CN101046245A - 滚珠螺杆的回流道结构 - Google Patents

Abstract

一种滚珠螺杆的回流道结构，回流道结构是用以衔接螺帽的螺旋沟槽与回流孔，以便构成一个可供多数滚珠及间隔件循环的路径。由于间隔件是被两个滚珠夹持著作位移，因此在回流弯道中间隔件会被向内推挤位移，故而本发明藉由外移回流弯道的内弧线的圆心位置并加大其曲率半径，使外接于该内弧线的内导引面的弯曲程度变得较为和缓，让间隔件被向内推挤位移时仍不会碰撞回流弯道内导引面，而能使间隔件顺利地通过回流弯道。

Description

滚珠螺杆的回流道结构

技术领域

本发明涉及一种滚珠螺杆，尤指一种滚珠螺杆的回流弯道的内侧曲率较小且其截面呈非正圆形，以利于间隔件通过的回流道结构。

背景技术

在滚珠螺杆中为使其内部的各滚珠于滚动时，得以兼具顺畅及低噪音等效果，通常会在各滚珠之间设置间隔件，以避免滚珠相互碰撞与磨耗。

要在各滚珠间设置间隔件时，间隔件的尺寸设计是相当重要的，若间隔件尺寸过小，位在两相邻滚珠间之间隔件容易发生松动，甚至会产生间隔件倾倒而卡住滚珠的问题；若是间隔件尺寸过大，则间隔件外缘容易与流道的壁面接触而产生干涉问题，进而影响滚珠的正常运作。因此一般会将间隔件的尺寸设计得略小于滚珠直径，例如美国专利第6742408号专利，即是将间隔件的最大外径限定在滚珠外径的0.5～0.9倍之间，来解决前述的问题。

请参阅图1，其是现有的一种外循环的滚珠螺杆结构示意图，其主要是于螺帽81上对应螺旋槽82钻设回流孔83，再加装弯管84，以供滚珠7回流之用。

外循环的滚珠螺杆由于在外形空间上的限制较少，因此弯管84的曲率半径可以设计得较大，如此一来，前述将间隔件的最大外径限定在滚珠外径的0.5～0.9倍之间的作法，便能有效解决间隔件松动、倾倒以及干涉的问题，并且使滚珠7以及间隔件85能于弯管84中顺畅地运动。

但是，外露的弯管84容易遭受外力碰撞而发生变形，造成滚珠及间隔件通过时的干涉，严重时甚至会导致滚珠被卡死。再者，目前滚珠螺杆的结构设计已朝向轻量化与小型化发展，使得滚珠螺帽中可供滚珠回流的空间也相对缩小，外循环的滚珠螺杆不利于作小型化设计，而无外加结构的内循环的滚珠螺杆，则较符合轻量化与小型化的需求。

请参阅图2，其是现有的一种内循环的滚珠螺杆结构示意图，其主要是于螺帽91上钻设一回流孔92，并且于回流孔92两端分别设置一回流件93，而且各回流件93中分别设有一回流弯道931以供滚珠7与间隔件94通过，如美国专利第6176149号专利即是。

然而，在小型化的设计中，由于螺帽的外径缩小，因此回流件93的回流弯道931的曲率半径也会相对被限缩。回流弯道931的曲率半径被限缩后，滚珠7仍可滚动通过，但是位于两相邻滚珠间的间隔件94，因为并非以滚动的形式通过，而是被两个滚珠夹持著作位移，因此在回流弯道931中间隔件94会被推挤向内移，进而会发生间隔件94抵触回流弯道931内缘的现象，造成挤珠甚至是卡死的状况，如图3所示，而产生滚珠7无法正常回流的问题。

在滚珠螺杆的技术领域中，尚未有解决“间隔件抵触回流弯道内缘问题”的技术被提出。但是在线性滑轨的技术领域中有业者提出相关的解决方案，如美国专利第6513977号专利即是在线性滑轨中回流路径的弯曲部份与直线部份的衔接处设计一截角(chamfers)，使间隔件要从直线部份进入弯曲部份时不会发生干涉问题。

但是截角的设计只能解决回流路径的弯曲部份与直线部份衔接处不被间隔件碰触的问题，间隔件仍可能会碰触到回流弯道的其它部份而产生干涉问题。所以同一申请人便再提出进一步的改良设计，如美国专利第6663285号专利，其是针对线性滑轨的回流弯道的内缘部份作改善，将回流弯道内缘部份的曲率半径缩减，使回流弯道的内缘整个内缩，以避免发生间隔件碰触回流弯道内缘壁面的问题。

需再次强调的是，美国专利第6513977号及第6663285号专利所公开的都是线性滑轨的结构，要将运用于线性滑轨的结构转用到滚珠螺杆上，可能会遭遇到无法实施的问题。

