CN101676577B

CN101676577B - 滚珠螺杆模块及其循环装置

Info

Publication number: CN101676577B
Application number: CN2008101608343A
Authority: CN
Inventors: 郭长信
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: CN101676577A

Abstract

一种滚珠螺杆模块，主要包含有一螺杆、一螺帽、一滚珠链条与一设置于螺帽的循环装置。其中，螺杆与螺帽形成有第一滚动轨道，第一滚动轨道沿第一螺旋方向排列。循环装置与第一滚动轨道相连，具有一循环路径，循环路径包含一中间路径、中间路径两端的接续路径、以及至少一导引沟。导引沟导引滚珠链条于接续路径以第二螺旋方向旋转，其中，第二螺旋方向相反于上述的第一螺旋方向。所述导引沟导引滚珠链条于中间路径以第三螺旋方向旋转，其中，该第三螺旋方向相同于上述的第一螺旋方向。

Description

滚珠螺杆模块及其循环装置

技术领域

本发明是提供一种滚珠螺杆模块，特别是一种具有循环装置的滚珠螺杆模块，该循环装置设置于螺帽。

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，先前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，因此已知的设计，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，由于链条的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

为了解决前述问题，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运动，使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，以形成不中断的循环路径(endless track)。

本发明的循环装置至少具有1导引沟以引导滚珠链条的方向，通常设计两导引沟，以稳定地引导滚珠链条顺利地回流。设计重点在于使导引沟在每一段区域内的长度和循环路径的中心线的长度近似，使循环路径转折时，滚珠链条的中心线长度近似于其侧面(或两侧)的导引沟长度，避免因为两者在某一区域内的长度差异偏大而使滚珠链条发生挤压或拉扯。因此，滚珠链条可以顺畅地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；螺帽是套设于螺杆外，其内表面具有一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，可对合形成一螺旋状的第一滚动轨道，第一滚动轨道沿第一螺旋方向排列。所谓螺旋方向是指螺旋的型式是右旋或是左旋，所谓右旋是指螺旋的旋转方向是以右手的四支非拇指弯曲的方向旋转时，螺旋是向右手的拇指方向前进；反的，所谓左旋是指螺旋的旋转方向是以左手的四支非拇指弯曲的方向旋转时，螺旋是向左手的拇指方向前进。滚珠链条是于第一滚动轨道内移动，主要包含多个滚珠与承载滚珠的保持器。保持器进一步包含多个间隔部、至少一链接组件。为使保持器的强度更佳，可设计二链接组件，即第一链接组件及第二链件组件。间隔部是用以固定并间隔滚珠，第一链接组件与(或)第二链接组件用以串连多个间隔部，且第一链接组件并与第二链接组件具有一间距，使滚珠稳定地置于间隔部、第一链接组件与第二链接组件之间。循环装置是设置于螺帽，主要包含一循环路径，该循环路径两端与前述的第一滚动轨道相连，循环路径的截面半径略大于滚珠的半径，用以提供滚珠链条通过。为了导引滚珠链条顺畅移动，循环路径进一步包含中间路径、与该中间路径两端连通的接续路径，该接续路径的另一端与该第一滚动轨道连通、以及一条沿循环路径设置的导引沟。而当保持器设有二链接组件时，则导引沟的数量也需为二。导引沟是用以引导滚珠链条的第一链接组件与(或)第二链接组件，依据本发明所提出的导引沟是经3D几何的分析，引导滚珠链条在接续路径中相对循环路径中心线以第二螺旋方向旋转，其中，第二螺旋方向恰相反于第一滚动轨道排列的第一螺旋方向。也就是说，如果第一螺旋方向为右旋，则第二螺旋方向是呈左旋；反的，若第一螺旋方向为左旋，则第二螺旋方向是呈右旋。同时，导引沟并引导滚珠链条在中间路径相对循环路径中心线以第三螺旋方向旋转，其中，第三螺旋方向相同于上述的第一螺旋方向。当滚珠链条依序通过接续路径、中间路径与接续路径后，可完成顺畅的转向与回流的动作。

本发明相较于已知的滚珠螺杆模块，具有下列优点：本发明滚珠螺杆模块中的循环装置，具有特殊的导引沟，且导引沟在上述接续路径与中间路径会沿循环路径中心线做不同旋向的螺旋旋转，以引导滚珠链条完成转向回流的动作，并且因循环路径两侧(或一)侧的导引沟的长度和循环路径的长度尽可能相等，使得滚珠链条的链接组件在通过上述的循环路径时，不会造成不当的拉扯或挤压。

附图说明

由于本发明是揭露一种滚珠导螺杆装置及其螺帽与循环装置，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，是表达与本创作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，需事先说明，其中：

图1是一剖面图，显示已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。

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。

具体实施方式

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是套设于螺杆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，使滚珠链条300可在第一滚动轨道230中运动，且第一滚动轨道230沿第一螺旋方向S₁/M₁排列，即当螺帽220是沿图3中的第一旋转方向S₁旋转时，则螺帽220是朝第一运动方向M₁行进，于此实施例中，该第一螺旋方向S₁/M₁是为右旋。其中，循环装置400可为一个或多个。

请参见图5、图6与图7。滚珠链条300的构造主要包含多个滚珠310与用以承载滚珠310的保持器320。保持器320进一步包含多个间隔部322及链接组件。在此实施例中，为使保持器320的强度更佳，故设计两链接组件，即第一链接组件324与第二链接组件326。该两链接组件均沿螺杆210的外(径)表面及螺帽220的内(孔)表面设置，使其运动时可顺畅的沿螺杆210及螺帽220间之间隙运动，而不需在螺杆210或螺帽220上额外加工一供该两链接组件运动的空间。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用以串连该多个间隔部322，且第一链接组件324与第二链接组件326具有一间距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可于第一滚动轨道230内移动，其中，为达精密传动的效果，第一滚动轨道230的截面半径略等于滚珠310的半径较佳。

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，以形成一不中断的循环路径(endless track)。其中，该循环路径410的截面宽度以略大于所述滚珠310的直径较佳。循环路径410具有一中间路径412与该中间路径两端的接续路径414。其中，该中间路径412大致呈一直线，且该中间路径412的中心线是与该螺杆210的轴线成不相交的歪斜。该循环路径410的中间路径412与接续路径414进一步形成有两个导引沟416，用以供滚珠链条300的第一链接组件324与第二链接组件326通过。其中，该两导引沟416在每一小区段内的长度与循环路径410中心线长度尽可能相等。

请参见图3、图5、图7、图8A、图8B与图8C。为了使滚珠链条300通过循环装置400再回流至螺旋状的第一滚动轨道230中，导引沟416必须先引导并改变滚珠链条300在原有第一滚动轨道230的行进方向，再导引该滚珠链条300接续回第一滚动轨道230的行进方向。其原理如下：

当上述的导引沟416导引该滚珠链条300通过该接续路径414时，为了使导引沟416的外侧长度减少而内侧长度增加，以使在接续路径414进入中间路径412的转弯过程中，两侧的导引沟416和循环路径410中心线长度尽可能相等，该导引沟416导引该滚珠链条300相对循环路径的中心以第二螺旋方向S₂/M₂旋转，即滚珠链条300是沿第二运动方向M₂行进时，滚珠链条300沿第二旋转方向S₂旋转，其中，该第二螺旋方向S₂/M₂相反于第一滚动轨道230排列的第一螺旋方向S₁/M₁，于此实施例中，该第二螺旋方向S₂/M₂是为左旋。因为接续路径414及中间路径412概呈一剖面为圆形的三维路径，导引沟416刻意向转弯的内侧倾斜可以减少导引沟416的长度，而导引沟416如果刻意向转弯的外侧倾斜则可以增加导引沟416的长度，故本发明使用此三维的空间特性，调整两导引沟416的长度。当上述的导引沟416导引该滚珠链条300通过该中间路径412时，该导引沟416导引该滚珠链条300相对循环路径的中心沿第三螺旋方向S₃/M₃运动，即滚珠链条300沿第三运动方向M₃行进时其同时沿第三旋转方向S₃旋转，其中，该第三螺旋方向S₃/M₃相同于第一滚动轨道230排列的第一螺旋方向S₁/M₁，于此实施例中，该第三螺旋方向S₃/M₃是为右旋。

上述的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，循环装置内的导引沟设计，可引导滚珠链条在循环装置中沿特定路径改变行进方向，而达到回流的目地。又因滚珠链条两侧的导引沟的长度相等，约等于循环路径的中心线长度，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，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进一步包含多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。循环装置400具有一循环路径410。循环路径410具有一中间路径412与该中间路径两端的接续路径414。该循环路径410的中间路径412与接续路径414进一步形成有两个导引沟槽416。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220，尤其是端塞式滚珠螺杆模块的螺帽。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。循环装置包含有两端塞401、402，是设置于该两安装槽中227、228。此循环装置具有一循环路径，且循环路径具有一中间路径与该中间路径两端的接续路径。其中，中间路径设置于第一通孔中229，接续路径分别设置于两端塞401、402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，熟习该项技术者当了解的是，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之内，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。缘此，本发明是由权利要求范围所加以界定。

Claims

1.一种滚珠螺杆模块，其包含：

一螺杆，其外表面具有一螺旋状的第一滚动沟槽；

一螺帽，套设于该螺杆外，且该螺帽的内表面具有一螺旋状的第二滚动沟槽，其中该第二滚动沟槽与该第一滚动沟槽具有一对应关系，可对合形成一螺旋状的第一滚动轨道，该第一滚动轨道沿第一螺旋方向排列；

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

多个间隔部，用以间隔该多个滚珠；与

一链接组件，用以串接该多个间隔部；

一循环装置，设置于该螺帽，具有一循环路径，用以提供该滚珠链条通过，该循环路径主要包含一中间路径以及与该中间路径两端连通的接续路径，该接续路径的另一端与该第一滚动轨道连通；

其特征在于：

该循环路径的中间路径及两端的接续路径形成有一导引沟，该导引沟导引该滚珠链条在该两接续路径中以第二螺旋方向旋转，该导引沟导引该滚珠链条在该中间路径以第三螺旋方向旋转，其中，该第二螺旋方向相反于该第一螺旋方向，且该第三螺旋方向相同于该第一螺旋方向。

2.如权利要求1所述的滚珠螺杆模块，其特征在于，该中间路径进一步包含一直线段，且该直线段的中心线与该螺杆的轴线呈不相交的歪斜。

3.如权利要求1所述的滚珠螺杆模块，其特征在于，该第一滚动轨道的截面之轮廓包覆所述滚珠，使所述滚珠可从该第一滚动轨道通过。

4.如权利要求1所述的滚珠螺杆模块，其特征在于，该循环路径的截面半径大于所述滚珠的半径。

5.如权利要求1所述的滚珠螺杆模块，其特征在于，该导引沟在中间路径及两端的接续路径的长度和循环路径在中间路径及两端的接续路径的中心线的长度近似。

6.如权利要求1所述的滚珠螺杆模块，其特征在于，该螺帽可进一步包含多个贯穿该螺帽本体的安装孔，所述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该螺帽外缘。

7.如权利要求1所述的滚珠螺杆模块，其特征在于，该螺帽的内表面可进一步包含一第一通孔，使该循环装置设置于该第一通孔中。

8.如权利要求1所述的滚珠螺杆模块，其特征在于，该螺帽进一步包含：

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。

9.如权利要求8所述的滚珠螺杆模块，其特征在于，该循环装置可进一步包含两端塞，设置于该两安装槽中，其中，该中间路径设置于该第二通孔中，所述接续路径分别设置于所述端塞中。

10.如权利要求1所述的滚珠螺杆模块，其特征在于，该链接组件沿该螺杆的外表面及该螺帽的内表面设置，使其运动时沿该螺杆及该螺帽间之间隙运动。