本發(fā)明涉及一種行星滾子絲杠機構，其被構造成以直接模式將轉動運動轉換成平移運動，或者以間接模式將平移運動轉換成轉動運動。

背景技術：

在轉動運動與平移運動之間或平移運動與轉動運動之間的機械運動轉換的領域中，已知使用行星滾子絲杠機構，其包括：第一轉動且非平移構件、第二平移且非轉動構件和相對于轉動構件的轉動軸線在徑向上布置在轉動構件與平移構件之間的若干滾子。在一些其它應用中，行星滾子絲杠機構的輸入構件和輸出構件兩者以不同的速度或沿不同的方向轉動。行星滾子絲杠機構用于需要將直線/轉動運動轉換成轉動/直線運動(反之亦然)的各種行業(yè)。這包括石油和天然氣行業(yè)、機械工廠、食品行業(yè)等等。

在行星滾子絲杠機構中，第一構件可以是螺桿軸，第二構件可以是圍繞螺桿軸安裝的螺母，而各滾子均具有與分別設置在螺桿軸的外徑向表面和螺母的內徑向表面上的螺紋嚙合的螺紋。在這種情況下，施加到機構的輸入負荷可以是施加在螺桿軸上的轉動扭矩，這引起螺母的直線運動，從而引起軸向輸出力，或者，施加到機構的輸入負荷可以是施加在螺母上的軸向作用力(effort)，這引起螺桿軸的轉動，從而引起輸出扭矩。作為一種選擇，第一構件可以是螺母，第二構件可以是螺桿軸。在這種情況下，機構上的輸入負荷可以是施加在螺母上的扭矩，這引起螺桿軸的平移運動，從而引起軸向輸出力，或者，機構上的輸入負荷可以是施加在螺桿軸上的軸向力，這引起螺母的轉動運動，從而引起輸出扭矩。

利用這種機構，關鍵的效率因素是機構的導程。行星滾子絲杠機構的導程被定義為當螺桿軸轉一圈360°時螺母平移的軸向位移長度或當螺母轉一圈360°時螺桿軸的軸向位移長度。

目前，行星滾子絲杠機構的導程被限制在50mm以下。這源自下面幾個因素。

第一，在該機構中，螺桿軸和螺母兩者通常均設置有多個螺紋。這些螺紋必須在螺桿軸上同時加工出來。為此，使用相對于螺桿軸的中心軸線傾斜一定角度的研磨輪(grindingwheel)，該角度取決于螺紋的螺旋角。該螺旋角越大，則研磨輪必須傾斜得越多，并且對應螺紋的對應深度之間存在更大的差。由于這種研磨技術，因此螺紋越深，則相應的誤差越大。

第二，螺旋角越大，則在螺桿軸與滾子之間的界面處產生的摩擦力越高。同樣地，螺紋越深，則摩擦力越大。因此，對于螺桿軸所關注的是，在螺紋之間限定的螺紋形狀(profile)的摩擦力和幾何構造取決于螺旋角和螺紋深度，這導致這兩個值必須保持盡可能小。

第三，螺母的內螺紋必須在其徑向內表面上加工，由于在加工操作期間研磨輪的支撐構件可能會碰到螺母，因此螺旋角高的話加工越發(fā)困難。這里再次說明，螺旋角和螺紋深度是對于制造螺母不利(unfavorable)的參數(shù)。

第四，行星滾子絲杠機構的螺紋越深，則研磨螺桿軸、螺母和滾子所需的時間就越長。

另一方面，這種機構的容量或魯棒性也取決于螺母的螺旋角、螺紋深度和內公稱直徑。在實際中，螺母的內公稱直徑等于螺桿軸的外公稱直徑與二倍的滾子的外公稱直徑之和。已知的是，為了良好地嚙合分別設置在螺桿軸和滾子上的螺紋，滾子的直徑應當與螺桿軸的直徑成比例，并與螺桿軸的螺紋的數(shù)量減2成反比。因此，螺桿軸的螺紋的數(shù)量越大，則滾子的直徑越小，因此絲杠的內徑越小，行星滾子絲杠機構的容量或魯棒性就越小。

