專(zhuān)利名稱(chēng):帶再循環(huán)衛(wèi)星滾柱的絲桿的制作方法
本發(fā)明的目的是提供一種帶有再循環(huán)衛(wèi)星滾柱的絲桿，這種絲桿用于機(jī)械工程，以提供微米范圍內(nèi)的特別精密的轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)。
在工業(yè)上經(jīng)常會(huì)碰到，一個(gè)零件只需要沿著直線被移動(dòng)一個(gè)非常小的距離。例如，將它作為鏡頭用于光學(xué)測(cè)量?jī)x上，在該鏡頭里，位置的調(diào)整與光線有關(guān)。在另一個(gè)例子可以發(fā)現(xiàn)，軋制機(jī)里的兩個(gè)各有100kg重的軋輥之間的間隙調(diào)整時(shí)要精確到10微米。
這種情況的問(wèn)題是，移動(dòng)的距離從人們可見(jiàn)的、即厘米范圍變成了極微小的運(yùn)動(dòng)。解決這個(gè)問(wèn)題的許多方法中的一種是使在固定的螺母內(nèi)的螺桿旋轉(zhuǎn)。因?yàn)槁輻U的螺距一般是1mm，螺桿旋轉(zhuǎn)一周，螺桿只在縱向移動(dòng)1mm，而旋轉(zhuǎn)一周的百分之一相應(yīng)地只移動(dòng)了10微米。現(xiàn)在要實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)百分之一周是容易的，例如，將周長(zhǎng)1米的操縱輪連接在螺桿上或利用一種步進(jìn)馬達(dá)。
螺桿和螺母之間的滑動(dòng)摩擦具有在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)突然降低的特征。換句話說(shuō)，靜止的螺桿開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的阻力一般認(rèn)為大于螺桿已經(jīng)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)后所受到的阻力。由于不可能立即降低開(kāi)始作用在螺桿上以使它運(yùn)動(dòng)的力矩，因此這種現(xiàn)象妨礙了非常小的移動(dòng)。
為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，一組帶有環(huán)形齒槽的滾柱環(huán)繞著螺桿置于螺桿和螺母之間，以便用穩(wěn)定的滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦。為了盡可能地降低這種滾動(dòng)摩擦，所有的零件都用鋼鐵之類(lèi)的硬質(zhì)材料制成，而螺桿和螺母的螺紋沿直線一側(cè)成90°，而環(huán)形齒槽用蓋板的形式也被調(diào)整到90°。這樣在各齒槽和相應(yīng)的螺紋之間只有一個(gè)接觸點(diǎn)。但是這將產(chǎn)生新的問(wèn)題，隨螺桿旋轉(zhuǎn)的這些滾柱也會(huì)縱向移動(dòng)，由此趨向于脫離螺母。因此需要提供一種裝置以便使?jié)L柱再循環(huán)，也就是說(shuō)使它們有規(guī)律地回到螺母的中間。
這種再循環(huán)一般可以通過(guò)在螺母的螺紋上形成的縱向凹槽和分別位于螺母進(jìn)口和出口處兩個(gè)凸輪的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣，如果在滾柱環(huán)繞著螺桿旋轉(zhuǎn)而到達(dá)凹槽前面的位置時(shí)，通過(guò)對(duì)著它的兩個(gè)凸輪中的一個(gè)被推離螺桿的螺紋而朝向螺母的內(nèi)部，這個(gè)距離根據(jù)凸輪突出的尺寸約是一個(gè)或兩個(gè)螺距大小。然后這些滾柱由滾柱隔離環(huán)橫向地推動(dòng)，回到相應(yīng)的螺紋上又恢復(fù)它的作用。
