CN103133618B - 一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆，包括位移块，与其连接的位移台，穿过位移块内腔的光杆，安装在光杆上、由轴承组和楔块组组成的摩擦传动副，顶压在轴承组上调整光杆轴线位置的调整螺钉组，以及担负调整摩擦力、锁止与松开传动副的顶压螺栓组。通过调节调整螺钉组，容易实现光杆的快速对中，运动平稳性好。通过调节顶压螺栓组，可调节传动摩擦力，对光杆进行锁止与释放，使所述位移台作精密微动和快速移动，运动切换简易迅速。本专利无牙丝杆磨损小、带负载能力强；采用对称设计和标准零部件，加工容易、组装方便、质量稳定、成本低。可用于机床、坐标测量机和影像测量机，驱动平移台作精密位移运动。

Description

一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆

技术领域

本发明涉及旋转与直线运动变换的摩擦传动机构，用于机床、坐标测量机和影像测量机平移台精密位移传动，具体为一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆。

背景技术

目前，公知技术中现有类似无牙丝杆<也叫无牙导杆、无牙螺杆、无牙光杆、无牙丝杠、线性回转轴承>的摩擦传动机构，其摩擦传动副是由位移块、光杆、轴承组、和楔块组等零部件组成；借助光杆与摩擦机构挤压接触，产生左右旋和轴向摩擦推力，把主动光杆的旋转运动变换为从动位移块沿着光杆轴线方向上的移动，驱动位移台作直线位移运动；虽然这些机构都能实现旋转与直线位移之间变换，但是仍然存在如下的缺陷：

（1）无牙丝杆成品中的光杆轴线位置不能微调对中，由于装配误差的存在，易产生运动平稳性性误差。如专利（专利号：ZL200520054216.2）所述的无牙螺杆摩擦传动机构、专利（申请号：201120277738.4）所述的无牙导杆模组、专利（申请号：201110009858.0）所述的柔性丝杠和专利“一种工作台应用了无牙光杆传动的影像测量机（ZL200620104002.6）”中所述的无牙丝杆，摩擦传动副中的光杆轴线位置是固定的，当安装到相应的设备上时，如果光杆端部驱动机构的支架和位移台连接件的安装尺寸有制造误差，难以通过装配调整保证光杆轴线与位移台的运动方向平行，导致光杆在工作中承受径向力的作用，产生运动平稳性误差。

（2）制造成本高。如专利（专利号：ZL200520054216.2）所述的无牙螺杆摩擦传动机构，摩擦传动副中的位移块结构复杂和不对称；专利（申请号：201110009858.0）所述的柔性丝杠中的轴承内圈截面需要特殊加工，导致制造成本增加。

（3）摩擦力调整困难。利用簧片或单方向调节增加预紧力，摩擦力大小调整困难，给后期整机的调试带来困扰，

发明内容

本发明的目的是提供一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆，以解决现有技术无牙丝杆在应用中光杆轴线位置不能微调对中、摩擦力调整困难、制造成本高的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆，其特征在于：包括光杆、安装于光杆上并沿着光杆轴线平行移动的位移块、与所述位移块连接在一起的位移台，所述位移块具有内腔，位移块内腔中设置有多个轴承构成的轴承组、多个圆环形楔块构成的楔块组，轴承组、楔块组分别安装在位移块内腔中的光杆杆段上，由轴承组、楔块组、光杆组成摩擦传动副，所述位移台上还安装有多个顶压在轴承组轴承上可调整所述光杆轴线位置的调整螺钉、以及担负调整摩擦力、锁止与松开摩擦传动副的顶压螺栓组，所述调整螺钉的轴线与顶压螺栓组的轴线设置在同一个平面上，在预紧压力作用下，把所述光杆的轴线约束在所述调整螺钉和顶压螺栓轴线所在的平面内；其中：

