螺旋軸3的螺紋槽31a和31b的下游側(cè)和上游側(cè)。為便于描述，參照圖12，以剖面形式示出了滾珠循環(huán)槽33和34的半圓形底部，還示出了滾珠4與滾珠循環(huán)槽33和34的底部的滾動接觸。當滾珠循環(huán)槽33和34具有哥特式弧形形狀的剖面時，滾珠4與滾珠循環(huán)槽33和34的側(cè)壁滾動接觸，然而在圖12中沒有示出。
在本實施例中，連接部分33c和34c及其附近形成為具有預(yù)定的形狀，以便在滾珠循環(huán)槽33和34的兩端側(cè)區(qū)域33b和34b中滾動的滾珠4的瞬心軌跡和在螺旋軸3的螺紋槽31a和31b的各個下游側(cè)和上游側(cè)滾動的滾珠4的瞬心軌跡相對于滾珠4的循環(huán)滿足預(yù)定的條件。
所述預(yù)定條件是不管滾珠循環(huán)槽33和34的剖面是半圓形或哥特式弧形，滾珠4的瞬心軌跡滿足下述交角β。交角β是第一切線Y和第二切線Z彼此相交的角。相對大弧R1在交點K處得到第一切線Y，及相對小弧R2在交點K處得到第二切線Z，所述交點K為大弧R1和小弧R2的交點，所述小弧R2由滾珠4在滾珠循環(huán)槽33和34的兩端側(cè)區(qū)域33b和34b中滾動的瞬心軌跡C形成，所述大弧R1由滾珠4在螺紋槽31a和31b中滾動的瞬心軌跡C形成。在本實施例中，將交角β的度數(shù)設(shè)定為大于0(零)度且最多為30度，或優(yōu)選最多為20度。當小弧R2的曲率中心P2被設(shè)置在直線G上時，交角β為0度，所述直線G連接大弧R1的曲率中心P1和交點K。連接部分33c和34c形成為滿足交角β的形狀。
這樣，當連接滾珠循環(huán)槽33和34與螺旋軸3的螺紋槽31a和31b的連接部分33c和34c被設(shè)置為具有滿足交角β的形狀時，當滾珠4在螺旋軸3的螺紋槽31a和31b與滾珠循環(huán)槽33和34之間滾入和滾出時，可減小滾珠4的徑向位移以使?jié)L珠4平滑地滾入和滾出。
為了比較，當交角β被設(shè)置為大于30度時，在滾珠循環(huán)槽33和34中的連接部分33c和34c變得陡峭起來，因此，當滾珠4滾入滾珠循環(huán)槽33和34中時，滾珠4不利地經(jīng)歷較大的徑向位移。而且，當滾珠循環(huán)槽33和34與螺旋軸3的螺紋槽31a和31b已被形成后，螺旋軸3變硬以待通過拋光或研磨而進行最后的加工，前述的情況在隨后的拋光步驟中特別地不利。在拋光步驟中，拋光工具被設(shè)置為與螺旋軸3的螺紋槽31a和31b相接觸，接著，轉(zhuǎn)動螺旋軸3。當拋光工具與螺旋軸3的螺紋槽31a和31b相接觸時，拋光工具不接觸滾珠循環(huán)槽33和34，這時，滾珠循環(huán)槽33和34不能被拋光。在這種條件下，當連接部分33c和34c形成這樣的形狀以使交角β擴大到大于30度時，連接部分33c和34c產(chǎn)生尖銳的尖端部分。當連接部分33c和34c所形成的形狀使交角β減小到最多30度時，連接部分33c和34c產(chǎn)生圓形尖端部分?？傊?，在拋光步驟中，交角β還可起到在連接部分33c和34c中不產(chǎn)生利刃的必要條件，所述連接部分33c和34c將滾珠循環(huán)槽33和34與螺旋軸3的螺紋槽31a和31b連接在一起。