所有這些意味著，由于上面指出的螺旋角、研磨時間和容量問題，因此改變現(xiàn)有的行星滾子絲杠機構的形狀和結構使得其導程被限制到50mm以下是不容易的。

然而，可能有意義的是為行星滾子絲杠機構提供較長的導程，這是因為與現(xiàn)有機構相比，其將允許以相對高的速度平移一個構件或者以高扭矩轉動一個構件。

目前，由于難以改變現(xiàn)有的行星滾子絲杠機構的構造，因此優(yōu)選使用球絲桿機構或其它技術(諸如液壓缸)來得到長的導程。在球絲杠機構的情況下，必須組織球在螺母內的再循環(huán)，這意味著必須增大螺母的軸向長度，從而使得整個機構笨重。諸如液壓裝置的可選擇的技術需要為缸供給壓力流體，這有時是復雜的，并且在任何情況下通常比使用諸如行星滾子絲杠機構的純機械裝置更困難。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于利用一種新型行星滾子絲杠機構來解決這些問題，與現(xiàn)有技術的類似機構相比，這種新型行星滾子絲杠機構能夠在不使機構笨重的情況下增大導程。

為此，本發(fā)明涉及一種行星滾子絲杠機構，包括：螺桿軸，其設置有至少一個外螺紋；螺母，其設置有至少三個內螺紋；和至少三個滾子，其相對于螺桿軸的中心軸線在徑向上布置在螺桿軸與螺母之間。根據本發(fā)明，每個滾子均設置有至少兩個外螺紋，而螺桿軸的外螺紋的數(shù)量是滾子的外螺紋的數(shù)量的倍數(shù)，螺母的內螺紋的數(shù)量是滾子的外螺紋的數(shù)量的倍數(shù)。

由于本發(fā)明，與現(xiàn)有技術的行星滾子絲杠機構相比，行星滾子絲杠機構的導程被乘以與滾子的外螺紋的數(shù)量相等的系數(shù)。

根據本發(fā)明的有利的但非強制的其它方面，行星滾子絲杠機構可以包括在任何容許構造中采納的以下特征中的一個或多個：

-螺母的內螺紋的數(shù)量等于螺桿軸的外螺紋的數(shù)量。

-滾子的數(shù)量大于等于4，優(yōu)選大于等于6。

-每個滾子的公稱直徑通過以下關系與螺桿軸的公稱直徑有關：其中，d8是滾子的公稱直徑，d4是螺桿軸的公稱直徑，n6是螺母的螺紋的數(shù)量，n8是滾子的螺紋的數(shù)量。

-各滾子的公稱直徑小于螺桿軸的公稱直徑。

-螺桿軸的螺紋的螺距與螺母的螺紋的螺距相同并且與各滾子的螺紋的螺距相同。

-行星滾子絲杠機構具有大于等于50mm、優(yōu)選大于等于60mm的導程，所有螺紋的深度小于等于10mm，優(yōu)選小于等于6mm。

-螺桿軸的螺紋的數(shù)量等于10，各滾子的螺紋的數(shù)量等于2，所有螺紋的螺距在4與12mm之間，優(yōu)選在6與10mm之間。

-滾子的螺紋的數(shù)量小于螺桿軸的螺紋的數(shù)量并且小于螺母的螺紋的數(shù)量。

-滾子的螺紋的數(shù)量小于螺桿軸的螺紋的數(shù)量的一半。

附圖說明

將基于以下說明更好地理解本發(fā)明，該以下說明聯(lián)系附圖而給出并作為說明性示例，而不是限制本發(fā)明的目的。在附圖中：

-圖1是根據本發(fā)明的行星滾子絲杠機構的軸向剖視圖，

-圖2是圖1的機構的小比例分解剖視圖，以及

-圖3是圖1和圖2的機構的滾子的放大側視圖。

具體實施方式

圖1和圖2所示的行星滾子絲杠機構(planetaryrollerscrewmechanism)2包括螺桿軸(screwshaft)4，螺桿軸4以形成了螺桿軸4的轉動軸線的縱向軸線x4為中心。機構2還包括螺母6，螺母6圍繞螺桿軸4安裝，并且在機構2的安裝好的構造中螺母6以與軸線x4重疊的軸線x6為中心。

四個滾子8被布置在機構2的環(huán)形體積v2內，該環(huán)形體積v2被限定在螺桿軸4與螺母6之間并在這兩個構件之間相對于軸線x4徑向延伸。

螺桿軸4在其外徑向表面上設置有依次加工出的十個相同的螺紋t4。作為一種選擇，可以用多個槽輪(groovewheel)以一個操作加工出這些螺紋t4。在圖2中，這些螺紋中的一個被標記為黑色。這十個螺紋t4圍繞螺桿軸4嵌成巢狀(nested)，換言之，迭成瓦狀(imbricated)。α4表示一個螺紋t4的螺旋角，d4表示該螺紋的深度，即，限定該螺紋的一個齒的底部與頂部之間的、相對于軸線x4沿徑向測量的距離。

