CN102449333B - 可调整预加载类型线性导引系统 - Google Patents

Abstract

可调整预加载类型线性导引系统。基座部件与滑动部件可滑动地连接以用于线性运动。线性运动致动器安置在基座部件与滑动部件之间，使滑动部件能够相对于基座部件线性地移动。可调整预加载类型线性导引系统包含：基座部件，具有基座主体和彼此平行安置在基座主体上的一对基座导轨；滑动部件，具有滑动主体和安置在滑动主体上而面对基座导轨对的一对滑动导轨，滑动导轨通过安装在基座导轨与滑动导轨之间的滚珠轴承而相对于基座导轨滑动，能使滑动部件相对于基座部件滑动；以及预加载调整单元，安装在滑动导轨中的一者与滑动主体之间用于调整滑动导轨相对于滑动主体的间隔和角度，以调整安置在基座导轨与滑动导轨之间的滚珠轴承的预加载。

Description

可调整预加载类型线性导引系统

技术领域

本发明涉及线性导引系统，其可用于高度精确控制可应用于显示装置、半导体、机器人、机械工具以及整个测量与精密仪器产业中的线性位置，且更明确地说，涉及可调整预加载类型线性导引系统，其中基座部件与滑动部件彼此可滑动地连接以用于线性运动，且线性运动致动器(例如滚珠螺杆(ball screw)、液压缸(hydraulic cylinder)和线性马达)安置在所述基座部件与所述滑动部件之间，因此使滑动部件能够相对于基座部件线性地移动。

背景技术

线性运动致动器一般用于高度精确控制可应用于显示装置、半导体、机器人、机械工具以及整个精密仪器产业中的线性位置，且包含线性运动导引器的线性运动机构例如可用作线性导引单元，其导引线性运动致动器的线性位置控制。

当线性运动机构系统通过使用线性运动机构来配置时，由于线性运动导引器的重量和支撑板的重量增加，所以制造线性运动机构系统的成本增加，且线性运动机构系统的速度由于线性运动机构系统的大小(体积)增加而受限。

使用线性运动机构的此类线性运动机构系统根据其应用领域而经设计和制造，且因此与其它系统不兼容，且因此增加了制造成本。

另外，由于线性运动机构系统的重量是重的，所以将线性运动机构系统应用到设备存在限制，且所述系统的使用也是有限制的。

近来，将线性导引单元揭露为具有较好效率的线性运动机构，线性导引单元包含：具有支柱功能的基座部件；可滑动地安装在基座部件处的滑动部件；以及相对于所述基座部件移动滑动部件的致动器。

用于导引滑动运动的导引部分安置在基座部件和滑动部件两者上，且线性运动块安装在导引部分处。所述线性运动块包含滚珠轴承，滚珠轴承包含在履带上移动且嵌入在滚珠轴承中的多个钢珠，以便通过最小化在导引滑动运动时可能发生的摩擦而平滑地导引线性运动。

此类普通线性导引单元具有以下问题。

第一，施加到安装在导引部分(所述导引部分安置在基底部件和滑动部件上)处的滚珠轴承的预加载不能被调整。即，滚珠轴承的钢珠与滚珠轴承以以下方式组合：当钢珠最初与滚珠轴承组合时，具有根据预加载的等级所选择的大小的钢珠插入到滚珠轴承中，且滚珠轴承的预加载由于滚珠轴承在其正被使用时磨损而变化，且因此滚珠轴承的预加载不能被调整。以此方式，由于在滚珠轴承正被使用时不能调整滚珠轴承的预加载，所以不可校正在滚珠轴承正被使用时可能降低的操作精确程度。因此，发生振动和噪声，且线性导引单元的使用期限(life span)减少。