如上所述，滾珠循環(huán)槽33和34的占據(jù)角θ，即不能承受負載的區(qū)域，被設(shè)置為盡可能地小，與之相應(yīng)，負載能力被設(shè)置為盡可能地大，接著，影響滾珠4滾入滾珠循環(huán)槽33和34的滾動阻力被設(shè)置為盡可能地小，以便滾珠4盡可能平滑地滾動。因此，在滾珠絲杠裝置中負載能力和運動的平滑度可以良好的平衡方式相結(jié)合。
前面的描述適用于螺旋軸3的螺紋槽31b和滾珠循環(huán)槽34之間的關(guān)系。
本發(fā)明的其它實施例1)參照圖13至16來描述本發(fā)明的其它實施例。
如圖13和14所示，螺母2的螺紋槽21、螺旋軸3的螺紋槽31a和31b以及滾珠循環(huán)槽33和34中的任意一個的剖面為哥特式弧形，其中右和左圓形側(cè)壁尖細并在槽底部處連續(xù)。21w為螺母2的螺紋槽21的右和左側(cè)壁，31bw為螺紋槽31b的右和左側(cè)壁，33w為滾珠循環(huán)槽33的右和左側(cè)壁，及34w為滾珠循環(huán)槽34的右和左側(cè)壁。螺紋槽31a的右和左側(cè)壁沒有示出，但與螺紋槽31b的右和左側(cè)壁相同。
在這種結(jié)構(gòu)中，當循環(huán)的滾珠4從螺旋軸3的螺紋槽31a和31b(下游側(cè)31a-dn和31b-dn)移動到滾珠循環(huán)槽33和34時，滾珠4與滾珠循環(huán)槽33和34的接觸點接近滾珠循環(huán)槽33和34的開口。因此，滾珠4受到沿它們下陷到滾珠循環(huán)槽33和34的方向的力的影響，這就防止了滾珠4在螺旋軸3的螺脊32上運動或卡在螺旋軸3的螺脊32上，從而使?jié)L珠4平滑地循環(huán)。
為詳細的描述，參照圖15和16，首先，當滾珠4處于螺旋軸3的螺紋槽31a和31b中時，如圖15所示，滾珠4與螺紋槽31a和31b以45°的接觸角互相接觸。接著，當滾珠移動到滾珠循環(huán)槽33和34時，如圖16所示，原先處于圖15中的接觸角45°處的滾珠4與滾珠循環(huán)槽33和34的接觸點P慢慢移動到滾珠循環(huán)槽33和34(槽的較淺側(cè))的開口附近，如圖16所示。結(jié)果，滾珠4受到沿其下陷到滾珠循環(huán)槽33和34的方向的力F的作用。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的滾珠絲杠裝置，螺旋軸3的螺紋槽31a和31b的下游側(cè)31a-dn和31b-dn與上游側(cè)31a-up和31b-up由滾珠循環(huán)槽33和34連接在一起以形成閉環(huán)。因此，已滾到螺紋槽31a和31b的下游側(cè)31a-dn和31b-dn的滾珠4下陷到內(nèi)徑側(cè)以越過螺母2的螺脊22，以便它們被引導(dǎo)到上游側(cè)31a-up和31b-up，從而被循環(huán)。
由于滾珠循環(huán)槽33和34的剖面為哥特式弧形，當滾珠4在循環(huán)過程中從螺旋軸3的螺紋槽31a和31b移動到滾珠循環(huán)槽33和34時，滾珠4和滾珠循環(huán)槽33和34的接觸點P接近滾珠循環(huán)槽33和34的開口。因此，力沿滾珠4下陷到滾珠循環(huán)槽33和34的方向作用于滾珠4，這樣就防止了滾珠4在螺旋軸3的螺脊32上運動或卡在螺旋軸3的螺脊32上，以形成滾珠4的平滑循環(huán)。
而且，利用擋圈5來保持滾珠4，防止了螺紋槽21、31a和31b中的滾珠4之間互相妨礙，并在螺母2和螺旋軸3之間提供平滑的相對轉(zhuǎn)動。