因为在线性滑轨中回流弯道有较大的空间可供运用，所以线性滑轨的回流弯道通常可以设计成曲率半径较大的半圆形，让半圆形的回流弯道可以衔接两个平行的直线路径，是以在线性滑轨的回流弯道内缘部份可以采用同圆心半径缩减的设计。

但是在滚珠螺杆中，回流弯道通常被设计在端塞之中，请参阅图4，在端塞6中必需于回流弯道61的两端分别设计一段直线状的引道62、63，以供分别与螺帽的螺旋沟槽64以及平行于螺帽轴向的回流孔65衔接，因此回流弯道61两端之间的夹角会小于90度，所以如果将美国专利第6663285号所采用的同圆心半径减缩的技术手段运用在滚珠螺杆的端塞上，将会造成回流弯道61两端的引道62、63与螺旋沟槽64及回流孔65之间产生段差G，如图5所示，这会干扰滚珠的循环滚动，甚至会发生卡珠的问题。因此美国专利第6663285号所采用的“同圆心半径减缩”的技术手段并不能被转用到滚珠螺杆中来解决间隔件碰触回流弯道内缘壁面的问题。

因此，如何使滚珠螺杆回流件的回流道供滚珠与间隔件顺利通过，便成为本发明所要解决的主要课题。

发明内容

本发明的主要目的是在于解决前述问题，而提供一种能让被夹置于两个滚珠之间的间隔件顺利通过回流弯道的滚珠螺杆回流道结构。

为达成上述发明目的，所采用的技术方案如下：本发明的该滚珠螺杆是由一螺杆与一螺帽相互穿套所构成，而该螺杆与该螺帽相对设有螺旋沟槽以供多数滚珠以及间隔设于两相邻的滚珠间的多数间隔件容置于其中，且该螺帽设有轴向延伸的回流孔，并于该回流孔两端分别设有一端塞，且各端塞分别具有一回流道结构以分别衔接该螺旋沟槽与回流孔，使多数滚珠及多数间隔件可于螺帽内回流循环，而该回流道结构包括有一回流弯道以及分别衔接回流弯道两端与螺旋沟槽及回流孔的两段直线状的引道，该回流弯道是由一内导引面与一外导引面所组成，该内导引面是外接于一内弧线，该外导引面则外接于一外弧线，该内弧线的弧长是小于二分之一圆周长，且该内弧线的圆心是位于该外弧线的圆心远离该外弧线的一侧，使内、外弧线呈非平行的形态，让内导引面与外导引面所构成的回流弯道的截面呈非正圆形，使回流弯道有较大的截面让间隔件通过回流弯道时不会接触到内导引面。

由于间隔件并非以滚动的形式通过，而是被两个滚珠夹持著作位移，因此在回流弯道中间隔件会被向内推挤位移，所以回流弯道的内导引面必须向内退让，以免遭受间隔件碰撞。而经本发明人研究发现，间隔件被向内推挤的位移量会随着接近回流弯道的中点而逐渐增大，再随着远离回流弯道的中点而逐渐变小，因此内弧线向内退让的量只需随着间隔件被向内推挤的位移量作变化即可，故而本发明藉由外移内弧线的圆心位置并加大其曲率半径，使外接于该内弧线的内导引面的弯曲程度变得较为和缓(即曲率较小)，让间隔件被向内推挤位移时仍不会碰撞到内导引面，而能使间隔件顺利地通过回流弯道。

所述的滚珠螺杆的回流道结构，该外导引面的截面是呈半圆形，且该外导引面的直径至少等于该滚珠的直径，该内导引面的截面是呈U形而具有一圆弧段与一直线段，该圆弧段的直径至少等于该滚珠的直径，且该圆弧段是由该直线段与该外导引面衔接，使该回流弯道的截面呈长圆形。

所述的滚珠螺杆的回流道结构，该外导引面的截面是呈圆弧形，且该外导引面的直径至少等于该滚珠的直径，该内导引面的截面亦呈圆弧形，且该内导引面的直径是界于该间隔件的直径与该滚珠的直径之间，使该内导引面与该外导引面相接合形成一非正圆形截面的回流弯道。

再者，由于内弧线的圆心位置外移且加大曲率半径后，外接于该内弧线的内导引面与外接于外弧线的外导引面所共同组成的回流弯道，其截面便成为非正圆形。由于外导引面主要是供滚珠通过，因此该外导引面的直径至少等于该滚珠的直径，而该内导引面随着内弧线的变动后可以有不同的形态来与外导引面衔接。其一，该内导引面的截面可为U形而具有一圆弧段与一直线段，该圆弧段的直径至少等于该滚珠的直径，且该圆弧段是由该直线段与该外导引面衔接，使该回流弯道的截面呈长圆形；其二，该内导引面的截面是呈圆弧形，且该内导引面的直径是界于该间隔件的直径与该滚珠的直径之间，使该内导引面与该外导引面相接合形成一非正圆形截面的回流弯道。这两种型式的结构设计都可使间隔件顺利地通过回流弯道。