第二，基座部件和滑动部件由具有高的刚性和高的耐磨性的重金属形成，以便确保耐磨性，使得线性导引单元的应用范围受限。

第三，在滚珠轴承中使用具有相同直径的钢珠，如图14中所说明。当滚珠轴承启动时，钢珠之间发生摩擦，从而导致加速磨损且发生噪声和振动。

发明内容

技术问题

本发明提供一种可调整预加载类型线性导引系统，所述系统可调整施加到滚珠轴承的预加载，使得滚珠轴承的磨损降低，防止发生噪声和振动且导引高度精确的线性运动。

本发明还提供一种可调整预加载类型线性导引系统，所述系统的使用期限通过防止滚珠轴承的磨损而显著增加。

技术解决方案

根据本发明的一方面，一种可调整预加载类型线性导引系统包含：基座部件，其具有基座主体和彼此平行安置在基座主体上的一对基座导轨；滑动部件，其具有滑动主体和安置在滑动主体上而面对所述基座导轨对的一对滑动导轨，其中滑动导轨通过安装在基座导轨与滑动导轨之间的滚珠轴承而相对于基座导轨滑动，因此能够使滑动部件相对于基座部件滑动；以及预加载调整单元，其安装在滑动导轨中的一者与滑动主体之间，用于调整滑动导轨相对于滑动主体的间隔和角度，因此调整安置在基座导轨与滑动导轨之间的滚珠轴承的预加载。

有利效果

在根据本发明的可调整预加载类型线性导引系统中，当滚珠轴承正被使用时可调整所述滚珠轴承的预加载，使得可防止所述滚珠轴承的不必要的磨损。

另外，可防止可能由于滚珠轴承的不适当预加载而发生的噪声和振动的发生，使得可提供以高精确度导引线性运动的可调整预加载类型线性导引系统。

通过防止滚珠轴承的不必要的磨损，本发明提供一种可调整预加载类型线性导引系统，所述系统的使用期限被显著延长。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的可调整预加载类型线性导引系统的透视图。

图2是图1中所说明的可调整预加载类型线性导引系统的分解透视图。

图3是图1中所说明的可调整预加载类型线性导引系统的侧面横截面图。

图4是图3的一部分的放大图。

图5是图3的另一部分的放大图。

图6是图5的一部分的放大图。

图7说明图1中所说明的滚珠轴承的结构。

图8是图1中所说明的预加载调整单元的分解透视图。

图9是图1中所说明的可调整预加载类型线性导引系统的平面横截面图。

图10是图8中所说明的预加载调整单元的横截面图。

图11和图12是图10的多部分的放大图。

图13是图2的一部分的放大图。

图14说明普通滚珠轴承的结构。

具体实施方式

现将参看附图更充分描述本发明，在附图中展示本发明的示范性实施例。图1是可调整预加载类型线性导引系统的透视图。

根据本发明的实施例，且图2是图1中所说明的可调整预加载类型线性导引系统的分解透视图。

参看图1和图2，根据当前实施例的可调整预加载类型线性导引系统包含基座部件100、滑动部件200以及预加载调整单元600。

参看图3和图4，基座部件100包含基座主体101和安置在基座主体101上的一对基座导轨151和152。基座主体101由通过挤压模制铝材料而形成的轻量铝型材(aluminum profile)而形成。导轨组合凹槽111和121在基座主体101的纵向方向上形成在基座主体101的两侧中，且基座导轨151和152插入在导轨组合凹槽111和121中且因此与其组合。基座导轨151和152由具有比铝高的刚性的耐磨材料形成，且通过冷轧或拉拔而制造。

参看图5和图6，在将金属粘合剂填充到基座主体101的导轨组合凹槽111和121中后，将基座导轨151和152插入到导轨组合凹槽111和121中且因此与其组合。

参看图3和图4，滑动部件200包含滑动主体201和安置在滑动主体201上的一对滑动导轨251和252。滑动主体201由通过挤压模制铝材料而形成的轻量铝型材而形成。导轨组合凹槽211和221在滑动主体201的纵向方向上形成在滑动主体201的两侧中，且滑动导轨251和252插入在导轨组合凹槽211和221中且因此与其组合。滑动导轨251和252由具有比铝高的刚性的耐磨材料形成，且通过冷轧或拉拔而制造。

参看图5和图6，在将金属粘合剂填充到滑动主体201的导轨组合凹槽211和221中后，将滑动导轨251和252插入到导轨组合凹槽211和221中且因此与其组合。

具有上述结构的滑动部件200安置在基座主体100的线性运动导引部分110和120之间。在此状况下，基座部件100的基座导轨对151和152与滑动部件200的滑动导轨对251和252彼此面对安置。在此状况下，包含多个滚珠的滚珠轴承300安置在基座导轨151和152与滑动导轨251和252之间，使得滑动导轨251和252相对于基座导轨151和152平滑地滑动。

参看图3，其中将安置致动器的致动器容纳空间形成在可调整预加载类型线性导引系统的中间部分中，在所述系统中，基座部件100的基座主体101与滑动部件200的滑动主体201彼此面对。

