CN102187123A - 具有防转动机构的蜗杆传动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蜗杆传动器，其具有蜗杆螺母(1)和借助直线式引导机构抗转动地而在轴向上可移动地支撑在参考体(3)上的蜗杆(2)，其中蜗杆(2)的轴线(9)平行于直线式引导机构的纵向布置，其中直线式引导机构具有槽(4)和插入到槽内的引导元件(5)，该引导元件包括弹性区(5b、5b’、5b”)，弹性区的垂直于直线式引导机构的纵向的宽度大于在为直线式引导机构使用的区域内的最大的槽宽度。

Description

具有防转动机构的蜗杆传动器

本发明涉及用于蜗杆传动器(Spindeltrieb)的蜗杆(Gewindespindel)的直线式引导机构(Linearführung)。

为了直线地移动物体，可以使用蜗杆传动器，其中驱动蜗杆螺母使蜗杆沿其轴线直线移动。为了实现使得蜗杆螺母转动直接转换成蜗杆的纵向移动，必须保证蜗杆不随蜗杆螺母一起转动。为此，蜗杆通常抗转动地设置在参考体上，此外，参考体如此设计，使得它不阻止蜗杆螺母的转动。参考体可以由任意的物体构成，例如外壳、支架，但也可以简单地由要移动的物体构成。

蜗杆在参考体上抗转动地设置，这可以通过蜗杆与参考体的形状配合来实现，例如使得杆形或者翼形或者鳍形元件插入到纵向延伸的槽中，使得该元件虽然可沿该槽移动，但是不能垂直于该槽移动。为了保证蜗杆在纵向不受阻碍地移动，槽的纵向与蜗杆的轴线平行地取向或者布置。平行布置也指槽的纵向与蜗杆的轴线重合。该槽与在插入到其内的元件一起构成纵向引导机构。

鉴于减小转换损失而必须如此选择槽与在插入到其内的元件的配合，使得产生尽可能小的摩擦。这通常导致一种间隙，该间隙在使用蜗杆传动器时会导致发生噪声。此外，出于成本技术的理由，多数情况下这样地选择槽的几何形状，使得其容易成形。为了成形，经常需要一种脱模斜坡，这种脱模斜坡导致槽宽度在槽的纵向上改变。由此引起的间隙通常是产生明显的噪声的起因。

基于上述问题，本发明的任务在于，给出一种纵向引导机构，其中插入到槽内的元件无间隙地在槽内被引导。

该任务按照本发明的独立权利要求来解决。

本发明包括蜗杆传动器，蜗杆传动器具有蜗杆螺母和借助直线式引导机构抗转动地并且在轴向上可移动地支撑在参考体上的蜗杆，其中蜗杆的轴线平行于直线式引导机构的纵向布置。在这里，直线式引导机构具有槽和插入到槽内的引导元件，该引导元件包括弹性区，弹性区的垂直于直线式引导机构的纵向的宽度大于在为直线式引导机构使用的区域内的最大的槽宽度。

相关地需要指出，在本说明书和权利要求书中为列举特征而使用的术语“包括”、“具有”、“含有”、“包含”和“带有”及其语法变体，普遍地表示对特征的非排除列举，例如方法步骤、装置、区域、量等等，这种列举决不排除存在其他的或附加的特征或者其他的或附加的特征组。

本发明包括的蜗杆传动器能够使引导元件始终与槽侧面接触，由此实现一种无间隙的直线式引导机构，并且阻抑蜗杆传动器的振动运动。因为振动运动是噪声产生的原因，所以通过阻抑这种运动而使噪声的产生最小。此外，因为非无间隙地引导会导致磨损增加，所以上述蜗杆传动器也具有提高的高寿命。

本发明在其从属权利要求中被改进。

为了以被阻抑的方式支持作用在直线式引导机构上的转矩，引导元件的弹性区优选具有弹性元件。弹性元件被设计成两个成叉状彼此连接的突起的形式，这使得能够简单地而且低成本地进行制造。在这里，两个成叉状彼此连接的突起优选如此地设置，使得垂直于直线式引导机构的纵向的突起的自由端的外部距离在未施加负荷的状态下大于在为直线式引导机构使用的区域内的槽宽度。