本发明的有益效果在于：本发明一种滚珠螺杆的回流道结构，其回流道结构是用以衔接螺帽的螺旋沟槽与回流孔，以便构成一个可供多数滚珠及间隔件循环的路径。由于间隔件是被两个滚珠夹持著作位移，因此在回流弯道中间隔件会被向内推挤位移，故而本发明藉由外移回流弯道的内弧线的圆心位置并加大其曲率半径，使外接于该内弧线的内导引面的弯曲程度变得较为和缓，让间隔件被向内推挤位移时仍不会碰撞回流弯道内导引面，而能使间隔件达到顺利地通过回流弯道的效果。

为了更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的实施方式说明及图式，然而此实施方式及图式仅供说明及参考用，而非用以对本发明做任何限制。

附图说明

图1是现有的一种外循环的滚珠螺杆结构示意图；

图2是现有的一种内循环的滚珠螺杆结构示意图；

图3是内循环的滚珠螺杆中间隔件抵触回流弯道内缘的示意图；

图4是现有技术的滚珠螺杆其回流弯道设计在端塞中的示意图；

图5是将回流弯道内缘以同圆心半径减缩的技术手段退让后引道与螺旋沟槽及回流孔产生段差的示意图；

图6是本发明的滚珠螺杆结构示意图；

图7是本发明的回流弯道结构的示意图；

图8是本发明的回流弯道的截面形态示意图；

图9是本发明第二实施例中回流弯道的截面形态示意图。

主要组件符号说明

螺杆1，螺帽2，螺旋沟槽11、21，回流孔22，滚珠3，间隔件4，端塞5，回流弯道51，引道52、53，内导引面511，外导引面512，内弧线I，外弧线O，半圆段A，直线段B，S：间隔件的外径，y：间隔件被向内推移的最大位移量，w：回流结构的两引道路径中心至内缘的距离，R：回流弯道原本的路径中心的曲率半径，B：滚珠的半径，d：间隔件的中心厚度，x：内弧线退让量最大值，r：回流弯道原本的内缘的曲率半径，m：r至两引道的内缘线交点的距离，α：两引道内缘的夹角，r2：退让后的内弧线I的半径，回流弯道51A，内导引面511A，外导引面512A。

具体实施方式

请参阅图6-图8，本实施例的滚珠螺杆是由一螺杆1与一螺帽2相互穿套所构成，而该螺杆1与该螺帽2相对设有螺旋沟槽11、21以供多数滚珠3以及间隔设于两相邻的滚珠间的多数间隔件4容置于其中，且该螺帽2设有轴向延伸的回流孔22，并于该回流孔22两端分别设有一端塞5，且各端塞5分别具有一回流道结构以分别衔接该螺旋沟槽21与回流孔22，使多数滚珠3及多数间隔件4可于螺帽2内回流循环。

请配合参阅图7，该回流道结构包括有一回流弯道51以及分别衔接回流弯道两端与螺旋沟槽21及回流孔22的两段直线状的引道52、53，该回流弯道51是由一内导引面511与一外导引面512所组成(参阅图8)，该内导引面511是外接于一内弧线I，该外导引面512则外接于一外弧线O，该内弧线I的弧长是小于二分之一圆周长，且该内弧线I的圆心是位于该外弧线O的圆心远离该外弧线的一侧(即内弧线的圆心外移)，使内、外弧线呈非平行的形态，让内导引面511与外导引面512所构成的回流弯道51的截面呈非正圆形，使回流弯道51有较大的截面让间隔件4通过时不会碰触到内导引面511A。

如图8所示的本实施例中，该外导引面512的截面是呈半圆形，且该外导引面512的直径至少等于滚珠3的直径，该内导引面511的截面是呈U形而具有一半圆段A与一直线段B，该半圆段A的直径至少等于滚珠3的直径，且该半圆段A是由该直线段B与该外导引面512衔接，使该回流弯道51的截面呈长圆形。

请参考图7、图8，由于间隔件4并非以滚动的形式通过，而是被两个滚珠3夹持著作位移，因此在回流弯道51中间隔件4会被向内推挤位移，所以回流弯道51的内导引面511必须向内退让，以免遭受间隔件4碰撞。经本发明设计人研究发现，间隔件4被向内推挤的位移量会随着接近回流弯道51的中点而逐渐增大，再随着远离回流弯道51的中点而逐渐变小，因此内弧线I向内退让的量只需随着间隔件4被向内推挤的位移量作变化即可。换言之，以间隔件4位于回流弯道51的中点时被向内推移的最大位移量y作为内弧线I退让量最大值x的参数，并考虑间隔件4的外径S以及相关的条件来定义出内弧线I的半径r2以及各相关条件，作出说明如下：