然而，這個(gè)系統(tǒng)在使用上有許多缺點(diǎn)。當(dāng)滾柱緊靠著凸輪時(shí)，會(huì)產(chǎn)生輕微的沖擊。當(dāng)該系統(tǒng)被頻繁使用時(shí)，例如以300轉(zhuǎn)/分的速度連續(xù)地往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些沖擊的結(jié)果會(huì)使整部機(jī)器振動(dòng)，并產(chǎn)生討厭的噪聲。根據(jù)機(jī)器的設(shè)計(jì)情況，這些振動(dòng)趨向擴(kuò)大和產(chǎn)生過(guò)早的摩損，而這種摩損將危及機(jī)器的總的可靠性。并且，凸輪的摩損將產(chǎn)生鐵屑，而這些鐵屑將會(huì)進(jìn)入螺桿的螺紋里，由此將破壞螺桿移動(dòng)的精度。
通過(guò)凸輪來(lái)移動(dòng)滾柱又將產(chǎn)生另一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)樗枰獫L柱移動(dòng)一個(gè)嚴(yán)格地等于螺桿的螺距的距離，否則就會(huì)出現(xiàn)“硬點(diǎn)”，也就是說(shuō)，在滾柱重新與螺桿和螺母的螺紋嚙合時(shí)，有一個(gè)過(guò)度的擠壓量。由于凸輪和滾柱是分開(kāi)制造的，這就需要精確地調(diào)整凸輪的凸出高度以及與凹槽接觸的滾柱的表面。這種嚴(yán)格的條件，會(huì)使制造的零件因報(bào)廢而產(chǎn)生相當(dāng)大量的浪費(fèi)，并必須非常小心，而精密的組合件將會(huì)使螺桿的最終費(fèi)用提高。
本發(fā)明的一個(gè)目的是通過(guò)推薦一種裝置來(lái)解決這些問(wèn)題，該裝置首先是用來(lái)防止沖擊的發(fā)生?？偟膩?lái)說(shuō)，它還應(yīng)該允許在零件的尺寸上有較大的配合公差。此外，根據(jù)本發(fā)明的裝置應(yīng)該由標(biāo)準(zhǔn)零件或結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的零件所組合而成，這樣，它們就能較容易地制造和裝配，從而降低了最終成本。
這些目的利用本發(fā)明提供的帶再循環(huán)衛(wèi)星滾柱的絲桿可以獲得，本發(fā)明的絲桿包括一螺母，一通過(guò)一組環(huán)繞著它的外周排列的滾柱而位于螺母中間的螺桿，一供滾柱再循環(huán)的余隙空間和一由螺紋連接在螺母兩端的蓋板，該蓋板有一供螺桿通過(guò)的通孔，但能將滾柱保持在螺母內(nèi)，其特征在于，滾柱的各端具有彈性裝置，它能使?jié)L柱回到螺母中間去。
根據(jù)一個(gè)較好的實(shí)施例，彈性裝置包括一位于滾柱軸上的空腔，和一個(gè)將銷(xiāo)釘推出空腔的彈簧，所述的銷(xiāo)釘頂壓著帶螺紋的蓋板。
最好用聚四氟乙烯或尼龍或其它的塑料來(lái)制造帶螺紋的蓋板。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，彈性裝置支承著一個(gè)具有帶螺紋的蓋板、一組放置在鋼珠軌道里的鋼珠和一固定墊圈的滾珠痤圈。
根據(jù)第三實(shí)施例滾珠座圈里的固定墊圈與滾柱隔離環(huán)形成一體。
根據(jù)第四實(shí)施例，滾柱通過(guò)兩塊厚的墊圈(一塊在上，一塊在下)被放置在互相關(guān)聯(lián)的位置上，這些墊圈各有一個(gè)滾柱的光滑端位于其中的環(huán)槽，并越過(guò)滾珠座圈作用到對(duì)應(yīng)的蓋板。
