CN101676576A - 滚珠螺杆模块及其使用的循环装置 - Google Patents

Abstract

一种滚珠螺杆模块及其使用的循环装置，其中滚珠螺杆模块主要包含有螺杆、螺帽、滚珠链条与设至于螺帽的循环装置。其中，螺杆与螺帽形成有第一滚动轨道，循环装置可与第一滚动轨道相连，具有第一与第二转弯部位，包含有第一导引沟与第二导引沟，位于第一转弯部位时，第一导引沟的曲率半径大于第二导引沟的曲率半径，位于第二转弯部位时，第一导引沟的曲率半径小于第二导引沟的曲率半径。

Description

滚珠螺杆模块及其使用的循环装置

技术领域

本发明是提供一种滚珠螺杆模块，特别是一种具有滚珠链条的滚珠螺杆模块。

背景技术

滚珠螺杆的原理，是在螺杆与螺帽之间加入钢珠，以钢珠滚动运动，取代传统艾克姆螺杆(ACME)的滑动摩擦传动，大大降低摩擦耗损，有助于维持高效率与高精度。

滚珠的使用使得螺杆的移动更为顺畅，然而，相邻的滚珠在滚动过程中，容易彼此碰撞并发出很大的噪音，这样的碰撞使得滚珠寿命缩短，连带影响整体螺杆装置的寿命。

为了改善此一问题，公知技术提出以链条固定滚珠的装置，美国公告专利5,993,064更进一步提供一种改良式的滚珠链条，该滚珠链条是以具有弹性的材料制成，并包含四个带状物固定滚珠的四周，使该链条可任意方向地自由弯折，而滚珠仍固定在相同的位置，该滚珠链条并可应用在线性滑轨以及滚珠螺杆等装置中。

然而，在滚珠螺杆模块中，尚需设有一循环路径，导引滚珠回流至螺旋状沟槽中，以形成不断循环的滚珠轨道。使用滚珠链条时，当行经上述的循环路径时，链条必须改变运动方向，才能形成回流。然，若此循环路径未经良好设计，则链条难以顺畅地通过并改变行进方向，因此公知的设计，其链条因为不当地扭转及拉扯而产生断裂。请参见图1，前述美国公告专利5,993,064虽提及其滚珠链条可以应用在螺杆装置，并在螺帽内设有循环装置供滚珠链条回流，然而，却未提及如何让滚珠链条顺畅通过循环装置的设计，在实际应用上，由于链条两侧在从螺旋轨道进到循环装置时，会进行三维回转，若回转路径未经过特殊角度的设计，则链条的内侧会被挤压，而外侧会被拉扯，两侧因变形量的不同，而产生断裂。故目前虽有设有滚珠链条的线性滑轨上市，但是设有滚珠链条的滚珠螺杆却一直无法被设计及制造出来。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种滚珠螺杆模块，可使滚珠链条在螺帽内顺畅的移动，使该滚珠螺杆模块达到高效率与高精度。

本发明的另一目的在于提供一种滚珠螺杆模块，其设有循环装置于螺帽内供滚珠链条回流，以形成一不断循环的路径(endless track)。

本发明的另一目的在于提供一种滚珠螺杆模块的循环装置，该循环装置具有两个导引沟以引导滚珠链条的方向，且该些导引沟于循环路径的转弯部位具有特殊设计，使滚珠链条可以顺畅的通过并且不会被不当的挤压或拉扯。

本发明的滚珠螺杆模块主要包含有：螺杆、螺帽、滚珠链条、以及循环装置。螺杆的外表面具有螺旋状的第一滚动沟槽；螺帽套设于螺杆外，其内表面具有螺旋状的第二滚动沟槽，与上述的第一滚动沟槽具有一对应关系，可对合形成螺旋状的第一滚动轨道。滚珠链条是于第一滚动轨道内移动，主要包含：复数个滚珠与承载滚珠的保持器。保持器进一步包含复数个间隔部、第一链接组件与第二链接组件。间隔部是用以固定并间隔滚珠，第一链接组件与第二链接组件用以串连复数个间隔部，第一链接组件并与第二链接组件具有一间距，使滚珠置于间隔部、第一链接组件与第二链接组件之间。其中，上述第一滚动沟槽的截面半径略等于滚珠的半径。又为了避免滚珠链条在移动时，其第一链接组件与第二链接组件受到伤害，因此，螺杆所包含的第一牙峰部，以及螺帽所包含的第二牙峰部表面粗糙度均小于Rmax＝25微米。循环装置设置于螺帽，主要包含一循环路径，与前述的第一滚动轨道相连，用以提供滚珠链条通过，循环路径的截面半径略等于上述的第一滚动轨道的截面半径。其中，为了导引滚珠链条移动，循环路径形成有第一转弯部位、第二转弯部位、第一导引沟与第二导引沟。第一导引沟位于循环路径的一侧，用以提供上述滚珠链条的第一链接组件通过，第一导引沟具有第一曲率半径。第二导引沟位于循环路径的另一侧，与第一导引沟具有一固定距离，用以提供上述滚珠链条的第二链接组件通过，第二导引沟具有一第二曲率半径。当滚珠链条通过上述的第一转弯部位与第二转弯部位时，会形成三维空间的回转，其原理在于：当上述的第一导引沟与第二导引沟通过第一转弯部位时，第一导引沟的第一曲率半径会大于第二导引沟的第二曲率半径，而当上述的第一导引沟与第二导引沟通过第二转弯部位时，第一导引沟的第一曲率半径会小于第二导引沟的第二曲率半径，且第一导引沟的总长略等于第二导引沟的总长，故通过导引沟的第一链接组件与第二链接组件也会随着回转曲率的变化而形成三维空间的回转。