S：间隔件4的外径

y：间隔件被向内推移的最大位移量

w：回流结构的引道52、53路径中心至内缘的距离

R：回流弯道51原本的路径中心的曲率半径

B：滚珠3的半径

d：间隔件4的中心厚度(即两相邻间隔件的最小间距)

x：内弧线I退让量最大值

r：回流弯道51原本的内缘的曲率半径

m：r至两引道52、53的内缘线交点的距离

α：两引道52、53内缘的夹角

r2：退让后的内弧线I的半径

$y=R-\sqrt{R^2-{\left(\frac{2B+d}{2}\right)}^2}$

$x=[(\frac{s}{2}+y)-w]$

m＝r/sin(α/2)

sin(α/2)＝r2/((m-r+x)+r2)

$r2=\frac{(m-r+x)\·\sin (\mathrm{\α}/2)}{1-\sin (\mathrm{\α}/2)}$

经由上列五个式子可以分别求出x与r2的值，其中的x是内弧线I退让量的最大值，亦即内弧线I在两引道52、53内缘的夹角的分角线上的退让距离，而r2是退让后的内弧线I的曲率半径。

有了x与r2的值便能沿着α的分角线求得内弧线I的圆心，进而设计出退让后的内弧线I。

本发明通过外移内弧线I的圆心位置并加大其曲率半径r2，使外接于该内弧线I的内导引面511的弯曲程度变得较为和缓(即曲率较小)，让间隔件4被向内推挤位移时仍不会碰撞到内导引面511，而能使得间隔件4顺利地通过回流弯道51，不致发生间隔件4碰撞回流弯道的问题。

当然，本发明的回流弯道的截面形状，除了前述第一实施例所述的长圆形的形态之外，亦可以有其它的变化设计。请参阅图9，其是本发明第二实施例中回流弯道的截面形状，其中该外导引面512A的截面是呈圆弧形，且该外导引面512A的直径至少等于该滚珠的直径，以利于滚珠的通过，而该内导引面511A的截面亦呈圆弧形，且该内导引面511A的直径是界于该间隔件的直径与该滚珠的直径之间，使该内导引面511A与该外导引面512A相接合形成一非正圆形截面的回流弯道51A。

由于在弯道中只有间隔件会被向内推移，因此在本实施例当中仅将退让部份设计成可供间隔件通过的截面形状，如此亦可达到与前述第一实施例相同的功效。

Claims (3)

1.一种滚珠螺杆的回流道结构，滚珠螺杆是由一螺杆与一螺帽相互穿套所构成，其特征在于：所述螺杆与螺帽相对设有螺旋沟槽以供多数滚珠以及间隔设于两相邻的滚珠间的多数间隔件容置于其中，且该螺帽设有轴向延伸的回流孔，并于该回流孔两端分别设有一端塞，且各端塞分别具有一回流道结构以分别衔接该螺旋沟槽与回流孔，使多数滚珠及多数间隔件可于螺帽内回流循环，而该回流道结构包括有一回流弯道以及分别衔接回流弯道两端与螺旋沟槽及回流孔的两段直线状的引道，该回流弯道是由一内导引面与一外导引面所组成，该内导引面是外接于一内弧线，该外导引面则外接于一外弧线，该内弧线的弧长是小于二分之一圆周长，且该内弧线的圆心是位于该外弧线的圆心远离该外弧线的一侧，使内、外弧线呈非平行的形态，让内导引面与外导引面所构成的回流弯道的截面呈非正圆形，使回流弯道有较大的截面让间隔件通过回流弯道时不会碰触到内导引面。

2.根据权利要求1所述的滚珠螺杆的回流道结构，其特征在于：该外导引面的截面是呈半圆形，且该外导引面的直径至少等于该滚珠的直径，该内导引面的截面是呈U形而具有一圆弧段与一直线段，该圆弧段的直径至少等于该滚珠的直径，且该圆弧段是由该直线段与该外导引面衔接，使该回流弯道的截面呈长圆形。

3.根据权利要求1所述的滚珠螺杆的回流道结构，其特征在于：该外导引面的截面是呈圆弧形，且该外导引面的直径至少等于该滚珠的直径，该内导引面的截面亦呈圆弧形，且该内导引面的直径是界于该间隔件的直径与该滚珠的直径之间，使该内导引面与该外导引面相接合形成一非正圆形截面的回流弯道。

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