螺母6的內徑向表面也設置有十個相同的嚙合螺紋t6，螺紋t6具有螺旋角α6和深度d6。在圖2中內螺紋t6中的一個被標識為黑色。

有利的是，外螺紋t4的數(shù)量n4等于內螺紋t6的數(shù)量n6。然而，這不是強制必須的，特別地，內螺紋的數(shù)量n6可以與外螺紋的數(shù)量n4不同。

在實際中，內螺紋t4的數(shù)量n6大于等于3，優(yōu)選在4與6之間。外螺紋t4的數(shù)量n4可以等于1，但這是不推薦的，這是因為這將對滾子的數(shù)量、位置以及由此產生的導程(lead)有某些不利的后果。在實際中，數(shù)量n4常與數(shù)量n6相等。

各滾子8以軸線x8為中心，軸線x8在機構2的安裝好的構造中與軸線x4和x6平行，并且軸線x8形成了該滾子的轉動軸線。各滾子8均設置有兩個相同的外螺紋t81和t82，螺紋t81在圖3中被標識為灰色。α8表示螺紋t81和t82的螺旋角，d8表示螺紋t81和t82的徑向深度。

每個滾子8在其末端(extremities)82和84中的每一者旁邊均設置有直齒(straighttoothing)86，直齒86被設計成與安裝在挨著螺母6的軸向末端62和64加工出的孔61或63內的齒形齒輪(toothedgear)66嚙合接合。作為一種選擇，齒形齒輪66還可以與螺母6成一體，并在與螺母6的其余部分相同的件中加工。因此，兩個齒86與兩個齒形齒輪66嚙合接合，這確保了圍繞軸線x4的滾子運動被在螺母內控制和同步，而幾乎沒有沿著軸線x4的軸向運動。

每個孔61或63中還安裝有保持架68，以用于保持滾子8。保持架68也被稱為“引導環(huán)”。

為了簡便起見，圖2未示出位于孔61內的齒形齒輪66和保持架68。然而，齒形齒輪66和保持架68在圖1中示出。

p8表示螺紋t81與t82的螺距(pitch)。l8表示滾子8的導程，即當滾子8轉過360°時，滾子8相對于固定參照的軸向位移的長度。在本情況下，螺距p8等于8mm。導程l8等于雙倍的螺距p8，因此為16mm。

以下，螺紋t81和t82一起被稱為“螺紋t8”。

類似地，p4表示螺紋t4的螺距，l4表示螺紋t4的導程，而p6表示螺紋t6的螺距，l6表示螺紋t6的導程。

有以下關系：

l4＝n4×p4(式1)和

l6＝n6×p6(式2)

由于l4和l6都等于10，因此在本示例中，這些式子可以被改寫為：

l4＝10×p4(式1’)和

l6＝10×p6(式2’)

上文對滾子8考慮的關系也可以由以下表達式來表示，其中n8是螺紋t8的數(shù)量：

l8＝n8×p8(式3)或

l8＝2×p8(式3’)。

在機構2中滿足以下條件：

條件1：角α8等于角α6。

該條件是必要的，以避免滾子在圍繞螺桿軸4轉動時趨向于從體積v2脫出來(comeout)。在實際中，項(item)6與8之間的這種相對的軸向運動可能引起機構2的卡阻。

條件2：螺距p4、p6和p8相等。

對于螺紋t4、t6和t8來說，該條件是必須要正確匹配的。

條件3：螺母6的內公稱直徑(internalnominaldiameter)d6等于螺桿軸4的公稱外直徑d4與二倍的滾子8的外公稱直徑d8之和。換言之，存在以下關系：

d6＝d4+2×d8(式4)

由于條件1、2和3，因此機構2的主要元件的尺寸的計算導致了以下關系：

該式對于n8等于1的現(xiàn)有技術的機構也是有效的。

因此，對于這些機構，該關系為：

該式5’表明數(shù)量n6必須大于等于3。

在實際中，數(shù)量n4和n6大于數(shù)量n8。換言之，螺桿軸4和螺母6上的螺紋比滾子8上的螺紋多。特別地，為了使式5的分母為正，必要的是螺紋t8的數(shù)量n8小于螺紋t6的數(shù)量n6的一半。

參照(takinginto)式5’，對于具有給定直徑的螺母的現(xiàn)有技術的行星滾子絲杠機構，如果增加螺紋t6的數(shù)量n6，則滾子8的直徑d8減小。由于式4(在這種情況下也適用)，因此螺桿軸4的直徑d4減小，使得機構的容量(capacity)或魯棒性降低。因此，增加現(xiàn)有技術的機構的螺母6上的螺紋t6的數(shù)量不是令人滿意的解決方案。