螺旋軸3的螺紋槽31a和31b可不必是兩個，可以是一個、三個或更多個。滾珠循環(huán)槽33和34可被設(shè)置為軸向互相鄰接或在周向上具有不同的相位。
2)參照圖17和18，對本發(fā)明的另一實施例進行描述。圖17示出了放大的圖7的X部分，及圖18示出了放大的圖4的XI部分。如這些圖所示，沿螺母2的螺紋槽21的側(cè)邊形成斜面24，以避免當滾珠4滾入和滾出滾珠循環(huán)槽33和34時與滾珠4的任何接觸。利用轉(zhuǎn)動工具(切削工具)或磨石沿構(gòu)成螺脊32和螺母2的螺紋槽21的邊界的兩個側(cè)邊來車削螺紋槽21的整個長度，形成斜面24。優(yōu)選的是，在可靠地避免與滾珠4的任何接觸方面，斜面深度越深越好。然而，太深的斜面有可能使螺紋槽21不能引導(dǎo)滾珠4。由于這一問題，應(yīng)將斜面的深度設(shè)置為滾珠4可被安全地引導(dǎo)及安全地避免與滾珠4的任何接觸。在這種結(jié)構(gòu)中，螺旋軸3的螺紋槽31a和31b的下游和上游側(cè)由滾珠循環(huán)槽33和34連接在一起，以形成閉環(huán)。因此，已滾到螺旋軸3的螺紋槽31a和31b的下游側(cè)的滾珠4下陷到內(nèi)徑側(cè)以越過螺母2的螺脊22，以便它們被引導(dǎo)到螺紋槽的31a和31b的上游側(cè)，從而被循環(huán)。利用沿螺母2的螺紋槽21的側(cè)邊形成的斜面24，所述斜面24用于在滾珠4滾入和滾出滾珠循環(huán)槽33和34時避免與滾珠4的任何接觸，可防止?jié)L珠4在滾入和滾出滾珠循環(huán)槽33和34時在螺紋槽21的側(cè)邊上運動，從而導(dǎo)致滾珠4的平滑循環(huán)。
3)圖19和20所示的滾珠絲杠裝置是其中未使用擋圈5的裝置類型。無擋圈滾珠絲杠裝置1包括包括螺母2、螺旋軸3、多個滾珠4。在螺母2的內(nèi)表面中形成螺紋槽21，及在螺旋軸3的外表面上形成螺紋槽31a和31b。多個滾珠4被置于螺紋槽21和螺紋槽31a和31b之間。在螺母2中從一個軸端到另一個軸端連續(xù)地形成單個螺紋槽21。在螺旋軸3的軸向中間區(qū)域形成獨立的螺紋槽，每個螺紋槽大致為一圈。螺母2的螺紋槽21和螺旋軸3的螺紋槽31a和31b被設(shè)定為具有相同的導(dǎo)程角。螺紋槽21、31a和31b的剖面被設(shè)置為哥特式弧形，但其剖面也可為半圓形。在螺紋槽、31a及另一螺紋槽31b之間有螺脊32。
在這種螺旋軸3中設(shè)置有滾珠循環(huán)槽33和34，所述滾珠循環(huán)槽33和34用于將各個螺紋槽31a和31b形成為獨立的閉環(huán)。滾珠循環(huán)槽33和34分別連接螺紋槽31a和31b的上游側(cè)和下游側(cè)，并具有曲折形狀，以便將螺紋槽31a和31b下游側(cè)上的滾珠4下陷到內(nèi)徑側(cè)，從而滾珠4越過螺母2的螺脊22，并因此返回到上游側(cè)。滾珠循環(huán)槽33和34使多個滾珠4設(shè)置在各個螺紋槽31a和31b中，以獨立地滾動和循環(huán)。滾珠循環(huán)槽33和34的剖面被設(shè)置為半圓形，但其剖面可為哥特式弧形。
圓周槽35被分別設(shè)置在螺旋軸槽3的軸向兩端側(cè)上的外周表面上。圓周槽35分別與卡環(huán)7相嚙合?？ōh(huán)10的外徑值被設(shè)置為大于螺母2的內(nèi)徑，因此卡環(huán)10限制螺母2的軸向移動行程。
