CN102900821A - 一种行星滚柱丝杠副 - Google Patents

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Abstract

本发明属于直线运动副，具体涉及一种行星滚柱丝杠副，解决了滚柱与螺母轴向脱出并卡滞的问题，提高了啮合质量，降低了加工工艺难度。该行星滚柱丝杠副中的螺母(3)和丝杆(1)采用牙槽的法向截面形状为等腰直角三角形，滚柱(2)牙的法向截面形状采用弧形，且弧形圆心位于滚柱轴线上，丝杆(1)螺纹实际中径小于计算公式得到的名义中径。

Description

一种行星滚柱丝杠副
技术领域
本发明属于直线运动副，具体涉及一种行星滚柱丝杠副。 
背景技术
目前，现有的行星滚柱丝杠副中的三元件螺纹通常为：三元件螺纹旋向相同；牙形螺距相同；螺母与丝杆头数相同；滚柱为单头螺纹；滚柱与螺母螺纹升角相同。三滚动元件指丝杆、滚柱、螺母。三元件的牙形有2种：如图1a所示，三元件的轴向截面的牙形均为直角三角形；如图1b所示，螺母与滚柱的轴向截面的牙形为圆环形，丝杆为螺纹。其中圆环形最简单，但是，丝杠副内必须含有一对轴向推力轴承，并靠轴向推力轴承传递力，存在承载能力低，自由度不唯一等缺陷。如图1a所示，轴向截面的牙形为直角三角形是现有截形中较简单直观的，且车削容易，但是如果需要表面硬化磨削，无论单头分别磨削还是多头同时磨削都必须采用异形砂轮，砂轮截面为不规则曲线，成本很高，且我国尚无制造和检验能力。 
现有行星滚柱丝杠副三滚动元件螺纹的中径，都是按照公知公式设计。按照公知公式设计的滚柱螺纹和螺母螺纹旋向相同，且为内啮合、螺纹升角相等，将滚柱螺纹轴向截面的牙形修成弧形后，啮合点位于中径上，完全符合行星运动关系，能够实现纯滚动啮合。但是，无论三元件上是螺纹还是圆环形，即使将滚柱 螺纹截面形状做成弧形，实际上仍存在滚柱与丝杆螺纹干涉的问题。 
目前现有解决滚柱与丝杆螺纹干涉的方法是采用减小滚柱螺纹实际中径，或者同时把丝杆螺纹截面形状做成弧形。但是减小滚柱螺纹实际中径，使原本没有干涉问题的滚柱螺纹-螺母螺纹之间的行星运动啮合关系遭到破坏，三元件轴线距离之间的比例关系发生变化，造成啮合质量严重下降。而把丝杠螺纹截面形状做成弧形不但对解决干涉帮助甚微，又大大增加了加工工艺难度。 
发明内容
本发明提供一种行星滚柱丝杠副，解决了滚柱与螺母轴向脱出并卡滞的问题，提高了啮合质量，降低了加工工艺难度。 
本发明的技术方案是，一种行星滚柱丝杠副中的螺母和丝杆采用牙槽的法向截面形状为等腰直角三角形，滚柱牙的法向截面形状采用弧形，且弧形圆心位于滚柱轴线上，丝杆螺纹实际中径小于计算公式得到的名义中径。 
所述丝杆螺纹名义中径为30mm，实际中径为29.51mm，滚柱的弧形截面圆弧半径为7.071mm。 
本发明的有益效果是，采用本发明的结构，解决了滚柱与螺母轴向脱出并卡滞的问题，提高了啮合质量，降低了加工工艺难度，即能用较简单的磨削砂轮和工艺实现三元件纯滚动运转，实现顺滑且高承载能力的传动。 
附图说明
下面结合附图和实例对本专利进一步说明。 
图1a为现有轴向截面为直角三角形的牙形结构示意图； 
图1b为现有轴向截面为圆环形的牙形结构示意图； 
图2为现有滚柱螺纹轴向截面弧形的牙形结构示意图； 
图3是本发明的行星滚柱丝杠副结构示意图。 
图中1.丝杆；2.滚柱；3.螺母；4.内齿圈；5.保持架；6.挡圈。 
具体实施方式
如图3所示，本发明的行星滚柱丝杠副中三元件螺纹旋向相同、螺母与丝杆头数相同，滚柱为单头螺纹，滚柱与螺母螺纹升角相同，这些结构特征为现有的，本发明的三元件的螺纹截面形状为：螺母3和丝杆1采用牙槽的法向截面形状为等腰直角三角形，滚柱2牙的法向截面形状采用弧形，弧形圆心位于滚柱轴线上，且为外凸弧形。并减小丝杆1螺纹实际中径，即比按下列公式(1)、(2)、(3)、(4)计算出的名义中径要小，即可以采用solidworks等三维仿真软件，根据丝杆1的计算出的名义中径和导程确定减小的数值，以不干涉为目的，确定丝杆1螺纹实际中径。 
三元件的头数和名义中径计算公式： 
x n = D R D P - - - ( 1 )
Pz＝xn.p      (2) 
DR＝DS+2DP    (3) 
D R D P = Z R Z P - - - ( 4 )
式中：xn——丝杠和螺母螺纹头数； 
p——螺距，单位为毫米，三元件相同； 
PZ——导程，单位为毫米； 
DS——丝杠螺纹名义中径，单位为毫米； 
DP——滚柱螺纹名义中径，单位为毫米； 
DR——螺母螺纹名义中径，单位为毫米； 
ZR——齿圈齿数；ZP——滚柱齿轮齿数。 
实施例：采用本发明的行星滚柱丝杠副，其中螺母3和丝杆1采用牙槽的法向截面形状为等腰直角三角形螺纹，而滚柱2采用牙的法向截面为弧形。丝杆1名义中径30mm，实际中径29.51mm，滚柱2名义中径和实际中径都是10mm，螺母3名义中径和实际中径都是50mm，三元件螺纹均为右旋。滚柱2的弧形截面圆弧半径为7.071mm。上述行星滚柱丝杠副经试验证明，星滚柱丝杠副效率达到90％以上，正、逆传灵活，轴向间隙0～0.03mm，用于伺服系统中精度和寿命良好。 

Claims (2)

1.一种行星滚柱丝杠副，其特征是：该行星滚柱丝杠副中的螺母(3)和丝杆(1)采用牙槽的法向截面形状为等腰直角三角形，滚柱(2)牙的法向截面形状采用弧形，且弧形圆心位于滚柱轴线上，丝杆(1)螺纹实际中径小于计算公式得到的名义中径。
2.按照权利要求1所述一种行星滚柱丝杠副，其特征是：所述丝杆(1)名义中径为30mm，实际中径为29.51mm，滚柱(2)的弧形截面圆弧半径为7.071mm。
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