讓我們考慮以下情況：在行星滾子絲杠機構上需要大導程，例如80mm，并且n4等于n6。

讓我們考慮根據現(xiàn)有技術的第一比較例1，其中直徑d4將等于87mm并且螺紋t4的數(shù)量將等于5。于是，應當被用于螺桿軸4的螺紋t4的螺距p4將等于導程l4除以螺紋t4的數(shù)量，即：

p4＝l4/n4＝80/5＝16mm。

這種長的螺距將意味著螺紋t4的深度d4將會非常高，使得在實際中在螺桿軸4上加工該螺紋將是長時間(long)和非常復雜的。由于其大尺寸，該螺紋的接觸(contact)的數(shù)量也將減少。這樣的幾何構造將不會在實際中實施。

可以考慮根據現(xiàn)有技術的第二比較例2，其中滿足導程l4等于40mm。在這種情況下，螺紋軸4上有五個螺紋t4，螺紋的螺距p4等于8mm，關系如下：

p4＝l4/n4＝40/5＝8mm。

另一方面，由于式5’，滾子的直徑d8為87/(5-2)＝29mm，并且由于式4，螺母的直徑d6為87+2×29＝145mm。這樣的機構合理地(reasonably)易于制造，但是導程不在80mm的范圍內，因為其等于40mm。

讓我們考慮根據現(xiàn)有技術的第三比較例，其中導程將為80mm，并且將在螺桿軸4上使用10個螺紋，其螺距p4等于8mm，這正如在示例2中的情況。在這種情況下，由于式5’，因此滾子的直徑d8將等于87/(10-2)＝11mm。并且，由于式4，螺母6的直徑將等于87+2×11＝109mm。因此，機構2的直徑將減小，這將降低其容量和魯棒性。在實際中，這樣的幾何構造將不會被實施。

現(xiàn)在讓我們考慮本發(fā)明的第一實施例，其在圖中示出并且得到80mm的導程l4，螺紋t4的數(shù)量n4等于10個。在這種情況下，螺距p4等于8，滾子的直徑d8等于29mm，這正如在前兩個比較例中的情況。在該示例中，數(shù)量n4和n6均等于數(shù)量n8的五倍。

換言之，由于螺紋t8的數(shù)量n8，能夠得到等于80mm的長導程l4、等于8mm的相對小的螺距p4和分別等于29mm和145mm直徑d8和d6，這確保了機構2的令人滿意的容量或魯棒性。

下面的表1中說明了比較例1、2和3以及本發(fā)明的第一實施例的螺桿軸4、滾子8和螺母6的直徑、導程、螺紋的數(shù)量和螺距的值。

表1(所有尺寸的單位均為mm)

在該表中，當考慮到導程l4等于60mm且螺紋t4的數(shù)量n4等于5或10時，給出了根據現(xiàn)有技術的另外兩個比較例4和5。

在本發(fā)明的第二實施例中，該導程l4利用十個螺紋t4得到，因此螺距p4為6mm，而滾子8和螺母6的直徑d8和d6保持可接受，分別為6和80mm。還在該示例中，數(shù)量n4和n6均等于數(shù)量n8的五倍。

在實際中，在本發(fā)明的兩個實施例中等于6或8mm的螺距p4、p6和p8在大多數(shù)情況下可以選擇在0、2與10mm之間，即，直徑d8在3與100mm之間，直徑d6在9與500mm之間。

在本發(fā)明的兩個實施例中，螺桿軸4、螺母6和滾子8上無需具有深螺紋。因此，深度d4、d6和d8能夠保持低于10mm，優(yōu)選低于6mm，而導程l4和/或l6大于50mm，優(yōu)選大于60mm。因此，螺紋的加工保持相對容易。

在表1中，如具有粗體分隔線的框中所示，對于兩個實施例，螺紋t8的數(shù)量n8等于2。然而，數(shù)量n8可以等于三個或三個以上。

在上面的表1中，螺桿軸4的導程l4和螺母6的導程l6相等，這是優(yōu)選的。然而，這并不是強制必須的，這取決于螺紋的數(shù)量n4和n6。

由于本發(fā)明，能夠得到具有長導程l4和l6的魯棒性好的行星滾子絲杠機構。

在所有實施例中，為了魯棒性的緣故，直徑d8小于直徑d4。

機構2的滾子8的數(shù)量可以不同于4個。在實際中，根據直徑d4、d6和d8，滾子8的數(shù)量大于3個，最多可達(upto)14個。

在所有的實施例中，數(shù)量n4和n6是數(shù)量n8的相同倍數(shù)，這是優(yōu)選的，這是因為這允許自由定位滾子8和自由選擇數(shù)量n8或滾子8。然而，數(shù)量n4和n6可以使用不用的值。

以上考慮的實施例和替代實施例的特征可以被組合以產生本發(fā)明的新實施例。