摩擦传动副中，位移块内腔中的光杆杆段两端至少布置一个轴承，位移块内腔中的光杆杆段中间也至少布置一个轴承，各个轴承之间位置用楔块进行垫隔，各个楔块的端面与相邻轴承端面接触；

摩擦传动副中，所述楔块一个端面与其内孔轴线垂直，另一个端面与其内孔轴线之间具有倾斜角度β，倾斜角度β的大小等于无牙丝杆摩擦螺线的螺线角；各个轴承的回转轴线与所述光杆的回转轴线在空间形成一定的倾斜角α，倾斜角α的绝对值等于所述楔块倾斜端面与其内孔轴线之间倾斜角度β，且位于位移块内腔中的光杆杆段两端位置的轴承回转轴线的倾斜方向相同，位于位移块内腔中的光杆杆段中间位置的轴承回转轴线的倾斜方向与位于位移块内腔中的光杆杆段两端位置的轴承回转轴线的倾斜方向的倾斜方向相反；

所述摩擦传动副中，各个轴承内圈孔两端具有圆弧倒角面，轴承组中，位于位移块内腔中的光杆杆段两端位置的轴承被调整螺钉顶压，位于位移块内腔中的光杆杆段中间位置的轴承被顶压螺栓组顶压，在调整螺钉、顶压螺栓组的顶压下，每个轴承内圈孔两端圆弧倒角面分别与所述光杆外圆柱倾斜相切，在顶压预紧力的作用下，形成两段同向螺旋线；位于位移块内腔中的光杆杆段两端同向倾斜布置的轴承形成的螺旋线与位于位移块内腔中的光杆杆段中间布置的轴承形成的螺旋线分别分布在光杆圆柱面的两侧，螺旋线的螺旋角大小等于各轴承的回转轴线与所述光杆的回转轴线在空间形成的倾斜角α；且倾斜角α与所述光杆的直径D必须满足公式h·tan(α)+d_内/cos(α)≥D，公式中：h为轴承内圈孔的厚度，d_内为轴承内圈孔的直径。

所述的一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆，其特征在于：楔块倾斜端面与其内孔轴线之间倾斜角β的大小由下式决定：β＝arctan(S/πD)，其中S为所述无牙传动丝杠的导程，即光杆每转一周驱动所述位移块的进给量，D为光杆的直径。

所述的一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆，其特征在于：位移块内腔为径向截面为腰形孔状的柱形腔，且位移块内腔径向腰形孔状截面的短轴长度须大于所述轴承外圈直径d_外，长轴长度须大于2(d_内-D)+d_外；位移块内腔两端分别加工成内螺纹孔，在位移块内腔每端端面短轴两侧分别开设导向槽，所述楔块组中每个楔块上分别设置有一对导向块，且楔块组中每个楔块的导向块分别一一对应置于导向槽内，位移块内腔两端内螺纹孔中分别螺入有压紧螺母，由两压紧螺母将摩擦传动副压紧固定在所述位移块内。

所述的一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆，其特征在于：所述位移块上位于内腔腰形孔状径向截面长轴方向上的一个侧壁上开设有多个调整螺纹孔，每个调整螺纹孔分别垂直连通位移块内腔，所述调整螺钉分别旋入调整螺纹孔内并伸入位移块内腔中顶压在位移块内腔中光杆杆段两端的轴承上，通过旋入调整螺钉，并配合调节顶压螺栓可以调节光杆轴线的位置；

位移块设有调整螺纹孔的侧壁上，或左右其它两个侧壁上，开设有多个连接螺纹孔，连接螺纹孔的数量根据所述位移台或其连接件的结构进行确定。

所述的一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆，其特征在于：所述顶压螺栓组包括顶压螺栓、旋转所述顶压螺栓的套圈、带动所述套圈转动的摆杆、限制摆杆转角的C形限位圈、以及多个紧固螺钉；