特别地，当引导元件承担了例如向另一物体传递力的附加的任务时，引导元件有利地分两部分构造，其中引导元件包括基体，该基体形状配合地与具有弹性区的套装件连接。

为了支持较大的转矩，直线式引导机构最好具有至少两个槽，这些槽彼此平行地并且与蜗杆的轴线平行地布置。

在直线式引导机构的一个优选的实施方式中，槽设置在参考体上，引导元件设置在蜗杆上。在直线式引导机构的另一个有利的实施方式中，槽设置在蜗杆上，引导元件设置在参考体上。如果要为直线式引导机构使用多个槽，则可以把一部分槽设置在参考体上，把插入到这些槽内的引导元件设置在蜗杆上，而把另一部分槽设置在蜗杆上，把插入到它们之内的引导元件设置在参考体上。

为了实现引导元件和直线式引导机构的槽之间的小的摩擦系数，至少将引导元件的指定用于接触槽的侧面的面构造成为塑料表面。

本发明的其它特征可由下面结合权利要求书以及附图对本发明的实施例的说明得到。各个特征在本发明的实施方式中可以单独地或者多个一起地实现。在下面的对本发明的一些实施例的说明中将参考附图，其中，

图1为蜗杆传动器的俯视图和侧视图；

图2示出引导元件的一种两元设计方案；

图3单独地以透视方式示出图2的引导元件的套装件；

图4示出图3的套装件在直线式引导机构的槽中的位置和引导情况；

图5a示出套装件的一种替代的设计方案；

图5b示出套装件的另一种替代的设计方案；

图6示出按照另一种替代的实施方式设置在槽中的引导元件；

图7为直线式引导机构的横剖视图，其中槽设置在蜗杆上；和

图8为直线式引导机构的横剖视图，其中槽设置在蜗杆内。

相同的或者相同作用的部件在图中附以相同的附图标记。

图1为蜗杆传动器10的一个示意图，它的蜗杆2在一个部分打开的外壳3内可通过蜗杆螺母1的转动轴向地移动，而不随之转动。蜗杆传动器10的蜗杆螺母1通过驱动器6例如电动机转动。设置在驱动器6和蜗杆螺母1之间的传动装置7用于根据蜗杆传动器的需要变换驱动器6的转速。图1表示的传动装置7包括两个外斜齿轮7a和7b，这里蜗杆螺母1同样具有斜齿，其与轮7b啮合。不言而喻，同样可以使用其他传动形式，例如特别是蜗轮传动装置、带有内轮齿的传动装置、直齿传动装置等等。此外蜗杆螺母1也可以以直接传动装置的形式例如构造成为驱动器6的中空轴的元件。传动装置7安置在传动装置外壳8内，此外，该外壳也用作用于蜗杆传动器外壳3和优选电的驱动器6的支架。

在蜗杆(Spindel)2的末端设置有引导元件5，该引导元件与蜗杆2刚性连接，或者在蜗杆上形成。在所示实施方式中，引导元件5具有凹口5c，要移动的物体的一部分可以插入到该凹口内。

在图1的下部再次以侧视图示出蜗杆传动器10，在该视图中可以看到直线式引导机构的前视图。详细的视图A以放大的比例示出蜗杆传动器一直线式引导机构的前视图。在前视图中被引导元件5遮挡的蜗杆2设置在蜗杆外壳3内，蜗杆外壳具有两个彼此相对的纵向槽4。纵向槽4在所示实施例中从蜗杆外壳3的开口端在朝向蜗杆螺母1的方向上延伸。在蜗杆外壳3内构造的槽4既彼此平行又平行于蜗杆轴线9设置。槽4的长度通常选择得比蜗杆2在蜗杆外壳3内的移动路程大一些。

引导元件5具有基体5a，在该基体上设置有一个或者多个弹性元件5b。弹性元件5b在安装的状态下，也就是说，当引导元件5插入到槽4中时，靠在槽4的也称为槽侧面的侧壁上。在图1中所示的情况下，弹性元件5b对于每个槽4具有两个滑动元件，这些滑动元件承载(aufnehmen)在基体5a上在它们之间构造的突起。

