CN103161904A - 滚柱丝杠 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚柱丝杠机构，该机构设置有丝杠（12）、螺母（18）和多个滚柱（22）。所述丝杠具有外螺纹（16）；螺母同轴环绕所述丝杠并具有内螺纹（20）；滚柱插在丝杠与螺母之间，每个滚柱都具有外螺纹、啮合所述丝杠的外螺纹和所述螺母的内螺纹。丝杠相对于滚柱（22）轴向可移动。所述丝杠的螺纹的侧面在横截面中具有凹轮廓。

Description

滚柱丝杠

技术领域

本发明涉及滚柱丝杠机构领域，该机构用于将旋转运动转换为线性平移运动，反之亦然。

背景技术

这种机构设置有丝杠，螺母和多个纵向滚柱。所述丝杠包括外螺纹；所述螺母环绕丝杠布置并包括内螺纹；所述纵向滚柱啮合丝杠的外螺纹和螺母的内螺纹。与滚珠丝杠相比，该滚柱丝杠机构的主要优势是更大的承载能力。

第一种类型的滚柱丝杠机构包括具有外螺纹的滚柱，该滚柱啮合丝杠的外螺纹与螺母的内螺纹。滚柱螺纹与螺母螺纹具有彼此相同的螺旋角，并且与丝杠的螺纹的螺旋角不同，使得当丝杠相对螺母旋转时，滚柱在螺母内自转并且绕丝杠滚动而不轴向移动。通过附加于所述螺母的齿和所述滚柱上的啮合齿，滚柱被平行于丝杠的轴线地旋转导引。这种机构称为行星滚柱丝杠。

第二种类型的滚柱丝杠机构具有类似的工作原理，不同之处在于倒置排列。滚柱的螺纹、丝杠的螺纹以及螺母的螺纹的螺旋角被选择，使得当丝杠相对于螺母旋转时，滚柱绕丝杠自转，并在螺母内轴向移动。通过设置在所述丝杠上的齿和所述滚柱上的啮合齿，滚柱被平行于丝杠的轴线地旋转导引。这种机构称为倒置式行星滚柱丝杠。

采用现有设计的滚柱丝杠机构，滚柱在丝杠的螺纹侧面和螺母的螺纹侧面上的接触面积相对减少。为避免产生应力集中，就要求滚柱丝杠机构的承载能力限制在一定范围内。

发明内容

本发明的目的就是克服这些缺点。

更确切地说，本发明的目的是提供一种滚柱丝杠机构，这种滚柱丝杠机构对于给定的直径承载能力增加。

在一个实施方式中，滚柱丝杠机构设置有丝杠，螺母和多个滚柱，其中所述丝杠包括外螺纹；所述螺母环绕所述丝杠布置并与所述丝杠同轴，该螺母包括内螺纹；所述滚柱插在丝杠与螺母之间，每个滚柱都包括啮合所述丝杠的外螺纹和所述螺母的内螺纹的外螺纹。丝杠或螺母形成了相对于滚柱轴向可移动元件。所述可移动元件的螺纹的侧面在横截面中具有凹轮廓。