所述位移块上位于内腔腰形孔状径向截面长轴方向上的另一个侧壁上，开设有一个垂直连通所述位移块内腔的顶压螺纹孔，所述顶压螺栓旋入顶压螺纹孔，顶压螺栓其中一端伸入位移块内腔中并顶压在位移块内腔中光杆杆段中间的轴承上，顶压螺栓的另一端为圆柱面，顶压螺栓的另一端穿出位移块并与所述套圈间隙配合，所述套圈的侧面开设有两个螺孔，套圈侧面其中一个螺孔与摆杆一端螺纹连接，套圈侧面另一个为锁紧螺孔，锁紧螺孔内安置有锁紧螺钉，调节好摆杆连接用螺孔位置后，拧入锁紧螺钉和摆杆，即可锁死套圈与顶压螺栓之间的连接，通过转动摆杆旋入或旋出顶压螺栓，可调整摩擦传动副的摩擦力、以及锁止与松开摩擦传动副，使与位移块相连接的位移台实现快速手动进给，或由无牙丝杆的光杆驱动，实现慢速微动进给。

所述的一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆，其特征在于：所述位移块设有顶压螺纹孔的侧壁上设置有C形限位圈，所述套圈容纳在C形限位圈的C形开口中，由C形限位圈的C形开口限制摆杆的转动角的大小，C形限位圈端面上开设有弧形通槽，弧形通槽中设置有把所述C形限位圈紧固在位移块上的紧固螺钉，通过旋转C形限位圈开口位置，可以调整摆杆转动角的初始角，尤其是调整摩擦传动副锁死时的预紧力大小。

本发明的优点为：通过选择合适的光杆直径、轴承内圈直径与厚度、以及楔块倾斜角，可以得到所述性能的旋转与直线运动变换的摩擦传动机构。每个轴承内孔与光杆挤压形成两个同向螺旋线，通过对称布置轴承组，可以左右旋对称的螺旋线组，分别分布在光杆外圆柱的两侧，形成的挤压螺旋线多，光杆磨损小，带负载能力强；在小载荷条件下，两个轴承可以用一个代替，进一步减小无牙光杆的体积。在无牙丝杆成品与位移台的装配过程中，可以方便地通过调整移动块上的顶压螺钉，调整光杆轴线的位置，实现了光杆的简易对中，克服安装机构部分的制造误差，保证光杆的轴线与位移台的运动方向平行，运动平稳性好。通过调节顶压螺栓组中的C形限位圈和摆杆，可以方便地调节传动摩擦力，并且能实现对光杆的锁止、释放等动作，从而实现与位移块相连的位移台作精密微动平移和快速手动推拉平移。在位移块和楔形块结构上，采用对称设计，可以通过拉制铝型材工艺；轴承可以选用标准轴承，不需定制，零件普及；从而加工容易、组装方便、质量稳定、成本低。

附图说明

图1是本发明无牙丝杆内部结构剖视图。

图2是图1所示的无牙丝杆结构外形示意图。

图3是图1所示的无牙丝杆内部摩擦传动副结构示意图。

图4是图1所示的无牙丝杆内部左右旋无牙螺纹形成原理示意图。

图5是图1所示的无牙丝杆移动块和内部起垫隔作用的楔块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本专利无牙丝杆作进一步地详细的描述。

如图1、图2和图3所示，本发明光杆轴线位置与摩擦力可调的无牙丝杆包括光杆01，沿着其轴线平行移动的位移块02，与位移块连接一起移动的位移台16，安置在位移块内腔的由光杆1、轴承组26和楔块组27组成的摩擦传动副28，顶压在轴承组26上可调整所述光杆轴线位置的调整螺钉05和12，以及担负调整摩擦力、锁止与松开传动副的顶压螺栓组24。光杆01用手动旋转驱动，或电机连接由电机带动旋转，由位移块02内部的摩擦传动副28产生摩擦力带动位移块02作轴向移动；位移块02通过连接件与位移台16固定连接，带动所述位移台16作同步移动。