可将各种类型的装置，例如线性马达、滚珠螺杆、气缸、同步皮带(timing belt)／滑轮机构以及类似物用作致动器。由于适当的致动器仅需根据使用目的以此方式安装在致动器容纳空间中，所以本发明具有高的兼容性。

参看图2至图4，两轨道410形成在滑动主体201上以在滑动主体201的纵向方向上通过滑动主体201。形成在基座导轨151和152以及滑动导轨251和252中的插入凹槽153和253连接到轨道410，且构成一履带，其为包含多个滚珠的滚珠轴承300的路径。

如图2中所说明，滚珠导引盖400在滑动主体201的纵向方向上分别与滑动主体201的两端组合。两轨道420形成在滚珠导引盖400中的每一者上以连接插入凹槽153和253以及轨道410，从而防止滚珠轴承300逸出并连接履带行程。防尘盖500与滚珠导引盖400的外部组合。

在此状况下，如图3中所说明，滑动部件200的每一轨道410的中心点的高度不同于形成在基座轨道151和152以及滑动轨道251和252中的插入凹槽153和253中的每一者的中心点的高度，且连接插入凹槽153和253以及轨道410的滚珠导引盖400的每一轨道420相对于滚珠导引盖400的底部表面倾斜。当通过插入凹槽153和253中的每一者的高度与滑动部件200的轨道410的高度彼此不同的方式而使滚珠导引盖400的轨道420相对于滚珠导引盖400的底部表面倾斜时，可获得宽的致动器容纳空间，且可增加滚珠导引盖400的轨道420的回转半径。即，可增加滚珠导引盖400的轨道420的回转半径，使得可平滑地执行滚珠轴承的滚动运动(rolling motion)，且可减小可调整预加载类型线性导引系统的大小。

滚珠轴承300的多个滚珠包含：钢珠310，其通过直接接触基座轨道151和152以及滑动轨道251和252的插入凹槽153和253执行滚动运动；树脂滚珠320，其具有比钢珠310的直径小的直径且由具有润滑特性的合成树脂材料形成。如图7中所说明，钢珠310和树脂滚珠320交替地安置。树脂滚珠320在与钢珠310的旋转方向相反的方向上旋转，且最小化可能在钢珠310之间产生的摩擦阻力，从而防止发生噪声和振动且提供平滑的滚动运动。即，钢珠310直接接触插入凹槽153和253且由插入凹槽153和253装载，且树脂滚珠320具有比钢珠310的直径小的直径且因此未由插入凹槽153和253装载，从而减轻钢珠310之间的摩擦。

预加载调整单元600安装在滑动导轨251和252中的一者251与滑动主体202之间，且调整滑动导轨251相对于滑动主体202的间隔和角度。以此方式，预加载调整单元600调整施加到滚珠轴承300的预加载，所述滚珠轴承300安置在基座导轨151和152与滑动导轨251和252之间。

参看图8至图12，预加载调整单元600包含锥形楔620和621以及调整螺杆640和641。

步进组合件孔213形成在形成于滑动主体202的线性运动导引部分210中的导轨组合凹槽211与滑动导轨251之间的边界表面中，在所述边界表面上导轨组合凹槽211与滑动导轨251彼此面对。步进组合件孔213在预加载调整单元600的纵向方向上通过边界表面。各自具有倾斜表面的导引支撑刻面212形成在导轨组合凹槽221的两侧处，所述倾斜表面的内部直径在预加载调整单元600的纵向方向上从步进组合件孔213到步进组合件孔213的两端增加。倾斜导引刻面256形成在面对导引支撑刻面212的滑动导轨251上，每一倾斜导引刻面256具有与导引支撑刻面212的倾斜角相同的倾斜角。

弹簧610和611插入在步进组合件孔213的两端中，且锥形楔620和621插入在弹簧610和611的外部部分中。锥形楔620和621是锥形的，且在预加载调整单元600的纵向方向上安置在导引支撑刻面212与倾斜导引刻面256之间。支撑插入物630和631插入在锥形楔620和621的外部部分中，且防止支撑插入物630和631旋转的固定销635与支撑插入物630和631组合。调整螺杆640和641是耦合到螺杆孔450的螺杆，螺杆孔450形成在滚珠导引盖400中且通过支撑插入物630和631，从而调整锥形楔620的前进／后退移动。

