CN101087967A

CN101087967A - 滚珠螺杆

Info

Publication number: CN101087967A
Application number: CNA2005800441624A
Authority: CN
Inventors: 水口淳二
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2007-12-12
Also published as: EP1830105A1; JPWO2006068201A1; WO2006068201A1; US20080127763A1

Abstract

一种滚珠螺杆1，其中将螺杆轴2拧入螺母4，其中该螺杆轴2在外周中具有螺旋形螺杆轴侧滚珠滚压凹槽6，该螺母4在内周中具有面向螺杆轴侧滚珠滚压凹槽6的螺母侧滚珠滚压凹槽8，多个载荷滚珠10可滚动地设置在由螺杆轴侧滚珠滚压凹槽6和螺母侧滚珠滚压凹槽8形成的螺旋形载荷滚压路径12中，具有小于载荷滚珠10的直径的间隔滚珠20相对于载荷滚珠10的串均匀地设置，并且将间隔滚珠20的数量与载荷滚珠10的数量的比值(间隔滚珠比值)设定在1％至5％的范围内。

Description

滚珠螺杆

技术领域

本发明涉及一种在各种馈送设备中使用的滚珠螺杆，特别地涉及供机床等中使用需要高载荷容量的滚珠螺杆。

背景技术

此前，如在用于车辆等的皮带式连续变速传动(CVT)中使用的滚珠螺杆，已在专利文献1中示出。在该滚珠螺杆中，螺杆轴被拧入螺母，其中该螺杆轴在外周中具有螺旋形螺杆轴侧滚珠滚压凹槽，该螺母在内周中具有面向螺杆轴侧滚珠滚压凹槽的螺母侧滚珠滚压凹槽。

此外，载荷滚珠路径由螺杆轴侧滚珠滚压凹槽和螺母侧滚珠滚压凹槽形成，并且多个载荷滚珠可滚动地设置在该载荷滚压路径中。于是，构造使得通过螺母相对于螺杆轴旋转，该螺母经由载荷滚珠的滚动沿轴向方向移动。

通常，以下是所了解的滚珠螺杆的相对滑移。

载荷分布存在于滚珠螺杆的承载面积中，并且作用在各个滚珠上的载荷(滚珠载荷)不是恒定的。每轴旋转的滚珠旋转角度由下列等式表示。

等式1

U = \frac{{πd}_{m}}{2 \cos β} {1 - {(\frac{Dw}{d_{m}} \cos α \cos^{2} β)}^{2}}

在此，每个变量指示如下。

U：滚珠旋转角度

d_m：滚珠中心轨迹沿载荷滚压路径的直径

Dw：滚珠直径

α：接触角

β：导程角

在凹槽的垂直部分中，接触角是形成在连接滚珠中心和凹槽接触点中心的线与通过滚珠中心的螺杆轴中心线的正交线之间的角度。由于当滚珠载荷增加时接触点中心沿凹槽槽脊的方向滑动，所以接触角根据滚珠载荷变化。此外，上述等式表明滚珠旋转角度由接触角决定。由于各个滚珠载荷不恒定，各个接触角也不同。因此，各个滚珠的旋转角度也不恒定。

由于有时各个滚珠的旋转角度在同一滚珠螺杆的循环路径上不同，所以相邻滚珠在承载面积上彼此接近并彼此邻接。此时，由于在载荷作用下两个滚珠沿相同的方向旋转，所以“相对滑移”出现在彼此强烈摩擦的滚珠中，引起滚珠的过早磨损。但是，滚珠螺杆具有承载面积和非承载面积，当滚珠通过非承载面积时不出现相对滑移，而当滚珠再次进入承载面积时相对滑移出现。

相对滑移是不合需要的，因为其引起滚珠的初期磨损。为此，为了减小相对滑移，此前已知的是在载荷滚珠之间放入间隔滚珠。将具有比载荷滚珠小的直径的间隔滚珠设置在多个载荷滚珠之间，并且间隔滚珠的数量与载荷滚珠的数量的比值为4∶1(20％)、3∶1(25％)、2∶1(大约33％)或1∶1(50％)中的任何一个。于是，通过使得多个载荷滚珠中与间隔滚珠接触的载荷滚珠在与间隔滚珠接触的侧面上向前旋转，出现在各个滚珠之间的相对滑移减少，提高操作效率。

[专利文件1]JP-A-2002-188705(图1)

但是，在此前描述的现有滚珠螺杆中，由于间隔滚珠的数量与载荷滚珠的数量的比值高，并且承载载荷的载荷滚珠数量减少，所以滚珠螺杆的载荷容量和刚度降低。

发明内容

本发明要解决的问题

已构思了精力集中在此前所描述类型的问题的本发明具有提出一种滚珠螺杆的目的，该滚珠螺杆不但减少出现在滚珠之间的相对滑移并提高操作效率，而且通过防止在载荷容量和刚度上的减小，能够改善可操作性和耐用性。