如图1和图3所示，位移块02内部的摩擦传动副28包括光杆01、轴承04、08、09和13构成的轴承组26，以及分别隔垫在各个轴承之间起到定位作用的楔块03、06、07、10、11、14，楔块03、06、07、10、11、14构成楔块组27，每个楔块一个端面与其内孔轴线垂直，另一个端面S与其内孔轴线倾斜一个β角，其值的大小等于无牙丝杆摩擦螺线的螺线角。

如图4所示，调整螺钉05和12的轴线、顶压螺栓20的轴线和光杆01的轴线安置在同一个平面上，轴承04和13平行放置，其回转轴线向光杆01的一端倾斜，在调整螺钉05和12的顶压下，轴承的内环两端圆弧倒角面与光杆01发生相切，切点分别为04A、04B以及13A、13B，在各个切点附件产生一段摩擦螺旋线，螺旋角大小为轴承回转轴线相对于光杆01轴线的倾角β，β值根据实际需要计算求得，计算公式为β＝arctan(S/πD)，其中S为无牙丝杠的导程，即所述光杆每转一周驱动所述位移块的进给量，D为光杆的直径；β值典型值可取15°，光杆直径的值可取6mm，此时光杆每转一周驱动所述位移块的进给量5mm。

同理，轴承08和09合并在一起，向光杆01的另一端倾斜，在顶压螺栓的压紧下与光杆01的圆柱面相切，切点为08A,08B以及09A,09B，在各个切点附件也产生一段螺旋角为β摩擦螺旋线，但旋向方向与轴承04和13产生的螺旋线的方向相反。轴承内圈的厚度为h、内圈孔的直径d_内、回转轴线倾斜角β同光杆01的直径D的关系满足下列要求：h·tan(β)+d_内/cos(β)≥D。

由于这些切点和摩擦螺旋线的对称分布，在预紧压力F1、F2和F的作用，把所述光杆的轴线约束在调整螺钉组05、12和顶压螺栓20轴线所在的平面内。通过调整调节调整螺钉05和12，同时调整顶压螺栓20，可以调整光杆轴线的位置。

如图5所示，位移块02内腔32为径向截面为腰形孔状的柱形腔，在其两端分别加工一段内螺纹孔31，在位移块内腔每端端面短轴两侧分别开设导向槽33；摩擦传动副穿插在位移块内腔内，轴承之间用楔块进行垫隔，各楔块的轴线O与光杆轴线近似重合，每个楔形块两侧的导向块分别放置在导向槽33内；

在本实施例中的轴承为普通标准轴承和6个相同的楔块，当然轴承和楔块的数量可以根据实际需要和载荷的大小来选择；在小载荷条件下，轴承08和09可以用一个代替，进一步减小无牙光杆的体积。

摩擦传动副28用两个安装在位移块内腔两端内螺纹孔内的压紧螺母15和17压紧固定在位移块内腔中；位移块内腔径向腰形孔状截面的短轴长度须大于所述轴承外圈直径d_外，长轴长度须大于2(d_内-D)+d_外。

在本实施例中，位移块内腔径向截面长轴方向上的一个侧壁上，开设有两个垂直连通位移块内腔的调整螺纹孔30，在调整螺纹孔内旋入两个顶压螺钉05和12，分别顶压在光杆两端两个轴承04和13的外圈上，通过旋入顶压螺钉05和12，并配合调节顶压螺栓20，实现光杆轴线25的位置调整。

