專利名稱：一種大載荷高速滾珠絲杠副的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種滾珠絲杠副，具體地說，涉及一種大載荷高速滾珠絲杠副， 屬于機械制造技術領域。
背景技術：
滾珠絲杠副是一種螺旋傳動部件，由滾珠絲杠、滾珠螺母、滾珠及回珠器等部分組成。當滾珠絲杠與滾珠螺母相對轉動時，回珠器擋住滾珠，避免滾珠滾到滾珠螺母體外，使?jié)L珠在滾珠絲杠、滾珠螺母及返向器構成的閉合通道形成滾珠鏈并作循環(huán)滾動，完成旋轉運動與直線運動的互相轉換。滾珠絲杠副是滾動摩擦副，具有精密定位、傳動靈敏、傳動效率高(η=90%—95%)、節(jié)能的特點，廣泛應用機械行業(yè)。隨著電子技術、控制技術的發(fā)展，機械產(chǎn)品正在向高速、重載荷、高精度、高效、節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展，對滾珠絲杠副也提出了相應的要求。滾珠絲杠副的驅動速度V = W1X η (1 為導程，η為絲杠轉速)，因此提高驅動速度的辦法一是采用大導程Wi，辦法二是提高絲杠的轉速η。一般的滾珠絲杠副，導程Wi與滾珠絲杠副節(jié)園直徑的比為1/5—1/3。高速滾珠絲杠副采用大導程，導程Wi與節(jié)園直徑的比為1/2—1。由于滾珠鏈的圈數(shù)約小于L/Wi，L是滾珠螺母的長度，受制造工藝的限制，L是有限的，因此增大Wi就減少了滾珠鏈的圈數(shù)，即減少了有效承載滾珠的個數(shù)，從而降低了滾珠絲杠副的承載能力。滾珠絲杠副的轉速增加時，受到離心力的作用，滾珠對螺紋滾道的壓力也增大，磨損也增加；在返向接口處，由于滾珠運動方向的突然改變，在慣性力的作用下，滾珠對返向器產(chǎn)生強烈的沖擊，這些都會降低滾珠絲杠副的承載能力。為了在高速運轉時減小滾珠的離心力和返向時的慣性力，現(xiàn)有的大導程高速滾珠絲杠副就采用小直徑的滾珠，以減小滾珠的質量來減小離心力和慣性力，由滾珠絲杠副的國家標準“GB/T17857. 5— 2008軸向額定靜載荷和動載荷及使用壽命”的規(guī)定可知，滾珠直徑越小，滾珠絲杠副的承載能力就越小。所以現(xiàn)有的大導程高速滾珠絲杠副，僅用大導程和提高絲杠的轉速的辦法， 不采用其他技術措施來提高驅動速度，就會付出承載能力減小的代價。滾珠絲杠副常用的滾珠循環(huán)形式有內循環(huán)返向器式、外循環(huán)插管式。在導程大的情況下，內循環(huán)返向器較大，高速滾珠絲杠副較少采用內循環(huán)返向器。外循環(huán)插管式不受導程限制，但由圖4、圖5可見，滾珠螺紋與插管之間有交角β及交角α，α是螺旋升角。導程越大，α越大，滾珠對插管產(chǎn)生沖擊越強，嚴重時會撞壞插管的舌部，所以外循環(huán)插管式也不太適合高速大導程滾珠絲杠副。
發(fā)明內容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種大載荷高速滾珠絲杠副。本實用新型的大載荷高速滾珠絲杠副，包括絲杠、套在絲杠上的螺母、滾珠、位于螺母兩端的防塵擋珠圈，所說的滾珠為陶瓷滾珠，所說的絲杠的外圓上有4條等分的大導程凹滾珠螺紋，螺母的內孔有4條等分的大導程凹滾珠螺紋，螺母內還有4個軸向返向孔， 絲杠的凹滾珠螺紋分別與螺母的凹滾珠螺紋組成4條螺旋通道，4組陶瓷滾珠裝在其中，所說的防塵擋珠圈內端面上有4條返向槽，內孔有4條等分的大導程凸螺紋，凸螺紋處于絲杠的凹滾珠螺紋內，所說的螺母兩端是曲面，曲面與防塵擋珠圈內端面上的4條返向槽組成了陶瓷滾珠的返向通道。