根據(jù)另一特點(diǎn)，供滾柱再循環(huán)的一個(gè)以上的余隙凹槽沿著螺桿形成。
作為一種改變，滾柱只有一半帶齒槽，另一半保持光滑，這些滾柱方向相反地交替地置于螺桿的外周。
本發(fā)明通過(guò)下面的、結(jié)合附圖表示的、并不是用來(lái)限制本發(fā)明的、示范的實(shí)施例被詳細(xì)地描述。
圖1 是帶有再循環(huán)滾柱的絲桿的縱剖面圖，在圖中，螺桿用立體圖表示，而滾柱只剖了下面一部分;
圖2 到圖4是安裝滾柱的不同方式的詳細(xì)剖面圖;
圖5 是余隙凹槽的另一實(shí)施例的橫剖面圖;
圖6 是滾柱的一種改變的縱剖面圖。
參看圖1，該裝置包括螺母110，螺桿101，一組帶有圓形空腔的、安裝在螺桿和螺母之間的滾柱108，以及兩塊分別位于上面的和下面的、留有供螺桿通過(guò)的通孔的、但使?jié)L柱保持在螺母內(nèi)的蓋板102。各蓋板由螺釘103固定。如圖1的A側(cè)所示，滾柱108的齒槽同時(shí)與螺母110上的螺紋及螺桿101上的螺紋嚙合。這些齒槽是用傳統(tǒng)的方式制成的，這樣，它們與每個(gè)有關(guān)螺紋的接觸是點(diǎn)接觸，以便降低滾動(dòng)摩擦。這些滾柱是通過(guò)隔離環(huán)114被依次排列的，滾柱的底部能在蓋板102上自由旋轉(zhuǎn)。由于只有滾動(dòng)摩擦存在，螺桿101就能如愿地慢慢地旋轉(zhuǎn)。
螺母110通常與機(jī)器的框架相連，而螺桿被用來(lái)移動(dòng)其位置需要調(diào)整的零件。這種結(jié)構(gòu)也可被反過(guò)來(lái)使用。假若那樣，由軸承支承的螺桿將與馬達(dá)的軸相連，從而螺桿旋轉(zhuǎn)，使螺母沿螺桿移動(dòng)。
顯而易見(jiàn)。當(dāng)螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾柱同時(shí)沿著螺桿和螺母滾動(dòng)，由此產(chǎn)生沿螺母向兩塊蓋板中的一塊的方向的移動(dòng)。為了使?jié)L柱在到達(dá)端部位置時(shí)能再循環(huán)，在螺母的螺紋處有一縱向延伸的余隙凹槽106，如圖1的B側(cè)所示。
在滾柱傳送運(yùn)動(dòng)時(shí)，推頂相應(yīng)蓋板102的銷(xiāo)釘104壓縮一相鄰的彈簧107。當(dāng)該滾柱位于余隙凹槽時(shí)，它就不再抵住螺母的一側(cè)，并在彈簧的作用下，變得與螺桿的螺紋分離，從而可以自由運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，受壓縮的彈簧將伸展，把滾柱推回到螺母的中間。由于回到中間位置，上面一個(gè)彈簧107和下面的一個(gè)彈簧107互相平衡，從而滾柱被穩(wěn)定。
由其它滾柱推動(dòng)的隔離環(huán)114將推動(dòng)該自由運(yùn)動(dòng)的滾柱回到螺母和螺桿的螺紋之間的位置上。接著發(fā)生的滾柱的向上或向下的移動(dòng)，根據(jù)具體情況由螺紋傳給余隙凹槽。盡管凸輪的存在將防止在一個(gè)或其它的方向的這種運(yùn)動(dòng)，但會(huì)產(chǎn)生“硬點(diǎn)”，現(xiàn)在借助于彈簧107能變得非常平穩(wěn)。
凹槽106的寬度基本上與滾柱的直徑相同，這樣，在一個(gè)時(shí)間里，只有一個(gè)滾柱被釋放。實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)已經(jīng)顯示出，如果滾柱的數(shù)量較多，例如大于10，最好所形成的凹槽的寬度等于相鄰的兩個(gè)滾柱之間的距離，這樣在原有的一個(gè)被重新送入螺紋之間的同時(shí)，又一個(gè)滾柱被釋放，這是減弱輕微沖擊的最好途徑。