如图2所示，本发明中，顶压螺栓组24包括顶压螺栓20、旋转顶压螺栓20的套圈19、带动套圈转动的摆杆23、限制摆杆转角的C形限位圈18、以及紧固螺钉21和22。

位移块上位于内腔腰形孔状径向截面长轴方向上的另一个侧壁上，开设有一个垂直连通位移块内腔的顶压螺纹孔，顶压螺栓20旋入顶压位移块侧壁螺纹孔中，其端面顶压在光杆中间的轴承08、09上；顶压螺栓20的另一端为圆柱面，与套圈19间隙配合，套圈19的侧面开设有两个螺孔，其中一个螺孔为摆杆23连接螺孔，与摆杆23一端螺纹连接；另一个为锁紧螺孔，套圈19的锁紧螺孔内安置一个锁紧螺钉22；调节好摆杆23连接用螺孔位置后，拧入锁紧螺钉22和摆杆23，锁死套圈19与顶压螺栓20之间的连接。通过转动摆杆23旋入或旋出顶压螺栓20，可调整摩擦传动副的摩擦力、以及锁止与松开光杆01，让与位移块02相连接的位移台16实现快速手动进给，或由无牙丝杆的光杆驱动，实现慢速微动进给。

位移块02设有顶压螺纹孔34的外侧壁上还安置有C形限位圈18，套圈19容纳在C形限位圈18的C形开口处，C形限位圈的开口限制摆杆19的转动角的大小，C形限位圈18上开设有弧形通槽35，两个紧固螺钉21通过弧形通槽35把C形限位圈18紧固在位移块02上；通过旋转C形限位圈18开口位置，可以调整摆杆19转动角的初始角，尤其是调整摩擦传动副28锁死时的预紧力大小。

Claims (6)

1.一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆，其特征在于：包括光杆、安装于光杆上并沿着光杆轴线平行移动的位移块、与所述位移块连接在一起的位移台，所述位移块具有内腔，位移块内腔中设置有多个轴承构成的轴承组、多个圆环形楔块构成的楔块组，轴承组、楔块组分别安装在位移块内腔中的光杆杆段上，由轴承组、楔块组、光杆组成摩擦传动副，所述位移台上还安装有多个顶压在轴承组轴承上可调整所述光杆轴线位置的调整螺钉、以及担负调整摩擦力、锁止与松开摩擦传动副的顶压螺栓组，所述调整螺钉的轴线与顶压螺栓组的轴线设置在同一个平面上，在预紧压力作用下，把所述光杆的轴线约束在所述调整螺钉和顶压螺栓轴线所在的平面内；其中：摩擦传动副中，位移块内腔中的光杆杆段两端至少布置一个轴承，位移块内腔中的光杆杆段中间也至少布置一个轴承，各个轴承之间位置用楔块进行垫隔，各个楔块的端面与相邻轴承端面接触；摩擦传动副中，所述楔块一个端面与其内孔轴线垂直，另一个端面与其内孔轴线之间具有倾斜角度β，倾斜角度β的大小等于无牙丝杆摩擦螺线的螺线角；各个轴承的回转轴线与所述光杆的回转轴线在空间形成一定的倾斜角α，倾斜角α的绝对值等于所述楔块倾斜端面与其内孔轴线之间倾斜角度β，且位于位移块内腔中的光杆杆段两端位置的轴承回转轴线的倾斜方向相同，位于位移块内腔中的光杆杆段中间位置的轴承回转轴线的倾斜方向与位于位移块内腔中的光杆杆段两端位置的轴承回转轴线的倾斜方向的倾斜方向相反；所述摩擦传动副中，各个轴承内圈孔两端具有圆弧倒角面，轴承组中，位于位移块内腔中的光杆杆段两端位置的轴承被调整螺钉顶压，位于位移块内腔中的光杆杆段中间位置的轴承被顶压螺栓组顶压，在调整螺钉、顶压螺栓组的顶压下，每个轴承内圈孔两端圆弧倒角面分别与所述光杆外圆柱倾斜相切，在顶压预紧力的作用下，形成两段同向螺旋线；位于位移块内腔中的光杆杆段两端同向倾斜布置的轴承形成的螺旋线与位于位移块内腔中的光杆杆段中间布置的轴承形成的螺旋线分别分布在光杆圆柱面的两侧，螺旋线的螺旋角大小等于各轴承的回转轴线与所述光杆的回转轴线在空间形成的倾斜角α；且倾斜角α与所述光杆的直径D必须满足公式h·tan(α)+d内/cos(α)≥D，公式中：h为轴承内圈孔的厚度，d内为轴承内圈孔的直径。