当预加载调整单元600允许锥形楔620归因于调整螺杆640的螺杆旋转而向前移动时，如图12中所说明，锥形楔620对倾斜导引刻面256加压且向前移动朝向滑动导轨251的倾斜导引刻面256，且因此推动滑动导轨251到外部。

结果，基座导轨151和152与滑动导轨251和252之间的间隔减小，使得可容易调整施加到滚珠轴承300的钢珠310的预加载。以相同方式，可调整滑动导轨251和252相对于基座导轨151和152的角度。

预加载量指示等级645标记在调整螺杆640的前侧上，以通过使用调整螺杆640的螺杆旋转来检查并调整预加载的量。

当将金属粘合剂填充到导轨组合凹槽111和121和211和221中且基座组件100的基座导轨151和152与滑动部件200的滑动导轨252彼此粘附时，基座组件100的基座导轨151和152与滑动部件200的滑动导轨252可通过执行卷边工艺而彼此牢固地组合。

在此状况下，明显的是：与滑动部件200的导轨组合凹槽211组合且其移动通过预加载调整单元600而调整的滑动导轨251并不包含通过使用金属粘合剂而构成的粘附组合结构。

另外，形成在基座导轨151和152以及滑动导轨251和252中的插入凹槽153和253以以下方式来配置：突出摩擦支撑部分154和254形成在插入凹槽153和253中，且对应于滚珠轴承300的钢珠310的弯曲表面的经加工的支撑刻面155和255沿着预加载调整单元600的纵向方向而形成在突出摩擦支撑部分154和254上，使得钢珠310之间的摩擦力可最小化。

另外，当滑动部件200移动时限制线性运动距离的止动器单元700可在基座部件100的纵向方向上安置在基座部件100的两端上。

止动器单元700包含支撑板710，其为耦合在基座部件100的中间部分的前端和后端上的螺栓，以及包含减震器(shock absorber)720和螺杆耦合到支撑板710的止动器螺栓730。

当滑动部件200通过减震器720减震时，止动器单元700通过与止动器螺栓730的前端组合的阻尼器而停止。滑动部件200的线性运动距离根据止动器螺栓730的向前和向后移动而受到限制。

参看图13，在其中固定了滚珠螺杆的轴向孔可形成在支撑板710中且可用以固定滚珠螺杆。

参看图3，联轴器800安置在滑动部件200的中央组合孔250中以便方便地组合线性运动致动器。

联轴器800包含与中央组合孔250组合的基座810、与基座810旋转组合的滚珠螺母820、以及螺杆耦合到滚珠螺母820且接着螺杆耦合到致动器的夹紧螺栓830。

由于滚珠螺母820与基座810组合以围绕基座810旋转，所以即使当致动器的线性运动轨迹与滑动部件200的线性运动轨迹彼此有一点不重合时，可在滚珠螺母820围绕基座810旋转时校正致动器的扭转。

未解释的参考标号B／T表示用于啮合和组装个别元件的螺栓，且未解释的参考标号460表示螺杆耦合到滚珠导引盖400且防止滚珠轴承300的滚珠逸出的支撑盖。

在下文中，将描述具有以上结构的可调整预加载类型线性导引系统的操作。

首先，在图1中所说明的可调整预加载类型线性导引系统中，不包括基座导轨151和152的基座主体101和不包括滑动导轨251和252的滑动主体201由铝材料形成，使得可调整预加载类型线性导引系统的轻量可得以最大化。因此，以高速执行图1中所说明的可调整预加载类型线性导引系统的线性运动，使得可改进所述可调整预加载类型线性导引系统的生产力。

另外，如图3所说明，滚珠导引盖400的轨道420倾斜，使得可获得宽的致动器容纳空间。结果，可调整预加载类型线性导引系统的大小减小，且使可调整预加载类型线性导引系统变薄，使得可减小其重量且可降低其生产成本。

另外，由于多种类型的致动器安置在滑动部件200与基座部件100之间的致动器容纳空间中，所以通常可根据各种用途和用户的目的来使用致动器。由于获得了与其它致动器的兼容性，所以适于每一设备的专用线性导引系统并不需要每次经设计及制造，但线性导引系统通常经设计及制造以使得可显著降低线性导引系统的制造成本。