優(yōu)選地，所說的滾珠絲杠上的螺母為雙螺母，兩個螺母之間設有墊片。同樣優(yōu)選地，所說的滾珠絲杠上的螺母為單螺母。本實用新型的技術原理如下1)滾珠絲杠副的滾珠采用陶瓷滾珠，是新材料在滾珠絲杠副領域內的運用，滾珠絲杠副的滾珠通常是用軸承鋼制造，陶瓷與軸承鋼比較，密度小，硬度高、彈性模量大(如陶瓷之一的氮化硅Si3N4，密度小60%，硬度高近一倍、彈性模量大50%)。由于相同直徑的滾珠，陶瓷滾珠質量小，所以絲杠高速運轉時，陶瓷球的離心力小，對螺紋滾道的壓力也小，磨損也??；陶瓷滾珠的滾珠絲杠副承載能力得以提高；在返向接口處，由于滾珠運動方向的突變引起的慣性力也小，滾珠對返向器的沖擊就小、噪音、振動和溫升也相應減少，所以，用陶瓷滾珠的滾珠絲杠副的轉速可以更高。另外，由于陶瓷有硬度高、彈性模量大的特點，由滾珠絲杠副的國家標準“GB/T17857. 4—2008軸向靜剛度”及“GB/T17857. 5—2008軸向額定靜載荷和動載荷及使用壽命”的規(guī)定可知相同的直徑、靜載荷及動載荷條件下，由于陶瓷有硬度高、彈性模量大的特點，陶瓷滾珠與鋼球比較，塑性變形要小得多，接觸疲勞壽命長，彈性變形也小，因此，陶瓷滾珠絲杠副的軸向額定靜載荷和動載荷大、使用壽命長，軸向靜剛度大。此外，陶瓷球摩擦系數(shù)小，有自潤滑作用，陶瓷滾珠絲杠副傳動效率要高，溫升低，可在不允許使用潤滑油的情況下使用，也可以在小于400度的高溫環(huán)境中使用(此時防塵擋珠圈要用金屬材料制作)。2)絲杠外圓與螺母內孔的4條等分的大導程滾珠螺紋，這種結構大大的增加了承載滾珠數(shù)，如圖6、圖7和圖8，在相同的導程及螺母長度的條件下，圖6是目前常用的結構， 它只有1條大導程滾珠螺紋，其承載滾珠數(shù)最少；圖7、圖8分別是有2、4條等分的大導程滾珠螺紋結構，其承載滾珠數(shù)是分別是圖6的2、4倍。本實用新型提供的這種高速滾珠絲杠副采用圖8的結構，具有最多的承載滾珠數(shù)。3)本實用新型所述的防塵擋珠圈，如圖9、圖10，是用耐磨損高強度的工程塑料制成，壽命長，噪音小。防塵擋珠圈內端面上有兩個定位圓柱，將其裝入螺母兩端面上的兩個小孔定位后，再用4個螺釘(見圖2)裝上防塵擋珠圈，防塵擋珠圈的內端面上有4條返向槽， 內孔有4條等分的大導程凸螺紋，凸螺紋處于絲杠的凹滾珠螺紋內，不僅能防塵，還能在絲杠與螺母相對轉動，推動陶瓷滾珠在螺旋通道內向前滾動時，擋住陶瓷滾珠，避免它滾到螺母外，迫使它進入螺母一端防塵擋珠圈的返向槽，再經(jīng)過螺母內的軸向返向孔、螺母另一端的返向槽，回到螺旋通道循環(huán)連續(xù)滾動。螺母的端面是曲面，見圖1，曲面與防塵擋珠圈內端面上的4條返向槽組成了陶瓷球的返向通道，這通道經(jīng)過三維曲線擬合的優(yōu)化設計，以保證陶瓷滾珠沿螺紋切線方向柔順返向，形成4條滾珠沿螺紋切線方向返向的循環(huán)鏈，使?jié)L珠對返向器的沖擊減到最小，有利于提高滾珠絲杠副的轉速及驅動速度。圖3表示出1條沿滾珠螺紋切線方向返向的滾珠循環(huán)鏈(圖中虛線表示的是絲杠后面的滾珠)，滾珠循環(huán)鏈貫穿了整個螺母的長度，所以這種螺母結構緊湊，軸向尺寸短。上述滾珠絲杠副可以像通常滾珠絲杠副一樣，可以多種預緊方式，圖1中，墊片用于調節(jié)預緊力，構成雙螺母滾珠絲杠副。如圖8只用一個螺母，不用墊片，構成單螺母。