在未安装的状态下，也就是说，当引导元件5未插入到槽4中时，两个滑动元件的(在详细视图A中竖直地)相对的外部面的距离比槽宽大一些，槽宽被定义为槽内相对而置的槽侧面的距离。如上所述，槽侧面的距离沿槽的纵向能够改变。在这种情况下，相应的滑动元件的两个外侧面的距离在移动区域内大于最大槽宽。在把引导元件5插入槽4内时，滑动元件被弹性地挤压到一起，使得引导元件5无间隙地靠在槽侧面上。

在例如通过驱动器6使蜗杆螺母1转动时，与引导元件5刚性连接的蜗杆2通过上述“榫槽连接机构”被阻止一同转动。然而，引导元件5与蜗杆外壳3的通过槽4实现的形状配合仅阻止蜗杆2相对于蜗杆外壳3转动。纵向移动即蜗杆沿其轴线的移动，由于槽4的槽纵向与蜗杆2的轴线9平行地布置而不被阻止。因此，引导元件5形状配合地插入到槽4中所形成的“榫槽连接机构”是一种直线式引导机构，其保证蜗杆螺母1的转动无间隙地转换为蜗杆2的纵向移动。

图2以侧视图示出两元构造的引导元件的一个例子。该引导元件由基体5a和与基体形状配合地连接的套装件(Aufsatz)5b组成。套装件5b由弹性材料优选塑料材料制成。图3表示单独存在的即没有基体5a的弹性套装件5b。在图3的透视图中看到，引导元件5的套装件5b具有头区5bk，该头区在两侧被两个翼形元件限定。该两个翼元件竖直地连接头区。两个翼元件中的每一个都分成一个连接头区的前区和一个与前区连接的后区。后区具有两个通过前区成叉状地连接的突起。这些突起适当地弯曲或者倾斜，使得它们的向外指向的侧面的距离随着距头部的距离增大而增加。换句话说，两个突起5b’和5b”的彼此相对的外面的距离随越来越接近两个突起的自由端而增加。

图3中表示的引导元件5的套装件5b在各个翼上具有装配凹口5bx，用于容纳在引导元件5的基体5a上形成的装配突起5ax。套装件5b由弹性材料制成，因此能够简单地沿着引导元件5的基体5a移动，直到装配突起5ax卡入装配凹口5bx内而产生一种形状配合。

基体5a与蜗杆的一端固定连接或者在其上形成。在这里，套装件5b的翼元件插入到槽4内，这些槽在由蜗杆外壳构成的参考体3内形成。套装件5b的翼元件的宽度在两个突起5b’和5b”的自由端大于槽4的宽度，也就是说，大于槽侧面的距离。因此，在把翼元件插入槽4内时，两个突起5b’和5b”被弹性地挤到一起，它们由此产生一种弹性力，该弹性力负责稳定地把突起压到槽侧面上。在蜗杆螺母1转动时，基于在蜗杆螺母1和蜗杆2之间产生的摩擦向蜗杆2传递转矩。

通过在基体5a和套装件5b之间的形状配合，该转矩也传递到套装件5b的插入槽4中的翼元件上，由此使得在突起之一5b’或5b”上的压力升高。由此给一个突起元件加载，而另一个突起元件由于其自己的弹性作用而稍微卸载，但是继续靠在槽侧面上。因此，套装件5b的翼元件通过两个突起5b’和5b”始终与槽侧面直接接触，使得在向蜗杆2传递转矩时，一个翼元件的侧向侧面不会撞到槽侧面上。因此，通过突起元件的叉开(Spreizung)，实现套装件5b的翼元件柔和地贴靠在槽侧面上，并由此实现对蜗杆的低噪声的直线式引导。

