CN102359489B - 一种低摩擦力低重量的滚珠花键副 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滚珠花键副，属于机械领域，设有花键轴和花键母两大部分，其特征在于：所说的花键轴为一段圆柱体，其圆柱面上设有滚道；所说的花键母由外套、滚珠、滚道、回珠垫板、回珠器和端盖组成。其中的花键母的外套是一种使用如铝合金或其他轻质有色金属合金材质制作的圆筒形结构，轻质有色金属外套中装有与滚珠同等高硬度的特种钢材制作的圆柱形滚道，与花键轴的弧形滚道构成滚珠的内外工作导轨。两端的回珠器和端盖使用高耐磨的工程塑料制作。花键母的整体重量很轻，运动惯性很小，特别适合现代设备中高速度、高灵敏度、高可靠性的性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及到一种滚珠花键副，属于机械领域，具体的说是一种使用大量包括铝合金等内有色金属合金和极少量特殊钢材制作花键母的滚珠花键副，常用于自动化设备和其它具有高灵敏度高可靠性的直线运动并传递扭矩的系统中。例如工业用机器人的架柱以及机械臂、自动装卸机、传送机、自动搬运装置、轮胎成型机、点焊机主轴、高速自动涂装导向轴、铆接机、绕线机、放电加工机机头、研磨床主轴驱动轴、各种变速装置、精密分度轴等。
背景技术
众所周知在机械设备中，需要在直线运动中传递扭矩的装置需要使用花键副，过去一般使用滑动式花键副，而现在的数控设备及其它具有高灵敏度高可靠性的设备中一般使用滚珠花键副，但这种常用的花键副的花键母部分都是全钢结构，其存在如下缺点：
1. 材料成本高：花键母中的滚道需要提供高精度高硬度的轨道面，所以整个全钢花键母需要使用轴承钢等高价格的特殊钢材；
2. 制造工艺复杂，加工成本高：为了提供高精度高硬度的轨道面，花键母在加工过程中需要整体进行复杂的热处理工艺，在最后还需要对导轨面进行精密研磨；
3. 整体重量大，高速运动惯性大，能耗高，设备投资和使用费用较高：整个花键母为全钢结构，由于钢铁材料是一种较重的金属，在运动中特别是高速运动中，这种高重量的花键母会产生很大的运动惯性，为保证整体运动部件的牢固性，其外围结构也要相应厚重，整体运动部件的重量和惯性更大，要达到设计速度，需提供较大功率的动力，传递动力的装置也要相对粗壮，最后导致整个设备的重量较大。
所以发明一种低摩擦力低重量低成本的滚珠花键副很有必要。
发明内容
一种低摩擦力低重量的滚珠花键副，设有花键轴1和花键母2，所说的花键轴1为一段圆柱体，其圆柱面上设有哥德式滚道B1；所说的花键母2由外套3、滚珠4、滚道5、回珠垫板6、回珠器7和端盖8组成；所说的外套3是一种使用如铝合金或其他轻质有色金属合金材质制作的圆筒形结构，筒壁中设有多组相同的通孔系，每组通孔系包括一个通孔一B4，两个孔径较小的通孔二B5，和一个与通孔一B4孔径相同的通孔三B6，外套3两端还分别设有螺纹孔B7和圆柱销孔B8；
所说的花键轴1为钢质圆柱体，其圆柱表面均匀分布着1条以上的数条凹进的由双圆弧构成的哥德式滚道B1。
所说的外套3中通孔系的数量和位置与花键轴1上的哥德式滚道B1对应。
所说的外套3各通孔系中通孔一B4与花键轴的哥德式滚道B1位置对应，通孔一B4与圆筒形内孔B3相交形成缺口一C1，两个通孔二B5与通孔一B4相交形成缺口二C2。
所说的外套3的各通孔系中的所有孔均与圆筒形内孔B3的轴线平行。
所说的回珠器7为使用高耐磨工程塑料制成的，端面与外套3内外直径相同的短圆筒形状，其一个端面上设有两端分别与外套3上的通孔一B4和通孔三B6对应的腰形回珠槽B9、与外套3端面的螺纹孔B7对应的通孔B10、与外套3端面的圆柱销孔B8对应的圆柱销B11。