例如，螺母2被支撐以便自由轉(zhuǎn)動，螺旋軸3以不可轉(zhuǎn)動和軸向不可移動的方式被安裝。如圖1的雙點劃線所示，當螺母2被轉(zhuǎn)動時，螺母2在卡環(huán)10之間的螺旋軸3上軸向滑動。
在無擋圈滾珠絲杠裝置的情況下，如圖21所示，大體為一圈的螺紋槽31a形成于螺旋軸3上，螺紋槽31a通過滾珠循環(huán)槽33形成閉環(huán)。在這種情況下，當螺旋軸3的螺紋槽31a、滾珠循環(huán)槽33和螺母2的螺紋槽21的剖面被設(shè)置為哥特式弧形時，滾珠4可在四個點上接觸螺母2的螺紋槽21和螺旋軸3的螺紋槽31a。當瞬時負載作用于螺母2上時，這就使得其傾斜得到控制。
在無擋圈滾珠絲杠裝置的情況下，如圖22所示，大體為一圈的螺紋槽31a形成于螺旋軸3上，螺紋槽31a通過滾珠循環(huán)槽33形成閉環(huán)。在這種情況下，螺旋軸3的螺紋槽31a和滾珠循環(huán)槽33的剖面可為半圓形。在圖22的情況中，優(yōu)選的是，在軸向遠離螺紋槽31a的區(qū)域中，將諸如金屬或樹脂軸襯或類似的圓柱形滑動軸承11置于至少一個軸端側(cè)上，所述軸端側(cè)處于螺母2和螺旋軸3之間的環(huán)形空間中。當瞬態(tài)負載作用于螺母2上時，這就使其傾斜得到控制。
在圖23所示的可能的結(jié)構(gòu)中，凹陷部分38可設(shè)置在螺旋軸3的區(qū)域中，在該區(qū)域中將形成滾珠循環(huán)槽33和34，而其上已經(jīng)形成滾珠循環(huán)槽33和34的塊12可被裝配到凹陷部分38中。
塊12可實現(xiàn)在滾珠循環(huán)槽33和34與螺紋槽31a和31b之間的精確定位，與通過粘結(jié)劑將常規(guī)偏轉(zhuǎn)器安裝在螺母2上相比，所述塊12以較高精度被安裝在螺旋軸3上，因此，塊12不會不利地影響滾珠的循環(huán)性能。
由于塊12小于螺旋軸3，與在螺旋軸3的外周表面上直接形成滾珠循環(huán)槽33和34相比，可簡化在其上形成滾珠循環(huán)槽33和34的加工步驟。當滾珠循環(huán)槽33和34被磨損或損壞時，不必更換螺旋軸3，僅需更換塊12，凹陷部分38可為貫穿開口。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明可被應(yīng)用于在機床、半導(dǎo)體裝置、精密定位臺、機器人和傳送設(shè)備中將轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)化為線性運動或反之的方法。
權(quán)利要求
1.一種滾珠絲杠裝置，包括螺旋軸，在螺旋軸的外周表面中設(shè)置有至少一個大體上為一圈的螺紋槽；螺母，其從外部安裝在螺旋軸上，在螺母的內(nèi)周表面中設(shè)置有螺紋槽，螺母的螺紋槽的角度與螺旋軸的螺紋槽的角度大體上相同；和多個滾珠，其插入各個螺紋槽之間；其特征在于在螺旋軸上設(shè)置有滾珠循環(huán)槽，所述滾珠循環(huán)槽用于連接螺旋軸的螺紋槽的下游側(cè)和上游側(cè)，以便滾珠從下游側(cè)返回到上游側(cè)，從而在螺旋軸的螺紋槽中被循環(huán)；所述滾珠循環(huán)槽沿滾珠滾動方向具有中間區(qū)域，所述中間區(qū)域具有這樣的彎曲形狀，以便徑