要知道，各滾柱108的長(zhǎng)度和蓋板102的厚度是無(wú)關(guān)緊要的?？捎煤?jiǎn)單的加工方法在滾柱的各端開(kāi)一小空腔。彈簧和一般公差的銷(xiāo)釘能以較低的價(jià)格買(mǎi)到。在安裝時(shí)通過(guò)用粘性的黃油涂在銷(xiāo)釘?shù)膫?cè)面，并把它們保持在滾柱里，使得裝配能變得較為方便。這樣，本發(fā)明能以較低的費(fèi)用獲得具有較好功能的絲桿。
在這種基本形式里，銷(xiāo)釘104的圓端在銷(xiāo)釘環(huán)繞著螺母110的內(nèi)周移動(dòng)時(shí)摩擦著帶螺紋的蓋板102。為了降低這些滑動(dòng)摩擦的強(qiáng)度，這些蓋板102最好用聚四氟乙烯，尼龍或塑料等制成。此外，蓋板的一部分可以稍微緊密地套在螺桿101上，以便清除雜物。
圖2表示了第二實(shí)施例，其中銷(xiāo)釘104通過(guò)滾珠座圈支承著蓋板102，該滾珠座圈包括若干鋼珠113和一個(gè)墊圈112，這些都可從市場(chǎng)上買(mǎi)到。這個(gè)改進(jìn)在螺桿連續(xù)使用和銷(xiāo)釘不斷地與蓋板滑動(dòng)摩擦?xí)r特別重要，因?yàn)檫@種滑動(dòng)摩擦?xí)a(chǎn)生熱量，并消耗機(jī)械能。根據(jù)所要固定的鋼珠的大小在一個(gè)或兩個(gè)表面制出滾槽。
圖3表示了本發(fā)明的第三實(shí)施例，其中，上述的墊圈成為滾柱隔離環(huán)的一個(gè)整體部分，以便構(gòu)成單一的零件115。在這種結(jié)構(gòu)里，上述形式的滑動(dòng)摩擦，特別是銷(xiāo)釘或隔離環(huán)與蓋板之間的滑動(dòng)摩擦被完全消除，而只有鋼球113的轉(zhuǎn)微的滾動(dòng)摩擦。但是，這種構(gòu)件的成本略高些。
由于較小的螺距，或者是由于將結(jié)合附圖5所要說(shuō)明的某種原因，滾柱只是在各再循環(huán)里輕微地移動(dòng)，例如小于8mm，制造較復(fù)雜的滾柱隔離環(huán)114可以用圖4所示的上下兩個(gè)經(jīng)過(guò)改進(jìn)的墊圈117來(lái)代替。這些厚的墊圈在它們的外周上具有接納滾柱108的環(huán)槽118。這些滾柱是經(jīng)過(guò)改變的，各滾柱的端部有光滑部分105，它們的直徑比環(huán)槽118的寬度略小。
從圖4中可以看清楚，其中滾柱108嚴(yán)格地位于相對(duì)于螺母110的中間位置上，環(huán)槽118的深度和光滑部分105的長(zhǎng)度至少是滾柱108在兩個(gè)再循環(huán)之間的最大移動(dòng)量h的兩倍。如前所述，滾珠座圈102還會(huì)降低摩擦力，因此將減少機(jī)械能的損失。
除了增加機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單性外，這種結(jié)構(gòu)能使?jié)L柱相互靠近安裝，這樣，被接納在指定外周里的滾柱的數(shù)量就可以增加，結(jié)果，螺桿的最大軸向負(fù)載就可以增加。還可以看到，滾柱在螺紋之間的再嵌入有助于兩個(gè)墊圈117互相重新排列。
由于余隙凹槽106的位置現(xiàn)在不取決于凸輪的位置，可以發(fā)現(xiàn)在螺桿上開(kāi)一凹槽是有利的，例如，如圖5所示，可使用沿螺桿縱向延伸的平面120來(lái)代替。在螺桿上做這樣的切削加工是非常簡(jiǎn)單的。
第二種形狀的凹槽121完全消除了任何尖角，這樣，在再循環(huán)后，為滾柱108重新進(jìn)入螺紋之間提供了額外的平穩(wěn)性。