所说的回珠垫板6为使用高耐磨工程塑料制成的板状环形结构，其内外直径与外套3内外直径相同，其上分别设有与外套3上通孔一B4和通孔三B6对应的回珠通孔一B12和回珠通孔二B12’，与外套3的螺纹孔B7和圆柱销孔B8对应的通孔甲B13和通孔乙B14，回珠通孔一B12和回珠通孔二B12’的一端设有“U”形回珠通道的一部分B15。
所说的回珠器7的腰形回珠槽B9为敞开式结构，与回珠垫板6的回珠通孔一B12和回珠通孔二B12’共同构成花键母2两端的“U”形滚珠转向通道的设计结构。
所说的回珠器7的腰形回珠槽B9与其对应的回珠垫板6的回珠通孔一B12和回珠通孔二B12’位置稍有差距（t），利用两者的差距减少腰形回珠槽B9的弯曲程度。
外套3的通孔二B5中装有高硬度的钢制圆柱形滚道5，滚道5与花键轴的哥德式滚道B1构成滚珠4的内外工作导轨，滚道5的截面形状是与滚珠4单点接触的纯圆形的，或是与滚珠4面接触的带有圆弧凹槽B15形式的，或是带有双点接触的双圆弧组成的歌德式沟槽B16形式的。
本发明的优点是：
1. 使用铝合金或其它轻质有色金属合金材质做花键母基体，使用高耐磨工程材料做两端的回珠结构和端盖，可节约大量昂贵的特殊钢材，材料成本大大降低；
2. 使用如铝合金或其他轻质有色金属合金材质做花键母基体的方法，可以使用拉拔等工艺，可极大的提高生产效率，圆柱形的滚道的加工方法也相对简单的多；使用高耐磨工程塑料精密注塑制造的回珠器和端盖，重量轻、工艺简单。因此这种花键母的加工成本相对较低；
3. 轻便的花键母的运动惯性也较小，安装和传递力矩的部件也可做得相对轻巧，也就使整个运动部件的重量和惯性均较小，要达到同样的设计速度，所需的动力消耗也小得多，传递动力的装置也可纤细一些，使得整个设备重量大大降低。
综上所述，本实用新型具有低成本、低摩擦力、低惯性等特点。使用本实用新型制作的设备更是具有低成本、低能耗、占用空间小等特性。
附图说明
图1是本发明的整体结构立体图。
图2是本发明的外套（3）的立体结构图。
图3是本发明的外套（3）的端面图。
图4是本发明的回珠器（7）的立体结构图。
图5是本发明的回珠器（7）的端面图。
图6是图5中腰形回珠槽（B9）的纵向“A-A”剖面图，图中添加了回珠垫板（6）的相应部分和滚珠的运动轨迹，本图主要说明的是回珠器（7）和回珠垫板（6）共同构成花键母（2）两端的“U”形滚珠转向通道的设计结构图。
图7是图6中的“B-B”截面的剖视图。
图8是本发明的回珠垫板（6）的立体结构图。
图9是本发明的回珠垫板（6）的平面图。
图10是本发明中两端使用的端盖（8）的外形结构图。
图11是滚珠（4）的工作循环状态图。
图12是带有圆弧槽（B15）的滚道（5）与滚珠（4）的接触形式图。
图13是带有双圆弧形哥德式沟槽（B16）的滚道（5）与滚珠（4）的接触形式图。
具体实施方式
一种低摩擦力低重量的滚珠花键副，如图1所示，设有花键轴1和花键母2，所说的花键轴1为一段圆柱体，其圆柱面上设有哥德式滚道B1；所说的花键母2由外套3、滚珠4、滚道5、回珠垫板6、回珠器7和端盖8组成；所说的外套3是一种使用如铝合金或其他轻质有色金属合金材质制作的圆筒形结构，筒壁中设有多组相同的通孔系，每组通孔系包括一个通孔一B4，两个孔径较小的通孔二B5，和一个与通孔一B4孔径相同的通孔三B6，外套3两端还分别设有螺纹孔B7和圆柱销孔B8；
所说的花键轴1为钢质圆柱体，其圆柱表面均匀分布着1条以上的数条凹进的由双圆弧构成的哥德式滚道B1。
如图2和图3所示，所说的外套3中通孔系的数量和位置与花键轴1上的哥德式滚道B1对应。
所说的外套3各通孔系中通孔一B4与花键轴的哥德式滚道B1位置对应，通孔一B4与圆筒形内孔B3相交形成缺口一C1，两个通孔二B5与通孔一B4相交形成缺口二C2。
所说的外套3的各通孔系中的所有孔均与圆筒形内孔B3的轴线平行。
如图4和图5所示，所说的回珠器7为使用高耐磨工程塑料制成的，端面与外套3内外直径相同的短圆筒形状，其一个端面上设有两端分别与外套3上的通孔一B4和通孔三B6对应的腰形回珠槽B9、与外套3端面的螺纹孔B7对应的通孔B10、与外套3端面的圆柱销孔B8对应的圆柱销B11。