为了实现该目的，根据本发明的第一方面，设有一种滚珠螺杆。

根据本发明的方面，与不使用间隔滚珠的规格相比较，通过使得多个载荷滚珠中与间隔滚珠接触的载荷滚珠在与间隔滚珠接触的侧面上向前旋转，不但出现在各个滚珠之间的相对滑移减少，而且滚珠螺杆的操作效率得到改善，载荷滚珠的磨损率显著降低。此外，与专利文献1相比较，通过将间隔滚珠的数量与载荷滚珠的数量的比值设定在1％至5％的范围内，能够防止滚珠螺杆在载荷容量和刚度上的减小。

此时，说明书将给出将间隔滚珠的数量与载荷滚珠的数量的比值设定在1％至5％的范围内的原因。在将间隔滚珠与载荷滚珠的数量的比值设定在1％或较高的情况下，与将所有的滚珠用作载荷滚珠的情况相比较，载荷滚珠的滚珠磨损率显著降低。此外，在间隔滚珠与载荷滚珠的数量的比值超过5％的情况下，载荷滚珠的磨损率几乎不降低。因此，即使在将间隔滚珠的数量比值设定成超过5％的情况下，由于不能预期载荷滚珠磨损率的降低，所以该设定仅仅导致滚珠螺杆在载荷容量和刚度上的减小。因此，将间隔滚珠与载荷滚珠的数量的比值设定在1％至5％的范围内。

接下来，根据本发明的第二方面，将间隔滚珠相对于载荷滚珠的串均匀地设置。

根据本发明的方面，由于载荷滚珠均匀地设置在载荷滚压路径中，所以能够防止滚珠螺杆在载荷容量和刚度上的降低。

本发明的优点

根据本发明的方面，通过间隔滚珠的最小必需数量，不但出现在滚珠之间的相对滑移减少，而且滚珠螺杆的操作效率得到改善，由于防止了滚珠螺杆在载荷容量和刚度上的降低，所以能够提高滚珠螺杆的可操作性和耐用性。

附图说明

图1是本发明的滚珠螺杆的轴向剖视图；

图2是本发明的滚珠螺杆的主要部分的剖视图；和

图3是示出在本发明滚珠螺杆上的持久性试验的结果的图表。

具体实施方式

附图标记和记号的说明

1滚珠螺杆

2螺杆轴

4螺母

6螺杆轴侧滚珠滚压凹槽

8螺母侧滚珠滚压凹槽

10载荷滚珠

12载荷滚压路径

14循环管

16返回路径

20间隔滚珠

本发明的最佳实施方式

接下来，在参考附图的同时，将给出本发明实施例的说明。

首先，参考图1和2，将给出本发明的实施例的构造的说明。图1是本发明的滚珠螺杆1的轴向剖视图，而图2是图1中主要部分的剖视图。

如图1和2所示，在实施例的滚珠螺杆1中，螺杆轴2被拧入螺母4，其中该螺杆轴2在外周中具有螺旋形螺杆轴侧滚珠滚压凹槽6，该螺母4在内周中具有面向螺杆轴侧滚珠滚压凹槽6的螺母侧滚珠滚压路径8。

此外，由螺杆轴侧滚珠滚压凹槽6和螺母侧滚珠滚压凹槽8形成螺旋形载荷滚压路径12，并且多个载荷滚珠10可滚动地设置在载荷滚压路径12中。于是，一种构造，使得通过螺母4相对于螺杆轴旋转，该螺母4经由载荷滚珠10的滚动沿轴向方向移动。

其直径小于载荷滚珠10的间隔滚珠20设置在多个载荷滚珠10之中。载荷滚珠10由钢制材料、例如高碳铬轴承钢形成，而间隔滚珠20由弹性系数比载荷滚珠10小的材料(例如合成树脂)形成，其具有的直径比载荷滚珠10的直径小20μm至50μm的量级。

在此，间隔滚珠20的数量与载荷滚珠的数量之间的比值在1％至5％的范围内。此外，间隔滚珠20相对于载荷滚珠10的串均匀地设置，并且设置在邻近间隔滚珠20之间的一串中的载荷滚珠10在数量上等于另一串中载荷滚珠10的数量。图2示出间隔滚珠20的数量与载荷滚珠10的数量的比值为5％的状态，即设置在载荷滚珠10的串之间的间隔滚珠20的数量是本发明中最大的状态。即，间隔滚珠的数量与载荷滚珠的数量的比值为19∶1(5％)。

此外，连接到螺母4外周的大致U形循环管14分别在其中已形成返回路径16，返回路径16的任一端部与载荷滚压路径12连通。于是，由载荷滚压路径12和返回路径16形成用于载荷滚珠10和间隔滚珠20的环形循环路径。

接下来，将给出具有此前所描述的构造的滚珠螺杆1的操作、工作效应等的说明。

当螺母4相对于螺杆轴2旋转、并经由载荷滚珠10的滚动运动而沿轴向方向移动时，载荷滚珠10和间隔滚珠20在环形的循环路径中滚动地循环。此时，在环形循环路径中循环的载荷滚珠中与间隔滚珠20接触的载荷滚珠在与间隔滚珠20接触的侧面上向前旋转时，出现在滚珠之间的相对滑移减少。