图4示出套装件5b的翼元件在槽4中的设置情况。翼的宽度在套装件5b的不是由突起构成的区域小于槽侧面的距离，亦即槽的宽度。然而，翼元件的宽度与槽的宽度之间的差在图4中夸大地示出，仅用于说明原理。在实际中使该差最小化，也就是说，调整到为建立一种小的摩擦所需要的程度。由于在把翼元件插入槽4中时突起5b’和5b”被挤到一起，这些突起的自由端始终以确定的力作用靠在槽侧面上。出于制造技术的原因，两个槽侧面通常不是彼此平行地延伸，而是夹成一个小的角度。这导致槽宽度在槽的纵向上增加或者减小。在这种情况下，翼元件的宽度在前区中与最小的槽宽度匹配，而翼元件的宽度在后区中例如通过突起的适当叉开而与在直线式引导机构的移动区域内的最大的槽宽度匹配。在图2、3和4所示的实施方式中，两个突起5b’和5b”仅通过一个小的接触面与槽侧面接触。然而，为了改善对转矩的支持，也可以如此地成形突起5b’和5b”的自由端，使这些自由端具有与槽侧面接触的较大的接触区域。

在图1到4中表示的引导元件用于在两个设置在蜗杆外壳3内的正相对的槽4中支持转矩。对两个槽4的使用不是绝对必需的，更确切地说，直线式引导也可以仅用一个这样的“榫槽连接机构”来实现。然而，在必须支持大的转矩的情况下，建议使用两个也许还多于两个的相应的“榫槽连接机构”。

与在图2到4中表示的例举的实施方式不同，引导元件5也可以一体地实现，在这种情况下，引导元件5优选要么单体地用单块弹性材料(例如金属、塑料或者纤维材料)制成，要么作为连接体实现。在作为连接体实现的情况下，引导元件5可以在塑料体的内部包含有配筋(Armierung)。在另一种可以与具有配筋的实施方式组合的实施方式中，在塑料体的内部设置有金属弹簧，它们使得插入到直线式引导机构的一个或者多个槽4内的区域具有所需要的弹性。例如图3的套装件5b可以包括V形或者U形的板簧，板簧的边脚分别设置在两个相邻的突起5b’和5b”内。然而，该弹簧也可以沿着套装件的使得两个作为“翼”构造的弹性区5b彼此连接的头区延伸。在这种情况下，弹簧的边脚设置在“翼”内，连接两个边脚的接片设置在头区内。

此外，套装件5b也可以为多元结构，例如由两个半部构成，这两个半部例如可以通过卡接而处于形状配合中。不言而喻，套装件5b的各个部分也可以借助其他的技术，例如粘接、焊接、钎焊或者类似技术接合。然而两部分的机械连接不是必需的，因为这些部分在适宜的设计中也能够被直线式引导机构的外壳保持在预先规定的位置。套装体5b也可以由多于两个的元件组成，例如由两个翼元件组成，为了插入到槽4内而通过头元件将这些翼元件保持在规定的位置。

此外，引导元件5的插入到槽4内的弹性区也可以设置在引导元件的侧面上，亦即不像在图2和3中所示那样朝向引导元件5的一端设置。相应的例子在图5a中示出。除了两个突起5b’和5b”之外，在两个“翼”的自由端，套装件5b还具有另一个弹性区5b’”，该弹性区由相应的“翼”的在套装件5b的头区5bk的开端(Ansatz)处的加厚部分形成，在这里，该加厚部分在其内部具有凹口。

此外，弹性区也可以直接在引导元件5的头端构造，例如作为如在图5b中示出的套装件5b的突起5b’和5b”。

图6的示意图表示减小噪声和振动的直线式引导机构的另一种可选的实施方式。在这里，引导元件5包括卡头(Mitnehmer)5c*，该卡头的功能与在图2中表示的引导元件的凹口5c一致。代替用于要移动的物体的卡头，该部分5c*也可以由要移动的物体自身的一部分构成。该卡头的矩形形状仅表示一个例子，而不是具有约束力的(verbindlich)形状。在该部分5c*上安置有两个金属弹簧5bf，这些金属弹簧支撑在槽4的侧面上。弹簧5bf可以而不是必须具有塑料涂层。