所说的回珠垫板6为使用高耐磨工程塑料制成的板状环形结构，如图8和图9所示，其内外直径与外套3的内外直径相同，其上分别设有与外套3上通孔一B4和通孔三B6对应的回珠通孔一B12和回珠通孔二B12’，与外套3的螺纹孔B7和圆柱销孔B8对应的通孔甲B13和通孔乙B14，回珠通孔一B12和回珠通孔二B12’的一端设有弯曲形回珠通道的一部分B15。
如图6所示，所说的回珠器7的腰形回珠槽B9为敞开式结构，与回珠垫板6的回珠通孔一B12和回珠通孔二B12’共同构成花键母2两端的“U”形滚珠转向通道的设计结构。
如图7所示，所说的回珠器7的腰形回珠槽B9与其对应的回珠垫板6的回珠通孔一B12和回珠通孔二B12’位置稍有差距（t），利用两者的差距减少腰形回珠槽B9的弯曲程度。
外套3的通孔二B5中装有高硬度的钢制圆柱形滚道5的设计结构，滚道5与花键轴的哥德式滚道B1构成滚珠4的内外工作导轨，滚道5的截面形状是与滚珠4单点接触的纯圆形的，或是与滚珠4面接触的带有圆弧凹槽B15形式的，或是带有双点接触的双圆弧组成的歌德式沟槽B16形式的。
因为外套3的端面不是轴对称图形，所以外套3两端的回珠器7和回珠垫板6有左右方向之分。
首先将与滚珠同等高硬度的特种钢材制作的圆柱形滚道5紧装入外套3的通孔二B5中至两端平齐，如使用带圆弧凹槽B15形式的或带有双圆弧组成的歌德式沟槽B16的滚道5还需将凹槽B15或歌德式沟槽B16对正外套3的通孔一B4的轴心。回珠器7的圆柱销B11插入回珠垫板6的通孔乙B14形成一个组件，圆柱销B11长出部分用于对外套3的定位。将一组回珠垫板6与回珠器7的组件装在外套3的一端，圆柱销B11长出部分插入外套3的圆柱销孔B8。将花键轴1插入一端装有回珠垫板6和回珠器7的外套3的圆筒形内孔B3中，滚道B1对正外套3圆筒形内孔B3的缺口C1，从各通孔一B4中连续装入滚珠4，直到滚珠4通过回珠器7的腰形回珠槽B9转向后从通孔三B6中反出，然后将另一组回珠垫板6与回珠器7组件的各腰形回珠槽B9中装满滚珠4后安装在外套3另一端，最后利用螺钉和外套3的螺纹孔B7，将如图10所示的带有密封唇B17的端盖8固定在两端，完成花键母的组装。
组装好的花键副中的滚珠4运行在花键轴1的哥德式滚道B1和花键母2的滚道5之间，如图11所示，通过两端的腰形回珠槽B9和外套3的通孔一B4、通孔三B6实现循环工作。花键轴1应该能够在花键母2中轻松无间隙的运动，通过检测如果不能达到设计要求的运动间隙或预紧量，需通过调换不同直径的滚珠（4）的方式进行调整。
由于花键母使用了大量的轻质有色金属和工程塑料，使其重量大大降低，加上摩擦力极低的滚珠循环系统，所以本实用新型特别适合现代设备对高速度、高灵敏度、高可靠性的性能要求。
Claims (9)
1.一种低摩擦力低重量的滚珠花键副，设有花键轴（1）和花键母（2），其特征在于：所说的花键轴（1）为一段圆柱体，其圆柱面上设有哥德式滚道（B1）；所说的花键母（2）由外套（3）、滚珠（4）、滚道（5）、回珠垫板（6）、回珠器（7）和端盖（8）组成；所说的外套（3）是一种使用如铝合金或其他轻质有色金属合金材质制作的圆筒形结构，筒壁中设有多组相同的通孔系，每组通孔系包括一个通孔一（B4），两个孔径较小的通孔二（B5）和一个与通孔一（B4）孔径相同的通孔三（B6），外套（3）两端还分别设有螺纹孔（B7）和圆柱销孔（B8）；所说的通孔二(B5)中装有高硬度的钢制圆柱形滚道（5），滚道（5）与花键轴的哥德式滚道（B1）构成滚珠（4）的内外工作导轨，滚道（5）的截面形状是与滚珠（4）单点接触的圆形的，或是与滚珠（4）面接触的带有圆弧凹槽（B15）形式的，或是带有双点接触的双圆弧组成的歌德式沟槽（B16）形式的；所说的回珠器（7）其一个端面上设有两端分别与外套（3）上的通孔一（B4）和通孔三（B6）对应的腰形回珠槽（B9）；所说的回珠垫板（6）其上分别设有与外套（3）上通孔一（B4）和通孔三B6对应的回珠通孔一（B12）和回珠通孔二（B12’）。