向向內(nèi)下陷，以及兩端側(cè)區(qū)域，所述兩端側(cè)區(qū)域被設(shè)置在中間區(qū)域的兩側(cè)并具有預(yù)定的形狀；和所述滾珠循環(huán)槽具有這樣的結(jié)構(gòu)相對于滾珠的循環(huán)，在所述兩端側(cè)區(qū)域中滾動的滾珠的瞬心軌跡及在螺旋軸的螺紋槽中滾動的滾珠的瞬心軌跡滿足預(yù)定的條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾珠絲杠裝置，其特征在于所述預(yù)定條件為在滾珠循環(huán)槽的兩端側(cè)區(qū)域中滾動的滾珠的瞬心軌跡形成小弧，在螺旋軸的螺紋槽中滾動的滾珠的瞬心軌跡形成大弧，相對于大弧在小弧的交點處得到的第一切線與相對于小弧在該交點處得到的第二切線相交形成的角被設(shè)定為大于0度且至多為30度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾珠絲杠裝置，其特征在于滾珠循環(huán)槽的兩端側(cè)區(qū)域具有徑向向外凸出的形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾珠絲杠裝置，其特征在于在螺旋軸中設(shè)置兩個獨立的螺紋槽和對應(yīng)于螺旋軸的各個螺紋槽的兩個滾珠循環(huán)槽，用于分別連接各個螺紋槽的下游側(cè)和上游側(cè)，所述每個螺紋槽大致為一圈；和各個滾珠循環(huán)槽沿軸向以大體相同的相位設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾珠絲杠裝置，其特征在于用于可轉(zhuǎn)動地保持滾珠的擋圈被安裝在螺旋軸的外周上，以便在軸向的固定位置相對于螺旋軸相對地轉(zhuǎn)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾珠絲杠裝置，其特征在于螺旋軸的螺紋槽、螺母的螺紋槽和滾珠循環(huán)槽中的任一個具有哥特式弧形剖面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾珠絲杠裝置，其特征在于在螺母的螺紋槽的側(cè)邊緣上形成斜面，所述斜面用于在滾珠滾入和滾出滾珠循環(huán)槽時避免與滾珠相接觸。
全文摘要
一種滾珠絲杠裝置，包括螺旋軸，安裝在螺旋軸上的螺母，以及插入螺旋軸的螺紋槽和螺母的螺紋槽之間的多個滾珠。在螺旋軸中設(shè)置有滾珠循環(huán)槽，所述滾珠循環(huán)槽用于連通地連接螺紋槽的下游側(cè)和上游側(cè)，以便將滾珠從下游側(cè)返回到上游側(cè)，從而在螺旋軸的螺紋槽中循環(huán)。滾珠循環(huán)槽具有彎曲的形狀，以便沿滾珠滾動方向的中間區(qū)域徑向向內(nèi)下陷，并在兩端處的區(qū)域中具有徑向向外的彎曲形狀。相對滾珠的循環(huán)，在相對端處的區(qū)域中滾動的滾珠的瞬心軌跡和在螺旋軸的螺紋槽中滾動的滾珠的瞬心軌跡滿足預(yù)定的條件。
文檔編號F16H25/22GK1549909SQ02817008
公開日2004年11月24日 申請日期2002年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月12日
發(fā)明者井上昌弘, 臼杵功雄, 雄 申請人:光洋精工株式會社