在另一种实施方式中，槽不在蜗杆传动器10的参考体上形成，也就是说，在当前情况下不在蜗杆外壳3内形成，而是在蜗杆上形成，如图7所示。相应地，在该实施方式中，引导元件在由蜗杆外壳3构成的参考体上形成。如可从图7的横剖面图中看出的那样，(这里未给出自己的附图标记的)引导元件具有平行于蜗杆轴线延伸的接片(Steg)3a，它构成引导元件的基体。该接片可以沿着蜗杆外壳3的整个部分延伸，当槽4在蜗杆内构造有相应长度时，延伸到蜗杆螺母。一个或者多个弹性元件3b形状配合地与该接片3a连接，所述弹性元件的外面压在槽侧面上。

在图8表示的实施方式中，槽基本上被构造成为蜗杆2内的轴向开孔。一个引导元件在端侧插入到该开孔内，该引导元件由一个杆形基体3a构成，在该杆形基体上安置有弹性区3b。

弹性区3b或5b，例如图3所示的套装件，也可以由金属材料例如弹簧钢(Federstahl)制成。然而，为了保证在槽侧面上的小的摩擦，至少给与槽侧面接触的面优选设置有塑料材料。

所介绍的用于蜗杆传动器的直线式引导机构能够补偿(Ausgleich)引导元件的在槽4中被引导的区域的间隙。该间隙补偿通过弹性的装置例如借助在槽中引导的区域的弹性的末端来实现。不言而喻，也可以以弹性方式实现其他的区域例如中间区域。在图7表示的例子中，引导元件的在槽中引导的弹性区域被构造成由弹性材料制成的中空体的形式。引导元件的弹性地压在槽侧面上的区域阻抑蜗杆传动器的振动运动。因为这种振动运动导致形成噪声，并且会增加磨损，所以通过所介绍的直线式引导机构既减小了噪声的产生，又减小了磨损。

附图标记列表

1蜗杆螺母

2蜗杆

3参考体

3a引导元件的在参考体上形成的基体

3b设置在参考体上的引导元件的弹性区

4直线式引导机构的槽

5直线式引导机构的引导元件

5a引导元件的基体

5ax装配突起

5b引导元件/套装件的弹性区

5b’第一突起

5b”第二突起

5b’”第三弹性区

5bk头区、头部

5bx装配凹口

5bf支撑弹簧

5c引导元件的装配开孔

5c*卡头

6驱动器

7传动装置

7a第一传动轮

7b第二传动轮

8传动装置外壳

9蜗杆的轴线

10蜗杆传动器

Claims (8)

1.一种蜗杆传动器，具有蜗杆螺母(1)和借助直线式引导机构抗转动地并且轴向可移动地支撑在参考体(3)上的蜗杆(2)，其中蜗杆(2)的轴线(9)平行于直线式引导机构的纵向布置，其中直线式引导机构具有槽(4)和插入到槽内的引导元件(5)，该引导元件包括弹性区(5b、5b’、5b”)，弹性区的垂直于直线式引导机构的纵向的宽度大于在为直线式引导机构使用的区域内的最大的槽宽度。

2.根据权利要求1所述的蜗杆，其中，引导元件的弹性区(5b)包括弹性元件。

3.根据权利要求2所述的蜗杆，其中，弹性元件具有两个成叉状彼此连接的突起(5b’、5b”)，所述突起如此地布置，使得垂直于直线式引导机构的纵向的突起的自由端的外部距离在未施加负荷的状态下大于在为直线式引导机构使用的区域内的槽宽度。

4.根据权利要求1、2或3所述的蜗杆，其中，引导元件包括基体(5a)，该基体可形状配合地与包括弹性区的套装件(5b)连接。

5.根据上述权利要求之一所述的蜗杆，其中，直线式引导机构包括至少两个槽(4)，所述槽彼此平行地并且与蜗杆(2)的轴线(9)平行地布置。

6.根据上述权利要求之一所述的蜗杆，其中，直线式引导机构的槽(4)设置在参考体(3)上，引导元件(5)设置在蜗杆(2)上。

7.根据上述权利要求之一所述的蜗杆，其中，直线式引导机构的槽(4)设置在蜗杆(2)上，引导元件(5)设置在参考体(3)上。

8.根据上述权利要求之一所述的蜗杆，其中，引导元件(5)的指定用于接触槽(4)的侧面的面被构造成为塑料表面。

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