較重要的是，在這種裝置里，滾柱的再循環(huán)不是發(fā)生在滾柱繞螺母的一個(gè)完整旋轉(zhuǎn)后，換句話說(shuō)，不是發(fā)生在等于一個(gè)螺距的縱向移動(dòng)后，而是在螺桿上的凹槽一旦接納滾柱的同時(shí)，其發(fā)生是較快的。給定的滾柱的再循環(huán)的頻率和位置基本上取決于螺桿的外徑和螺母的內(nèi)徑，那里有相應(yīng)的螺紋。例如，圖5所示裝置的大小，意味著滾柱在繞螺母只轉(zhuǎn)動(dòng)三分之二后將被再循環(huán)。在那種情況下，滾柱被縱向移動(dòng)螺距值的三分之二。這樣，在螺母中供滾柱運(yùn)動(dòng)的空隙就減小，如圖4中的距離h所示。相反，如供運(yùn)動(dòng)的空隙的數(shù)值是給定的，例如，6mm，那么就可在螺母上開(kāi)出多頭螺紋和較大的螺距。這種螺紋比制造一個(gè)單頭螺紋要快得多。
要注意，所有滾柱的再循環(huán)不再發(fā)生在某一點(diǎn)，而是在螺母的整個(gè)圓周上，這樣，裝置能繞著中心軸平衡地運(yùn)轉(zhuǎn)。
對(duì)于大直徑的螺桿來(lái)說(shuō)，意味著有較多的滾柱環(huán)繞著螺桿，這時(shí)最好環(huán)繞著螺桿的周邊等距地開(kāi)幾個(gè)余隙凹槽，以便有更多的再循環(huán)。
在某些情況下，需要對(duì)螺桿“預(yù)先加載”，或者限制螺桿和螺母之間的所有的軸向游動(dòng)，或者增加裝置的剛度，或者增加螺桿開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)所需要的最小力矩。這種預(yù)先加載的裝置如圖6所示，它所表示的螺母含有均帶螺紋的上部件124和下部件126，以及一校準(zhǔn)鑰109，所有的零件都被裝入盒130里。校準(zhǔn)鑰109的厚度略小于或大于螺桿的螺距。當(dāng)校準(zhǔn)鑰的厚度小于螺桿的螺距時(shí)，所有切入上部件124的螺紋下壓 10切入下部件126的螺紋上推同一個(gè)滾柱108。這樣，滾柱向螺桿施加作用力。這種收緊作用增加了滾動(dòng)摩擦，以及螺桿開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)所需要的最小力矩。
在這種情況下，在螺紋之間的滾柱重新嵌入時(shí)就會(huì)出現(xiàn)硬點(diǎn)。為了將這種嵌入作用的強(qiáng)度降低一半，在圖6里的滾柱128有一半是光滑的，而另一半是帶齒的。這些滾柱128環(huán)繞著螺桿方向相反地被交替安裝，即一個(gè)上部光滑的滾柱緊跟著一個(gè)下部光滑的滾柱，它們被交替地再循環(huán)。上部的余隙凹槽可以相對(duì)于下部的余隙凹槽交錯(cuò)排列，這種交錯(cuò)排列可以適應(yīng)同時(shí)再循環(huán)兩個(gè)滾柱的需要或其它情況。因此，這種結(jié)構(gòu)可照顧到中間部位動(dòng)作的對(duì)稱(chēng)性。
本發(fā)明提供的對(duì)帶有再循環(huán)的滾柱的絲桿的改進(jìn)能同樣地用于小的構(gòu)件和大的部件。圖1所示的絲桿，其突出的特點(diǎn)在于，銷(xiāo)釘直接支承聚四氟乙烯蓋板，并且余隙凹槽位于螺母內(nèi)，這種絲桿最好作用在一個(gè)小零件上，如電子裝置里的線性電位計(jì)。這種絲桿與現(xiàn)在使用的最基本形式的絲桿一樣。要選擇的零件，諸如滾珠座圈，由墊圈117代替的滾柱隔離環(huán)，在螺母上的或在螺桿上的余隙凹槽的位置，以及部分光滑的滾柱的使用，是根據(jù)想要的各絲桿的特殊用途，以及技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的因素決定的。