因此，在实施例滚珠螺杆1的情况下，当螺母4相对于螺杆轴2旋转时，由于出现在滚珠之间的相对滑移减少，所以滚珠螺杆1的操作效率提高，使得能够在滚珠螺杆1的可操作性上提高。

此外，由于间隔滚珠20的数量与载荷滚珠10的数量的比值设定在1％至5％的范围内，所以能够通过间隔滚珠的最小必需数量，基本上防止滚珠螺杆载荷容量和刚度的减小，并减小出现在载荷滚珠10中的初始磨损。因此，能够提高滚珠螺杆1的耐用性。

以下，参考图3，将给出间隔滚珠20的数量与载荷滚珠10的数量的比值和出现在载荷滚珠10中的初始磨损之间的关系的说明。

图3是示出在利用现有的滚珠螺杆耐久寿命测试机将过量载荷施加到实施例的滚珠螺杆1的情况下，间隔滚珠20的数量与载荷滚珠10的数量的比值和载荷滚珠10的初始磨损量之间的关系的图表。在此，过量载荷设定在30000N，并且载荷滚珠10的初始磨损量设定为在100km的运转后载荷滚珠10的磨损率。

以下示出本耐久寿命测试的条件。

使用中的滚珠螺杆的轴承编号：NSK滚珠螺杆50×10×1000-C5

基本动力载荷定额：64600N

测试机名称：由NSK制造的滚珠螺杆耐久寿命测试机

预载荷：2000N

测试载荷：轴向载荷＝30000N

最高转速：1000min^-1

行程：500mm

润滑脂：Albania No.2(Showa Shell Sekiyu K.K.)

此外，间隔滚珠20的数量与载荷滚珠10的数量的比值(以下称为间隔滚珠比值)以十种方式设定：0％、1％、2％、3％、4％、5％、20％、25％、33.4％和50％，耐久寿命测试在每个间隔滚珠比值处进行。

附图中竖直轴线指示滚珠磨损速率，而水平轴线指示间隔滚珠比值。滚珠磨损率是在每个间隔滚珠比值处的耐久寿命测试中100km运转后，通过出现在载荷滚珠10中尺寸变化的平均比率所获得的值。

如图所示，在间隔滚珠比值为1％或更低的情况下，与间隔滚珠比值为0％的情况相比较，载荷滚珠10的滚珠磨损率显著降低。此外，在间隔滚珠比值超过5％的情况下，载荷滚珠的磨损率几乎不降低。

因此，通过间隔滚珠最小必需数量将间隔滚珠比值设定在1％至5％的范围内(在附图中由R指示的范围)，以及载荷滚珠的磨损率显著减小，能够基本上防止滚珠螺杆1载荷容量和刚度减小，使得能够提高滚珠螺杆1的承载力。此外，通过载荷滚珠10的磨损率显著降低，能够延长滚珠螺杆1的使用寿命。

此外，由于间隔滚珠20均匀地设置到载荷滚珠10的串，所以载荷均匀的施加到填装到载荷滚压路径12里的载荷滚珠10，使得能够提高滚珠螺杆1的耐用性。

尽管在实施例的滚珠螺杆1中间隔滚珠20均匀地设置在多个载荷滚珠10之间，但本发明不限于此，设置在邻近间隔滚珠20之间的一串中的载荷滚珠10在数量上与另一串中的载荷滚珠10不同是可接受的。

此外，尽管在实施例的滚珠螺杆1中间隔滚珠20形成为具有比滚珠10小20μm至50μm的量级的直径，但本发明不限于此，只要间隔滚珠20的直径比载荷滚珠10的直径小就足够。

尽管已参考特定的实施例详细描述了本发明，但对于本领域的技术人员很明显的是在不偏离本发明的精神和范围的情况下，能够作出各种变型和改变。

本申请基于2004年12月22日提交的日本专利申请(No.2004-370816)，并且该申请的内容在此作为参考全文引用。

工业应用性

根据本发明，通过间隔滚珠的最小必需数量，不但出现在滚珠之间的相对滑移减少，而且滚珠螺杆的操作效率得到改善，由于防止了滚珠螺杆在载荷容量和刚度上的降低，所以提供在可操作性和耐用性上得到改善的滚珠螺杆。

Claims

1.一种滚珠螺杆，包括：

螺杆轴，该螺杆轴在其外周中具有螺旋形螺杆轴侧滚珠滚压凹槽；

螺母，该螺母在内周中具有面向所述螺杆轴侧滚珠滚压凹槽的螺母侧滚珠滚压凹槽；

多个载荷滚珠，该多个载荷滚珠可滚动地设置在形成在两个滚珠滚压凹槽之间的载荷滚压路径中；和

间隔滚珠，该间隔滚珠设置在所述载荷滚珠之间，并且具有比所述载荷滚珠小的直径，其中

将所述间隔滚珠的数量与所述载荷滚珠的数量的比值设定在1％至5％的范围内。

2.如权利要求1所述的滚珠螺杆，其中

所述间隔滚珠相对于所述载荷滚珠的串均匀地设置。