上述螺母端面上曲面的車削工序，端面上4個軸向孔的鉆鉸工序都可以在數(shù)控機床上很方便地完成，比其他滾珠絲杠副在螺母外圓上加工返向器安裝孔、返向槽工序或在螺母端面上銑橢圓形返向器安裝孔的工序簡單。上述防塵擋珠圈可以用數(shù)控機床加工，還可以在開發(fā)注塑模后，用注塑成形的方法大批量，低成本地生產(chǎn)。本實用新型提供的大載荷高速滾珠絲杠副具有如下技術效果1、本實用新型采用新材料，用陶瓷做滾珠，由于陶瓷球有密度小，硬度高、彈性模量大的特點，這就減少了滾珠絲杠副高速運轉時，滾珠的離心力及對其滾道的壓力與磨損， 減少了對返向器的沖擊力、噪音、振動和溫升，提高了滾珠絲杠副Dn值、驅動速度、軸向額定靜載荷、動載荷、使用壽命、軸向靜剛度；2、由于陶瓷球有自潤滑作用，氮化硅陶瓷球的滾珠絲杠副，可以在不允許使用潤滑油的情況下使用，也可以在小于400度的高溫環(huán)境中使用(此時防塵擋珠圈要用金屬材料制作)。這是一般滾珠絲杠副辦不到的；3、本實用新型采用4條大導程滾珠螺紋的結構，與現(xiàn)有的高速滾珠絲杠副用的結構比較，承載滾珠數(shù)增加4倍，有效的提高了承載能力，再考慮到采用陶瓷球作滾珠，有密度小，硬度高、彈性模量大的特點，與一般高速滾珠絲杠副比較，本實用新型提供的這種大載荷高速滾珠絲杠副，其承載能力大大增加；4、本實用新型所述的防塵擋珠圈，不僅能防塵，還起擋珠及作用返向，它是用耐磨損高強度的工程塑料制成，壽命長，噪音小。它的4條返向槽，經(jīng)過三維曲線擬合的優(yōu)化設計，保證了陶瓷滾珠沿螺紋切線方向柔順返向，將滾珠對返向器的沖擊減到最小，有利于提高滾珠絲杠副的轉速及驅動速度；5、本實用新型所述結構的滾珠絲杠副，螺母軸向尺寸短；6、本實用新型所述結構的滾珠絲杠副，可以采用滾珠絲杠副的常用預緊方式，如 單螺母增大滾珠直徑預緊、雙螺母墊片預緊等；7、本實用新型所述的螺母與防塵擋珠圈的制造工藝比較簡單，適合批量生產(chǎn)，成本較低。


圖1是本實用新型的大載荷高速滾珠絲杠副的結構示意圖2是圖1的結構示意圖中的A向視圖3是1條沿滾珠螺紋切線方向返向的滾珠循環(huán)鏈示意圖4是大導程滾珠循環(huán)鏈與外循環(huán)插管之間的α交角關系圖5是大導程滾珠循環(huán)鏈與外循環(huán)插管之間的β交角關系圖6是現(xiàn)有的采用1條滾珠螺紋的高速滾珠絲杠副的結構示意圖7是現(xiàn)有的采用2條滾珠螺紋的高速滾珠絲杠副的結構示意圖8是本實用新型中采用4條滾珠螺紋的單螺母高速滾珠絲杠副的結構示意圖9是本實用新型防塵擋珠圈的結構示意圖10是圖9的K-K向剖視圖。
5[0032]其中，1為絲杠，2、5為螺母，3為滾珠，4為防塵擋珠圈，6為墊片，7為螺釘，11為絲杠上的凹滾珠螺紋，21為螺母上的的凹滾珠螺紋，22為螺母內的軸向返向孔，23為螺母曲面，31為滾珠循環(huán)鏈，41為防塵擋珠圈的返向槽，42為防塵擋珠圈內的凸螺紋。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型所述的大載荷高速滾珠絲杠副包括絲杠1、法蘭螺母2、 直筒螺母5、陶瓷滾珠3和防塵擋珠圈4，絲杠1的外圓上有4條等分的大導程凹滾珠螺紋 11，法蘭螺母2、直筒螺母5的內孔均有4條等分的大導程凹滾珠螺紋21，上述兩種螺母內還有4個軸向返向孔22，上述兩種螺母兩端面是曲面23。上述兩種螺母套在絲杠上后，絲杠1與上述兩種螺母的滾珠螺紋11和21組成了 4條螺旋通道，4組陶瓷滾珠3裝在螺旋通道中。