對(duì)于較重的、位置的變化不超過(guò)1毫米的零件，用來(lái)控制它的螺桿需要較粗的螺桿螺紋以及較大的螺桿螺距。在這種情況下，最好使用在滾珠座圈上周轉(zhuǎn)的固定墊圈117，以及具有一個(gè)或較多的余隙凹槽121以限制滾柱縱向移動(dòng)的螺桿。
為了有效的潤(rùn)滑以使彈簧107可靠動(dòng)作，比較有益的是在各銷(xiāo)釘?shù)母鞫擞幸豢v向小空腔。
權(quán)利要求
1.帶再循環(huán)衛(wèi)星滾柱的絲桿，包括一螺母，通過(guò)排列在它外周的一組滾柱而被安裝在螺母中間的一螺桿，一供滾柱再循環(huán)的余隙空間，以及一螺紋連接在螺母各端的、留有通過(guò)螺桿的通孔的、但是將滾柱保持在螺母里的蓋板，其特征在于，在滾柱的各端具有使它們回到螺母中間去的彈性裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的帶再循環(huán)衛(wèi)星滾柱的絲桿，其特征在于，彈性裝置包括在滾柱的軸里縱向形成的一空腔，以及一將銷(xiāo)釘推出空腔和頂推帶螺紋的蓋板的彈簧。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的帶再循環(huán)衛(wèi)星滾柱的絲桿，其特征在于，帶螺紋的蓋板是由聚四氟乙烯或尼龍或塑料制成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的帶再循環(huán)衛(wèi)星滾柱的絲桿，其特征在于，各滾柱的彈性裝置支承一包括帶螺紋的蓋板、一組安裝在軌道里的鋼珠和一固定墊圈的滾珠座圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的帶再循環(huán)衛(wèi)星滾柱的絲桿，其特征在于，滾珠座圈里的固定墊圈與滾柱隔離環(huán)形成一體。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的帶再循環(huán)衛(wèi)星滾柱的絲桿，其特征在于，滾柱通過(guò)兩塊厚的墊圈(一塊在上，一塊在下)被放置在互相關(guān)聯(lián)的位置上，這些墊圈具有接納滾柱的光滑端的環(huán)槽，并越過(guò)滾珠座圈延伸作用于對(duì)應(yīng)的蓋板。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的帶再循環(huán)衛(wèi)星滾柱的絲桿，其特征在于，沿著螺桿有一個(gè)以上的產(chǎn)生滾柱再循環(huán)的余隙凹槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的帶再循環(huán)衛(wèi)星滾柱的絲桿，其特征在于，滾柱只有一半帶有齒槽，其余的一半是光滑的，這樣形成的滾柱互相方向相反地置于螺桿的外周。
專(zhuān)利摘要
置于螺母110內(nèi)的螺桿外周的滾柱108的各端具有一空腔，空腔內(nèi)有彈簧107和銷(xiāo)釘114。當(dāng)滾柱進(jìn)入余隙凹槽106內(nèi)時(shí)，推頂著蓋板102的彈簧/銷(xiāo)釘組合件，使?jié)L柱朝向螺母的內(nèi)部再循環(huán)。通過(guò)滾柱再次嵌入螺桿的和螺母的螺紋之間而使?jié)L柱復(fù)位，這種裝置使螺桿運(yùn)轉(zhuǎn)靈活。
文檔編號(hào)G12B5/00GK87101219SQ87101219
公開(kāi)日1988年7月6日 申請(qǐng)日期1987年12月23日
發(fā)明者貝爾納·迪呂索 申請(qǐng)人:貝爾納·迪呂索導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan