CN101852281A - 圆锥轴承螺旋传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆锥轴承螺旋传动机构，包括外表面形成有螺旋形凹槽的丝杆，套在丝杆外部用于将丝杆的旋转运动转变成直线运动的圆筒机构，该圆筒机构上分布有与前述丝杆螺旋形凹槽的凹入锥度相吻合的若干凸出部。其中，凸出部为其内圈形成为圆锥形凸出外形的滚珠轴承，在圆筒机构上与丝杆的螺旋形凹槽相对应的位置上形成有若干个凹入的用于安装轴承的安装位，轴承安装于其中，以其内圈与丝杆的螺旋形凹槽接触。本发明克服现有技术的缺陷，开发一种纯滚动的圆锥轴承螺旋传动机构，承载能力大，摩擦系数小，运动精度高，且工作稳定、结构简单、价格低廉。

Description

圆锥轴承螺旋传动机构

技术领域

本发明属于滚动螺旋传动的创新技术，具体说是圆锥轴承螺旋传动机构。

背景技术

螺旋传动能将旋转运动转化为直线运动，也可以将直线运动转化为旋转运动，在各种机械设备中得到了广泛应用。

常见的螺旋传动分为滑动、滚动和静压三种形式，滑动螺旋传动虽结构最简单，但摩擦系数高、传动效率低，易出现低速爬行和颤动，多数在低速和运动精度低的场合使用。滚动螺旋传动具有摩擦系数低、无爬行等优点，但是压力角大，所以承载能力小，制造成本高，只能适用于小载荷机械传动。静压滑动螺旋传动副动态性能好，但结构特别复杂，需要配备专用的液压系统，加工精度很高，价格是常用螺旋传动副的十倍以上。

机械技术的发展，特别是交流伺服电机的出现，迫切需要一种承载能力大、传动效率高、结构简单、价格低廉的新型螺旋传动方式。本人经过二年的潜心研究，该项目现在取得了突破性的进展。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，开发一种纯滚动的圆锥轴承螺旋传动机构，承载能力大，摩擦系数小，运动精度高，且工作稳定、结构简单、价格低廉。

本发明是通过下述技术方案得以实现的：

圆锥轴承螺旋传动机构，包括外表面形成有螺旋形凹槽的丝杆，套在丝杆外部用于将丝杆的旋转运动转变成直线运动的圆筒机构，该圆筒机构上分布有与前述丝杆螺旋形凹槽的凹入锥度相吻合的若干凸出部。其中，凸出部为其内圈形成为圆锥形凸出外形的滚珠轴承，在圆筒机构上与丝杆的螺旋形凹槽相对应的位置上形成有若干个凹入的用于安装轴承的安装位，轴承安装于其中，以其内圈与丝杆的螺旋形凹槽接触。

根据对上述技术方案的进一步设置，圆筒机构的外围还设置有均载圈，该均载圈的内壁紧贴着圆筒机构的外壁，并与滚珠轴承的外端接触，用于支持所述滚珠轴承。

更进一步，在均载圈和滚珠轴承之间还设置有调整垫片，用于调整所述轴承的径向位置。

更进一步，调整垫片靠近均载圈的一端形成有一凸起，该凸起与均载圈接触；另一端为中间有凹槽的圆盘，与滚珠轴承接触。

均载圈的数量为1-5个之间。

丝杆与滚珠轴承的圆锥形凸出接触处是一条直线，该直线是螺面的母线，直线与旋转轴心线的夹角为60-80度，  旋转过程同时向轴方向移动，是斜螺面。

丝杆的压力角a和轴承接触角θ符合公式a＝arctg(ktg θ)k＝1～2的关系。

调整垫片一端为中间有凹槽的圆盘，另一端有圆柱形凸起，并配置了厚度略有不同的多种规格。

均载圈在装配完成后，其薄型内壁紧贴着调整垫片的圆柱形凸起。

综上所述，由于以上的结构设置，由螺母圆筒、多个圆锥滚子轴承、多个调整垫片和均载圈及卡簧组成的螺母部件，有点像传统意义上的螺旋传动的螺母，由于圆锥头在丝杆凹槽内是滚动运动，所以，螺旋的丝杆和螺母部件之间是纯滚动摩擦，比现有技术的滑动摩擦大大降低了摩擦系数达数倍之多，且可以传递重载荷，不会出现重载荷下常见的“咬死”现象。

本发明有二种工况：一是当丝杆在固定位置旋转时，丝杆凹槽就推动圆锥滚子轴承的圆锥头，使螺母部件前进或后退(视丝杆旋向而定)；二是当螺母部件在固定位置旋转时，圆锥滚子轴承的圆锥头就推动丝杆凹槽，使丝杆前进或后退。

本发明突破了圆锥滚子轴承的常规结构和常规用法，用带圆锥头的圆锥滚子轴承组成螺旋传动的螺母凸起部分，从而实现螺旋传动副零件之间的纯滚动摩擦，大大减少了摩擦力，增大了承载能力，提高了运动精度，而且工作稳定，结构简单，制造成本低廉，为伺服电机的广泛应用，提供了大载荷滚动螺旋传动。

附图说明

图1为圆锥轴承螺旋传动机构的装配外形图；

图2为圆锥轴承螺旋传动机构的俯视图；

图3为圆锥轴承螺旋传动机构纵向剖视图；

图4为圆锥轴承螺旋传动机构局部放大图；

图5为螺母部件装配外形图；

图6为螺母部件的剖视图；

图7为螺母部件的俯视图；

图8为螺母部件的结构分解图；

图9为本发明的圆锥滚子轴承剖视图和受力方向示意图；

图10为现有技术圆锥滚子轴承剖视图。

附图标记说明：

1丝杆，1-1凹槽滑道，2螺母圆筒，2-1轴承安装孔，2-2正螺旋曲面，3圆锥滚子轴承，3-1圆锥头，4调整垫片，4-1圆柱形凸起，5均载圈，6卡簧。

具体实施方式

下面结合实施例和附图来进一步阐述本发明：

如图1-图8所示的圆锥轴承螺旋传动机构，

包括外表面形成有螺旋形凹槽的丝杆1，套在丝杆1外部用于将丝杆的旋转运动转变成直线运动的圆筒机构(螺母圆筒)2。螺母圆筒2上分布有与丝杆1螺旋形凹槽的凹入锥度相吻合的若干凸出部。其中，凸出部为其内圈形成为圆锥形凸出外形的圆锥头3-1的滚珠轴承3。在螺母圆筒2上与丝杆1的螺旋形凹槽相对应的位置上形成有若干个凹入的用于安装轴承的安装孔2-1，轴承3安装于其中，以其内圈与丝杆的螺旋形凹槽接触。螺母圆筒2的外围还设置有均载圈5，均载圈5的内壁紧贴着螺母圆筒2的外壁，并与滚珠轴承3的外端接触，用于支持滚珠轴承3。均载圈5和滚珠轴承3之间还设置有调整垫片4，用于调整轴承3的径向位置。调整垫片4靠近均载圈5的一端形成有一凸起4-1，该凸起与均载圈接触；另一端为中间有凹槽的圆盘，与滚珠轴承接触。

轴承安装孔2-1轴心线都沿螺母圆筒2的各自正螺旋曲面2-2分布，二个正螺旋曲面在轴心线方向相差距离在0.2～0.6 mm左右，且和螺母圆筒的轴心线相垂直，螺母圆筒2的基准正螺旋曲面2-2其螺旋外径、螺距和丝杆的基准螺旋曲面相同。由于二个正螺旋曲面在轴心线方向相差0.2～0.6 mm左右距离，所以有部分的轴承圆锥头3-1紧贴着在丝杆1的凹槽滑道1-1的上壁滚动，另外多余部分的轴承圆锥头3-1紧贴着在丝杆1的凹槽滑道1-1的下壁滚动，而且每个圆锥头3-1和凹槽滑道1-1只有线接触，大部分外表面和凹槽滑道1-1之间有间隙。这样设置，不但消除了传动过程中的弯矩引起的变形后接触圆锥头，确保了圆锥头3-1只有纯滚动，没有滑动接触处。

在螺母圆筒2的轴承安装孔2-1里安装了数个圆锥滚子轴承3，在每个圆锥滚子轴承3的外圈端面上都紧贴安装了调整垫片4，在螺母圆筒2的外围套了个薄壁均载圈5，均载圈5的内壁顶住了调整垫片4的圆柱形凸起4-1。在装配中，当发现均载圈5在丝杆1的径向位置上有松动时，可以更换比较厚的调整垫片4，使每个圆锥滚子轴承3的圆锥头3-1都能紧贴在丝杆1的凹槽滑道1-1里，过盈适当，精密灵活。而且由于均载圈5的壁很薄，万一制造或安装过程中有点误差，受力过大处会向外凸出，这种弹性变形能保证每个圆锥滚子轴承3都能同时受力，且载荷均匀。

当丝杆1正向旋转时，丝杆1的凹槽滑道1-1推动圆锥滚子轴承3的圆锥头3-1，进而推动螺母圆筒2前移；当丝杆1反向旋转时，则推动螺母圆筒2后移。由于圆锥滚子轴承3的圆锥头3-1在丝杆1的凹槽滑道1-1里始终是滚动运动，所以，两者之间的摩擦系数极小，大大减轻了零件磨损。

如图9所示，在传动过程中，圆锥头3-1传递的力∑F分解成垂直推动力和横向推动圆锥头3-1向内缩进的分力。圆锥滚子的反作用力∑F1也分解成垂直力和横向力，力∑F与铅垂线之间的夹角θ和反作用力∑F1与铅垂线之间的夹角α，应该设置成这样的关系式：a＝arctg(ktg θ)k＝1.25～1.7确定，就能数倍地增大受载能力。

丝杆1与圆锥头3-1接触处是一条直线，该直线是螺面的母线，直线与旋转轴心线的夹角为60-80度，  旋转过程同时向轴方向移动，  方程为x＝ucosv，y＝usinv，z＝mu+av，是斜螺面。本发明丝杆选的斜螺面，实际形状与普通梯形螺纹有的像，只是牙顶比普通梯形螺纹小得多，牙底宽得多，压力角a为10-30度，具体可按前述的轴承接触角θ和公式a＝arctg(ktg θ)k＝1.25～1.7确定。

螺母圆筒2四壁设置了许多轴承安装孔，轴承孔的轴心线就是螺面的母线，该母线与旋转轴心线垂直，旋转过程同时向轴方向移动，方程为x＝ucosv，y＝usinv， z＝av，是正螺面。本发明轴承孔的轴心线可以在一个正螺面分布，适用特殊要求，一般在二个正螺面分布，方程为x＝ucosv，y＝usinv，z＝av和x＝ucosv，y＝usinv，z＝av+c，c取很小的值。轴心线在同一正螺面分布的轴承承受同一方向的丝杆轴向载荷力，对于轴心线在不同正螺面分布的轴承承受方向相反的丝杆轴向载荷力，在同一正螺面分布的轴承受的丝杆轴向载荷力大小可以按需要设计，也就是说，在同一正螺面分布的轴承数量和空间位置可以按需要设计。在实际应用中，多数二个方向的丝杆轴向载荷力不一样大，有的还是单方向的丝杆轴向载荷力，这种结构发明特别需要，能使设计者可以按二个方向的丝杆轴向载荷力的大小灵活设计。

由于本发明使用的圆锥滚子轴承3是对标准件圆锥滚子轴承的改进型，仅把圆环形的内圈修改成圆锥头，所以容易请轴承厂定制系列化产品，采购方便，价格低廉。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，例如把圆锥滚子轴承的内圈改成实心的等等，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (7)

1.圆锥轴承螺旋传动机构，包括外表面形成有螺旋形凹槽的丝杆，套在丝杆外部用于将丝杆的旋转运动转变成直线运动的圆筒机构，该圆筒机构上分布有与前述丝杆螺旋形凹槽的凹入锥度相吻合的若干凸出部，其特征在于所述凸出部为其内圈形成为圆锥形凸出外形的圆锥滚子轴承，在圆筒机构上与丝杆的螺旋形凹槽相对应的位置上形成有若干个凹入的用于安装轴承的安装位，所述轴承安装于其中，以其内圈与丝杆的螺旋形凹槽接触。

2.根据权利要求1所述的圆锥轴承螺旋传动机构，其特征在于：在圆筒机构的外围还设置有均载圈，该均载圈的内壁紧贴着圆筒机构的外壁，并与圆锥滚子轴承的外端接触，用于支持所述圆锥滚子轴承。

3.根据权利要求2所述的圆锥轴承螺旋传动机构，其特征在于：在均载圈和圆锥滚子轴承之间还设置有调整垫片，用于调整所述轴承的径向位置。

4.根据权利要求3所述的圆锥轴承螺旋传动机构，其特征在于：所述调整垫片靠近均载圈的一端形成有一凸起，该凸起与均载圈接触；另一端为中间有凹槽的圆盘，与圆锥滚子轴承接触。

5.根据权利要求2或3或4所述的圆锥轴承螺旋传动机构，其特征在于：所述均载圈的数量为1-5个。

6.根据权利要求1所述的圆锥轴承螺旋传动机构，其特征在于：丝杆与圆锥滚子轴承的圆锥形凸出接触处是一条直线，该直线是螺面的母线，直线与旋转轴心线的夹角为60-80度，旋转过程同时向轴方向移动，是斜螺面。

7.根据权利要求1或6所述的圆锥轴承螺旋传动机构，其特征在于：丝杆的压力角a和轴承接触角θ符合公式a＝arctg(ktgθ)k＝1～2的关系。

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