有利的是，每个螺纹的侧面均由圆弧形成。螺纹的轴向相对的侧面可以由相对于径向平面对称或不对称的两段圆弧形成。

在一个实施方式中，所述圆弧的圆心的轴向间隔在所述圆弧半径的10%到45%之间，优选地在13%到23%之间，特别是等于18%。

优选的是，滚柱的螺纹的侧面在横截面中具有凸轮廓，并由两段圆弧形成。有利的是，所述可移动元件的螺纹的圆弧半径大于或等于所述滚柱的螺纹的圆弧的半径。

在一个实施方式中，每个滚柱均包括与螺母的齿相啮合的齿，所述丝杠相对于所述滚柱轴向可移动。

在另一个实施方式中，每个滚柱均包括与丝杠的相齿啮合的齿，所述螺母相对于所述滚柱轴向可移动。

本发明还涉及一种包括旋转装置和上述滚柱丝杠机构的致动千斤顶，其中所述机构的丝杠与所述旋转装置耦合。

附图说明

在研究借助于实施方式给出的实施方式的详细描述时，本发明将被更好地理解，所述实施方式绝不是限制并通过附图示出，图中：

图1为根据本发明第一实施方式的滚柱丝杠机构的透视图。

图2为图1所示的滚柱丝杠机构的分解透视图。

图3为图1所示的滚柱丝杠机构的局部剖面图。

图4为图3所示的详图。以及

图5为根据本发明第二个实施方式的滚柱丝杠机构的局部剖面图。

具体实施方式

图1至图3，滚柱丝杠机构整体标注为10，其包括丝杠12，螺母18和多个纵向滚柱22。所述丝杠具有轴线14，并且设置有外螺纹16；所述螺母环绕丝杠12同轴安装，并设置有内螺纹20，所述内螺纹20的内径大于所述丝杠的外螺纹16的外径；所述滚柱径向布置在所述丝杠和螺母之间。丝杠12纵向延伸穿过螺母18的圆柱形孔上，在所述圆柱形孔上形成内螺纹20。

滚柱22彼此相同，并以规则方式分布在丝杠12周围。每个滚柱22沿着与丝杠的轴线14同轴的轴线22a延伸，并包括与丝杠的螺纹16和螺母的螺纹20啮合的外螺纹24。丝杠12和螺母18的螺纹均包括五条螺纹起始导入线，每个滚柱22的螺纹包括单条螺纹起始导入线。每个滚柱的螺纹24在各末端轴向延伸至齿26、28，而齿本身轴向延伸至向外延伸的圆柱螺 栓30、32。

滚柱丝杠机构10包括两个固定在螺母（18）的孔的非螺纹部分内的环形轴肩34、36，每个环形轴肩内部包括齿38、40，该齿分别与滚柱的齿26、28啮合，用于它的同步。机构10还包括两个分别径向安装在丝杠的螺纹16和关联的轴肩34、36之间的环形卡箍42、44，卡箍包括在圆周方向上以规则方式分布的多个圆柱形贯穿凹槽（未标注），滚柱的螺栓30、32容纳在该凹槽中。卡箍42、44使得所述滚柱22能够被支撑，并保持规则的圆周间隔。

滚柱丝杠机构10还包括止动环46、48和两个端盖50、52，所述止动环分别安装在与之相关联的轴肩34、36的孔中设置的沟槽里，从而轴向固定相对应的卡箍42、44；所述端盖固定在螺母的孔中、紧邻所述卡箍。端盖50、52轴向封住螺母的孔并包括与丝杠的螺纹16相啮合的螺纹。

滚柱的螺纹24与螺母的螺纹20的螺旋角彼此相同，并与丝杠的螺纹16的螺旋角不同，使得当丝杠12相对螺母18旋转时，滚柱22在螺母内自转并且绕丝杠12滚动，而没有轴向移动。通过所述轴肩内的齿38、40，所述滚柱被平行于轴线14可旋转地引导。丝杠12相对于滚柱22轴向或纵向可移动。

如图4所示，每个滚柱的螺纹的侧面在横截面中具有凸轮廓，均由一段圆弧形成；限定所述侧面的该圆弧关于垂直于滚柱的轴线22a的径向中平面对称，并在所述平面相交。

丝杠的螺纹16侧面16a、16b在横截面中各自具有凹轮廓，均由一段圆弧形成，限定所述侧面的该圆弧关于垂直于滚柱的轴线22a的径向中平面对称，并在所述平面相交。侧面的中心C16a、C16b关于所述径向平面对称。该中心C16a、C16b在径向上位于螺纹16外表面和滚柱的轴线22a之间。每个侧面16a或16b的半径R大于等于相关联的滚柱22凸形侧面的半径（未标注）。