2.根据权利要求1所述的一种低摩擦力低重量的滚珠花键副，其特征在于：所说的花键轴（1）为钢质圆柱体，其圆柱表面上有均匀分布的的由双圆弧构成的哥德式滚道（B1）至少1条。
3.根据权利要求1所述的一种低摩擦力低重量的滚珠花键副，其特征在于：所说的外套（3）中通孔系的数量和位置与花键轴（1）上的哥德式滚道（B1）对应。
4.根据权利要求1所述的一种低摩擦力低重量的滚珠花键副，其特征在于：所说的外套（3）具有圆筒形内孔（B3），各通孔系中通孔一（B4）与花键轴的哥德式滚道（B1）位置对应，通孔一（B4）与圆筒形内孔（B3）相交形成缺口一（C1），两个通孔二（B5）与通孔一（B4）相交形成缺口二（C2）。
5.根据权利要求1或4所述的一种低摩擦力低重量的滚珠花键副，其特征在于：所说的外套（3）具有圆筒形内孔（B3），各通孔系中的所有孔均与圆筒形内孔（B3）的轴线平行。
6.根据权利要求1所述的一种低摩擦力低重量的滚珠花键副，其特征在于：所说的回珠器（7）为使用高耐磨工程塑料制成的，端面与外套（3）内外直径相同的短圆筒形状，其一个端面上设有两端分别与外套（3）上的通孔一（B4）和通孔三（B6）对应的腰形回珠槽（B9）、与外套（3）端面的螺纹孔（B7）对应的通孔（B10）、与外套（3）端面的圆柱销孔（B8）对应的圆柱销（B11）。
7.根据权利要求1所述的一种低摩擦力低重量的滚珠花键副，其特征在于：所说的回珠垫板（6）为使用高耐磨工程塑料制成的板状环形结构，其内外直径与外套（3）的内外直径相同，其上分别设有与外套（3）上通孔一（B4）和通孔三（B6）对应的回珠通孔一（B12）和回珠通孔二（B12’），与外套（3）的螺纹孔（B7）和圆柱销孔（B8）对应的通孔甲（B13）和通孔乙（B14），回珠通孔一（B12）和回珠通孔二（B12’）的一端设有“U”形回珠通道的一部分（B15）。
8.根据权利要求1所述的一种低摩擦力低重量的滚珠花键副，其特征在于：所说的回珠器（7）的腰形回珠槽（B9 ）为敞开式结构，与回珠垫板（6）的回珠通孔一（B12）和回珠通孔二（B12’）共同构成花键母（2）两端的“U”形滚珠转向通道的设计结构。
9.根据权利要求1或 8所述的一种低摩擦力低重量的滚珠花键副，其特征在于：所说的回珠器（7）的腰形回珠槽（B9）与其对应的回珠垫板（6）的回珠通孔一（B12）和回珠通孔二（B12’）位置稍有差距（t），利用两者的差距减少腰形回珠槽（B9）的弯曲程度。
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Effective date of registration: 20130916 Address after: 264200 Wenzhou Printing Science and Technology Park, 578 ring mountain road, Shandong, Weihai Applicant after: WEIHAI AOMASI AUTOMATION EQUIPMENT CO., LTD. Address before: 264200, Shandong, Weihai Province Ring mountain road, West Huaxia South Wenzhou Printing Science and Technology Park Applicant before: Weihai Lio Taijing Automation Co., Ltd. |
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