本发明相较于公知的滚珠螺杆模块，具有下列优点：本发明滚珠螺杆模块中的循环装置，具有导引沟的设计，且导引沟在转弯部位具有特殊曲率半径的设计，使滚珠链条可在循环装置中的转弯部位，沿特定路径做三维空间的回转，并且因两侧导引沟的总长度大略相等，滚珠链条的第一链接组件与第二链接组件不会因转弯部位而造成不当的拉扯或挤压。

附图说明

图1是一剖面图，显示公知技术滚珠螺杆模块与滚珠链条的构造。

图2是一立体图，显示本发明所提出的滚珠螺杆模块的螺帽与螺杆外观。

图3是一剖面图，显示本发明所提出的滚珠螺杆模块的滚珠链条与循环装置。

图4是一剖面图，显示本发明所提出的滚珠螺杆模块的螺帽内表面的第二滚动沟槽以及第二牙峰部。

图5是一剖面图，显示本发明所提出的滚珠螺杆模块的第一滚动轨道。

图6是一立体图，显示本发明所提出的滚珠螺杆模块的滚珠链条。

图7是一立体图，显示本发明所提出的滚珠螺杆模块的滚珠链条的保持器，以及该保持器在循环路径中沿导引沟扭转的旋向。

图8A是一立体图，显示本发明所提出的滚珠螺杆模块的螺帽与循环装置。

图8B是一立体图，显示本发明所提出的滚珠螺杆模块的循环装置下半部剖面图。

图8C是一立体图，显示本发明所提出的滚珠螺杆模块的循环装置上半部剖面图、且由下往上看的视图。

图9A是一分解示意图，显示本发明所提出的滚珠螺杆模块的内循环式滚珠螺杆模块。

图9B是一剖面图，显示本发明所提出的滚珠螺杆模块的内循环式滚珠螺杆模块的螺帽内部，其滚珠链条与循环装置的配合状态。

图10A是一分解示意图，显示本发明所提出的滚珠螺杆模块的端塞式滚珠螺杆模块。

图10B是一立体图，显示本发明所提出的滚珠螺杆模块的循环装置端塞式滚珠螺杆模块的螺帽内部。

附图中主要组件符号说明

滚珠螺杆模块200

螺杆210

螺帽220

滚珠链条300

循环装置400

第一滚动沟槽212

第一牙峰部214

第二滚动沟槽222

第二牙峰部224

第一滚动轨道230

滚珠310

保持器320

间隔部322

第一链接组件324

第二链接组件326

间距W

第一转弯部位U1

第二转弯部位U2

循环路径410

第一导引沟412

第二导引沟414

循环路径中心线曲率半径R

第一曲率半径R1

第二曲率半径R2

安装孔224

第一通孔226

安装槽227，228

第二通孔229

端塞401，402

具体实施方式

由于本发明公开一种滚珠螺杆模块，其中所利用的机构传动原理，已为相关技术领域具有通常知识者所能明了，故以下文中的说明，不再作完整描述。同时，以下文中所对照的附图，是表达与本发明特征有关的结构示意，并未亦不需要依据实际尺寸完整绘制，事先叙明。

请参见图2、图3、图4与图5，是根据本发明所提出的第一较佳实施例，为一种滚珠螺杆模块200，主要包含有：螺杆210、螺帽220、滚珠链条300、以及循环装置400。螺杆210的外表面具有一螺旋状的第一滚动沟槽212；螺帽220套设于螺杆210外，其内表面具有一螺旋状的第二滚动沟槽222，与上述的第一滚动沟槽212具有一对应关系，可对合形成一螺旋状的第一滚动轨道230。其中，循环装置400可为一个或复数个。