如圖2所示，防塵擋珠圈4的安裝是通過將防塵擋珠圈4內端面上兩個定位圓柱 43裝入上述兩種螺母的端面上的兩個定位孔內，再用4個螺釘7將防塵擋珠圈4安裝在螺母的兩端，圖9、圖10中表示出定位圓柱43及防塵擋珠圈4內端面上的4條返向槽41。防塵擋珠圈4的內孔有4條等分的大導程凸螺紋42，防塵擋珠圈4安裝在螺母上后，凸螺紋 42就處于絲杠1的凹滾珠螺紋內11，這樣凸螺紋42不僅能防塵，還能在運轉時擋住陶瓷滾珠3，避免它滾到螺母體外，并迫使陶瓷滾珠3進入返向槽41內。返向槽41與上述兩種螺母兩端的曲面23組成螺母兩端的返向通道，返向通道經(jīng)過曲線擬合的優(yōu)化設計，以保證陶瓷滾珠3沿螺紋切線方向柔順返向。返向通道、螺母體內的返向孔22及絲杠1與上述兩種螺母之間螺旋通道一起，形成4條封閉通道，當絲杠1相對螺母轉動時，推動陶瓷滾珠3在封閉通道中連續(xù)循環(huán)滾動并形成4條滾珠鏈31，圖3表示出其中的1條(圖中虛線表示的是絲杠后面的滾珠)，滾珠3進入螺旋通道連續(xù)循環(huán)滾動的同時，將旋轉運動轉換為直線運動， 實現(xiàn)了螺旋傳動。上述兩種螺母之間用墊片6調節(jié)好預緊力后，裝上連接鍵(連接鍵未表示出)，形成雙螺母墊片預緊，可以消除傳動間隙，提高軸向剛度。如圖8所示，本實用新型的滾珠絲杠副也可以不用螺母5及墊片6，構成單螺母的滾珠絲杠副。
權利要求1.一種大載荷高速滾珠絲杠副，其特征在于，包括絲杠、套在絲杠上的螺母、滾珠和位于螺母兩端的防塵擋珠圈，所說的滾珠為陶瓷滾珠，所說的絲杠的外圓上有4條等分的大導程凹滾珠螺紋，螺母的內孔有4條等分的大導程凹滾珠螺紋，螺母內還有4個軸向返向孔，絲杠的凹滾珠螺紋分別與螺母的凹滾珠螺紋組成4條螺旋通道，4組陶瓷滾珠裝在其中，所說的防塵擋珠圈內端面上有4條返向槽，內孔有4條等分的大導程凸螺紋，凸螺紋處于絲杠的凹滾珠螺紋內，所說的螺母兩端是曲面，曲面與防塵擋珠圈內端面上的4條返向槽組成陶瓷滾珠的返向通道。
2.根據(jù)權利要求1所述的大載荷高速滾珠絲杠副，其特征在于，所說的滾珠絲杠上的螺母為雙螺母。
3.根據(jù)權利要求1所述的大載荷高速滾珠絲杠副，其特征在于，所說的滾珠絲杠上的螺母為單螺母。
專利摘要本實用新型提供了一種大載荷高速滾珠絲杠副，包括絲杠、套在絲杠上的螺母、滾珠和位于螺母兩端的防塵擋珠圈，所說的滾珠為陶瓷滾珠，所說的絲杠的外圓上有4條等分的大導程凹滾珠螺紋，螺母的內孔有4條等分的大導程凹滾珠螺紋，螺母內還有4個軸向返向孔，絲杠的凹滾珠螺紋分別與螺母的凹滾珠螺紋組成4條螺旋通道，4組陶瓷滾珠裝在其中，所說的防塵擋珠圈內端面上有4條返向槽，內孔有4條等分的大導程凸螺紋，凸螺紋處于絲杠的凹滾珠螺紋內，所說的螺母兩端是曲面，曲面與防塵擋珠圈內端面上的4條返向槽組成陶瓷滾珠的返向通道。本實用新型采用4條大導程滾珠螺紋的結構，與現(xiàn)有的高速滾珠絲杠副用的結構比較，承載滾珠數(shù)增加4倍，有效的提高了承載能力，再考慮到采用陶瓷球作滾珠，有密度小，硬度高、彈性模量大的特點，與一般高速滾珠絲杠副比較，本實用新型提供的這種大載荷高速滾珠絲杠副，其承載能力大大增加。
文檔編號F16H25/22GK201953938SQ20102068512
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權日2010年12月29日
發(fā)明者周建偉, 周越魁, 趙建東 申請人:江蘇瑞安特機械集團有限公司