另外，滚珠轴承300包含多个钢珠310和多个树脂滚珠320，使得可减少噪声和振动的发生，且可执行滑动部件200相对于基座部件100的平滑线性运动。

此外，通过沿着预加载调整单元600的纵向方向从插入凹槽153和253突出的经加工的支撑刻面155和255支撑滚珠轴承300的多个钢珠310，使得可最小化滚珠轴承300的钢珠310之间的摩擦力，且可较平滑地执行滑动部件200的滑动运动。

在图1中所说明的可调整预加载类型线性导引系统中，尽管滚珠轴承300在其正被使用时磨损，但通过预加载调整单元600来调整滚珠轴承300的预加载，使得可延长图1的可调整预加载类型线性导引系统的使用期限。因此，不需要执行如同在普通线性导引系统中的更换滚珠轴承300(其在使用期间磨损)的钢珠310的操作。

滚珠轴承300的预加载的调整导致滚动运动力的调整，其中滑动部件200相对于基座部件100移动，使得可精确控制滑动部件200的线性运动。

Claims (7)

1.一种可调整预加载类型线性导引系统，包含：

基座部件，其具有基座主体和彼此平行安置在所述基座主体上的一对基座导轨；

滑动部件，其具有滑动主体和安置在所述滑动主体上而面对所述基座导轨对的一对滑动导轨，其中所述滑动导轨通过安装在所述基座导轨与所述滑动导轨之间的滚珠轴承而相对于所述基座导轨滑动，因此能够使所述滑动部件相对于所述基座部件滑动；以及

预加载调整单元，其安装在所述滑动导轨中的一者与所述滑动主体之间，用于调整所述滑动导轨相对于所述滑动主体的间隔和角度，以调整安置在所述基座导轨与所述滑动导轨之间的所述滚珠轴承的预加载，

其中，所述预加载调整单元包括锥形楔和调整螺杆，所述锥形楔为锥形且在所述预加载调整单元的纵向方向上安置在所述滑动主体与所述滑动导轨之间，所述调整螺杆在所述预加载调整单元的所述纵向方向上调整所述锥形楔的前进/后退移动，且所述预加载调整单元基于所述锥形楔的所述前进/后退移动而调整所述滑动导轨相对于所述滑动主体的间隔和角度，

其中，两个预加载调整单元在所述预加载调整单元的所述纵向方向上安置在所述滑动主体和所述滑动导轨的两端上，以面对彼此。

2.根据权利要求1所述的可调整预加载类型线性导引系统，其特征在于所述基座主体包括铝材料和形成在所述基座主体的两侧中的导轨组合凹槽，且所述基座导轨包括具有比铝高的刚性的耐磨材料且插入在所述基座主体的所述导轨组合凹槽中，且因此与所述导轨组合凹槽组合，所述滑动主体包括铝材料和形成在所述滑动主体的两侧中的导轨组合凹槽，且所述滑动导轨包括具有比铝高的刚性的耐磨材料且插入在所述滑动主体的所述导轨组合凹槽中，且因此与所述导轨组合凹槽组合。

3.根据权利要求2所述的可调整预加载类型线性导引系统，其特征在于在将金属粘合剂填充到所述基座部件的所述导轨组合凹槽中后，所述基座导轨与所述导轨组合凹槽组合。

4.根据权利要求1所述的可调整预加载类型线性导引系统，其特征在于所述滚珠轴承包括多个钢珠和多个树脂滚珠，所述钢珠直接接触所述基座导轨和所述滑动导轨且进行滚动运动，所述树脂滚珠具有比所述钢珠直径小的直径且包括合成树脂材料以具有润滑特性。

5.根据权利要求4所述的可调整预加载类型线性导引系统，其特征在于所述多个钢珠和所述多个树脂滚珠交替地安置。

6.根据权利要求4所述的可调整预加载类型线性导引系统，其特征在于其中安置所述钢珠的插入凹槽形成在所述基座导轨和所述滑动导轨中的每一者中，且突出摩擦支撑部分形成在所述插入凹槽中，且对应于所述钢珠的弯曲表面的经加工的支撑刻面形成在所述突出摩擦支撑部分中。

7.根据权利要求1所述的可调整预加载类型线性导引系统，其特征在于进一步包括联轴器，所述联轴器安装在所述滑动部件上且允许致动器相对于所述基座部件移动所述滑动部件且允许所述致动器与所述滑动部件容易地与彼此组合，所述联轴器包括与所述滑动部件组合的基座以及与所述基座旋转组合的滚珠螺母。