请参见图4、图5、图6与图7。滚珠链条300的构造主要包含复数个滚珠310与用以承载滚珠310的保持器320。保持器320进一步包含复数个间隔部322、第一链接组件324与第二链接组件326。间隔部322是用以间隔该滚珠310，第一链接组件324与一第二链接组件326是用以串连该复数个间隔部322，且第一链接组件324与第二链接组件326具有间距W，此间距W大约等于滚珠310的直径，可使滚珠310平稳地置于间隔部322、第一链接组件324与第二链接组件326之间。滚珠链条300是于滚珠螺杆模块200内的第一滚动轨道230内移动，其中，为达精密传动的效果，第一滚动沟槽212的截面半径略等于滚珠310的半径W/2较佳。又为了避免滚珠链条300在移动时，其第一链接组件324与第二链接组件326受到伤害，因此，螺杆210所包含的第一牙峰部214，以及螺帽所包含的第二牙峰部224表面粗糙度皆以小于Rmax＝25微米为较佳。

请参见图3、图5、图8A、图8B与图8C。为引导滚珠链条300回流至第一滚动轨道230中，滚珠螺杆模块200包含了循环装置400，其设置于螺帽220，具有一循环路径410与前述的第一滚动轨道230相连，以形成一不断循环的路径(endless track)。循环路径410具有第一转弯部位U1与第二转弯部位U2，用以导引滚珠链条300通过。循环装置400进一步形成有第一导引沟412与第二导引沟414。其中，该循环路径410的截面半径以略等于第一滚动轨道230的截面半径较佳。第一导引沟412位于循环路径410的一侧，用以供滚珠链条300的第一链接组件324通过。第二导引沟414位于循环路径410的另一侧，与该第一导引沟412对向设置，用以供滚珠链条300的第二链接组件326通过。

为了使滚珠链条300平顺地、不受拉扯或挤压地通过上述的第一转弯部位U1与第二转弯部位U2时，需导引滚珠链条300形成三维空间的回转。其原理如下：

假设循环路径410中心线的曲率半径为R，第一导引沟具有第一曲率半径R1，该第二导引沟414具有第二曲率半径R2，当上述的第一导引沟412与第二导引沟414通过该第一转弯部位U1时，该第一导引沟412的第一曲率半径R1会大于循环路径410中心线的曲率半径R、以及第二导引沟414的第二曲率半径R2，其中以R1≥R+W/2、R2≤R-W/2为较佳；而当上述的第一导引沟412与第二导引沟414通过该第二转弯部位U2时，第一导引沟412的第一曲率半径R1会小于循环路径410中心线的曲率半径R、以及第二导引沟414的第二曲率半径R2，其中以R1≤R-W/2、R2≥R+W/2为较佳，故可以导引通过第一与第二导引沟的第一链接组件324与第二链接组件326会随着第一与第二曲率半径R1、R2的变化而形成三维空间的回转。此外，很重要的是，根据本发明所提出的实施方式，会使得循环路径中心线总长、第一导引沟412的总长度以及第二导引沟414的总长度，三者为相等，因此滚珠链条300的第一链接组件324与第二链接组件326在通过循环路径410时不会因曲率半径的改变而造成不当的拉扯或挤压。

上述滚珠螺杆模块是以保持器承载滚珠并以固定间距间隔开来，使得滚珠不会在行进中彼此碰撞，延长滚珠的寿命。此外，循环装置内的第一与第二导引沟设计，使得滚珠链条可在循环装置中的第一与第二转弯部位，沿特定路径与曲率做三维空间的回转，又因滚珠链条两侧的第一与第二导引沟的总长度大略相等，使得滚珠链条的第一链接组件与第二链接组件不会因转弯部位造成不当的拉扯或挤压，使滚珠链条可顺畅地在此滚珠螺杆模块中移动，达到良好的运作效能。

请参见图8A、图8B与图8C。本发明进一步提供第二较佳实施例，为一种循环装置400，供使用于滚珠螺杆模块的螺帽220，尤其是外循环式滚珠螺杆模块的螺帽。其中每个螺帽220可以装设一个、二个或多个循环装置400。于此实施例中，螺帽220进一步包含复数个贯穿该螺帽本体的安装孔224，是用以安装该循环装置400，并使该循环装置400的一部分固定于于该螺帽220外缘。每个循环装置400具有第一转弯部位U1与第二转弯部位U2，用以提供滚珠链条300通过。循环装置400主要包含循环路径410、第一导引沟412与第二导引沟414。此循环装置400的特征如前述第一较佳实施例的循环装置400所述。