2.根据权利要求1所述的一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆，其特征在于：楔块倾斜端面与其内孔轴线之间倾斜角β的大小由下式决定：β＝arctan(S/πD)，其中S为所述无牙传动丝杠的导程，即光杆每转一周驱动所述位移块的进给量，D为光杆的直径。

3.根据权利要求1所述的一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆，其特征在于：位移块内腔为径向截面为腰形孔状的柱形腔，且位移块内腔径向腰形孔状截面的短轴长度须大于所述轴承外圈直径d外，长轴长度须大于2(d内-D)+d外；位移块内腔两端分别加工成内螺纹孔，在位移块内腔每端端面短轴两侧分别开设导向槽，所述楔块组中每个楔块上分别设置有一对导向块，且楔块组中每个楔块的导向块分别一一对应置于导向槽内，位移块内腔两端内螺纹孔中分别螺入有压紧螺母，由两压紧螺母将摩擦传动副压紧固定在所述位移块内。

4.根据权利要求3所述的一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆，其特征在于：所述位移块上位于内腔腰形孔状径向截面长轴方向上的一个侧壁上开设有多个调整螺纹孔，每个调整螺纹孔分别垂直连通位移块内腔，所述调整螺钉分别旋入调整螺纹孔内并伸入位移块内腔中顶压在位移块内腔中光杆杆段两端的轴承上，通过旋入调整螺钉，并配合调节顶压螺栓可以调节光杆轴线的位置；位移块设有调整螺纹孔的侧壁上，或左右其它两个侧壁上，开设有多个连接螺纹孔，连接螺纹孔的数量根据所述位移台或其连接件的结构进行确定。

5.根据权利要求1或3所述的一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆，其特征在于：所述顶压螺栓组包括顶压螺栓、旋转所述顶压螺栓的套圈、带动所述套圈转动的摆杆、限制摆杆转角的C形限位圈、以及多个紧固螺钉；所述位移块上位于内腔腰形孔状径向截面长轴方向上的另一个侧壁上，开设有一个垂直连通所述位移块内腔的顶压螺纹孔，所述顶压螺栓旋入顶压螺纹孔，顶压螺栓其中一端伸入位移块内腔中并顶压在位移块内腔中光杆杆段中间的轴承上，顶压螺栓的另一端为圆柱面，顶压螺栓的另一端穿出位移块并与所述套圈间隙配合，所述套圈的侧面开设有两个螺孔，套圈侧面其中一个螺孔与摆杆一端螺纹连接，套圈侧面另一个为锁紧螺孔，锁紧螺孔内安置有锁紧螺钉，调节好摆杆连接用螺孔位置后，拧入锁紧螺钉和摆杆，即可锁死套圈与顶压螺栓之间的连接，通过转动摆杆旋入或旋出顶压螺栓，可调整摩擦传动副的摩擦力、以及锁止与松开摩擦传动副，使与位移块相连接的位移台实现快速手动进给，或由无牙丝杆的光杆驱动，实现慢速微动进给。

6.根据权利要求5所述的一种光杆轴线位置与传动摩擦力可调的无牙传动丝杆，其特征在于：所述位移块设有顶压螺纹孔的侧壁上设置有C形限位圈，所述套圈容纳在C形限位圈的C形开口中，由C形限位圈的C形开口限制摆杆的转动角的大小，C形限位圈端面上开设有弧形通槽，弧形通槽中设置有把所述C形限位圈紧固在位移块上的紧固螺钉，通过旋转C形限位圈开口位置，可以调整摆杆转动角的初始角，调整摩擦传动副锁死时的预紧力大小。