请参见图9A与图9B。本发明进一步提供第三较佳实施例，为一种循环装置400，供装设于滚珠螺杆模块的螺帽220内部，尤其是内循环式滚珠螺杆模块的螺帽。于此实施例中，螺帽220的内表面进一步包含第一通孔226，使循环装置400可设置于该第一通孔226中。此循环装置400的主要特征如前述第一较佳实施例的循环装置400所述。

请参见图10A与图10B，本发明进一步提供第四较佳实施例，为一种循环装置，供装设于滚珠螺杆模块的螺帽，尤其是端塞式滚珠螺杆模块的螺帽。于此实施例中，螺帽220包含有两安装槽227，228，以及第二通孔229，用以连通该两安装槽227，228。循环装置包含有端塞401，402，是设置于该两安装槽中227，228。其中，第一转弯部位U1位与第二转弯部位U2分别设置于端塞401，402中，且部份的循环路径设置于第二通孔229中。此循环装置的主要特征如前述第一较佳实施例的循环装置400所述。

以上，本发明已由各个实施例及其相关附图而清楚载明。然而，本领域技术人员应当了解的是，本发明的各个实施例在此仅为例示性而非为限制性，亦即，在不脱离本发明实质精神及范围的内，上述所述及的各组件的变化例及修正例均为本发明所涵盖。本发明的保护范围由申请的权利要求范围所加以界定。

Claims (10)

1、一种滚珠螺杆模块，包含：

一螺杆，其外表面具有一第一滚动沟槽；

一螺帽，套设于该螺杆外，且该螺帽的内表面具有一第二滚动沟槽，其中该第二滚动沟槽与该第一滚动沟槽具有一对应关系，可对合形成一第一滚动轨道；

一滚珠链条，于该第一滚动轨道内移动，其包含复数个滚珠与承载该复数个滚珠的保持器，该保持器主要包含：

复数个间隔部，用以固定并间隔该复数个滚珠；与

一第一链接组件与一第二链接组件，用以串接该复数个间隔部，该第一链接组件与一第二链接组件相隔一间距；

一循环装置，设置于该螺帽，具有一循环路径与该第一滚动轨道相连，用以提供该滚珠链条通过，该循环路径具有第一转弯部位与第二转弯部位；

其特征在于：

该循环路径在该第一转弯部位与该第二转弯部位做三维空间的回转，且该循环装置形成有第一导引沟与第二导引沟用以分别导引该滚珠链条的第一链接组件与一第二链接组件，在该第一转弯部位时，该第一导引沟的曲率半径大于第二导引沟的曲率半径，在该第二转弯部位时，该第一导引沟的曲率半径小于第二导引沟的曲率半径。

2、如权利要求1的滚珠螺杆模块，其特征在于，在该第一转弯部位时，该第一导引沟的曲率半径大于该循环路径中心线的曲率半径，在该第二转弯部位时，该第一导引沟的曲率半径小于该循环路径中心线的曲率半径。

3、如权利要求2的滚珠螺杆模块，其特征在于，该滚珠链条的第一链接组件与第二链接组件相隔的间距为W，该循环路径中心线的曲率半径为R，该第一导引沟的曲率半径为R1，该第二导引沟的曲率半径为R2，在该第一转弯部位时，R1≥R+W/2、R2≤R-W/2，在该第二转弯部位时，R1≤R-W/2、R2≥R+W/2。

4、如权利要求3的滚珠螺杆模块，其特征在于，该第一导引沟总长度与该第二导引沟的总长度为相等。

5、如权利要求1的滚珠螺杆模块，其特征在于，该螺杆进一步包含一第一牙峰部，且该螺帽进一步包含一第二牙峰部，其中，该第一牙峰部与该第二牙峰部的表面粗糙度小于Rmax＝25微米。

6、如权利要求1的滚珠螺杆模块，其特征在于，该第一滚动沟槽的截面半径略等于该滚珠的半径，且该第一滚动轨道的截面半径略等于该循环路径的截面半径。

7、如权利要求1的滚珠螺杆模块，其特征在于，该螺帽可进一步包含复数个贯穿该螺帽本体的安装孔，该些安装孔用以安装该循环装置，并使该循环装置的一部分固定于于该螺帽外缘。

8、如权利要求1的滚珠螺杆模块，其特征在于，该螺帽的内表面包含一第一通孔，使该循环装置可设置于该第一通孔中。

9、如权利要求1的滚珠螺杆模块，其特征在于，该螺帽包含：

两安装槽，设于该螺帽内缘的两端；

一第二通孔，用以连通该两安装槽。

10、如权利要求9的滚珠螺杆模块，其特征在于，该循环装置包含两端塞，设置于该两安装槽中，其中，该第一转弯部位与第二转弯部位分别设置于该两端塞中。

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