与包括在横截面中具有由两条相对直线形的侧面形成三角形轮廓的螺纹的传统丝杠相比，为丝杠（22）的螺纹提供凹形侧面16a、16b使得滚柱22在每个侧面16a、16b上的接触区域或表面增加。在工作时，在力的传递过程中，每个滚柱22的侧面施加在丝杠的螺纹的侧面16a、16b上的接触压力被分散到了更大的表面。如图所示，应用赫兹理论建立接触压力模型。得益于相对于滚柱22轴向可移动的丝杠12的这种螺纹轮廓，增加了滚柱丝杠机构的承载能力，限制了应力集中现象。

中心C16a、C16b之间的轴向间隔e在所述圆弧半径R的10%至45%之间，比较理想的是13%至23%之间，更有益地是等于18%。在图示实施方式中，轴向间隔e等于半径R的18%。采用这样的间隔，滚柱22在丝杠螺纹侧面16a、16b上施加的应力基本上分布在侧面的整个长度上，从而达到应力分布更佳的目的。

螺母的螺纹20在径向上与丝杠的螺纹16相对。螺母的螺纹20的每个侧面20a、20b在横截面中具有凹轮廓，由一段圆弧形成。形成侧面20a、20b的圆弧关于垂直于滚柱的轴线22a的径向中平面对称。图示实施方式中，考虑包含滚柱的轴线22a的轴平面，螺母的螺纹20相对于丝杠的螺纹16对称。侧面的中心C16a、C16b关于所述径向平面对称，并且在径向上位于螺纹20的内表面和滚柱的轴线22a之间。每个侧面16a、16b的半径R均大于等于相关联的滚柱22的凸形侧面的半径（未标注）。中心C20a、C20b之间的轴向间隔e与中心C16a、C16b之间的相等。

图5所示的替代实施方式中，其中相同元件具有相同的附图标记，中心C16a、C16b之间和中心C20a、C20b之间的轴向间距e’等于侧面16a、16b的圆弧半径R’的38%，所述半径的尺寸大于前一实施方式中的半径R的尺寸。在此替代实施方式中，滚柱22在每个丝杠的螺纹的侧面16a、16b上的接触向螺纹的顶部偏心。滚柱22在丝杠的螺纹的侧面16a、16b上施加的应力没有分散到侧面的整个长度上。

图示实施方式中，螺母的螺纹的每个侧面20a、20b在横截面中均具有凹轮廓。在替代实施方式中，却可以使螺母的螺纹在横截面中具有三角形轮廓，它是由凹形底部连接到一起的两个相对的直线形的侧面而限定的；或使螺母的螺纹在横截面中具有梯形轮廓。事实上，申请人已经证实，为了增加滚柱丝杠机构的承载能力，必需条件是只为相对于滚柱22可移动的元件（本例中丝杠）提供凹轮廓。至于相对于滚柱22固定的元件（本例中螺母18），可以为螺纹提供凹形侧面或者传统的直线形侧面。

本发明在行星式滚柱丝杠基础上进行了阐述，对于螺母相对于滚柱纵向可移动且丝杠包括与滚柱的齿相啮合的齿的倒置式行星滚柱丝杠来说，螺母的螺纹包括凹形侧面，如上述图示实施方式中为丝杠所作的那样，其中，丝杠的螺纹的侧面可以是凹形或直线形。

Claims (10)

1.一种滚柱丝杠机构，其设置有丝杠（12），螺母（18）和多个滚柱（22），所述丝杠包括外螺纹（16）；所述螺母环绕所述丝杠并同轴设置，并包括内螺纹（20）；所述多个滚柱插在丝杠与螺母之间，每个滚柱包括啮合所述丝杠的外螺纹和所述螺母的内螺纹的外螺纹（24），其中，所述丝杠（12）或螺母（18）形成相对于滚柱（22）轴向可移动的元件，其特征在于，所述可移动元件的螺纹的侧面在横截面中具有凹轮廓。

2.根据权利要求1所述的滚柱丝杠机构，其中：所述可移动元件的螺纹的每个侧面均由圆弧形成。

3.根据权利要求2所述的滚柱丝杠机构，其中：所述螺纹的轴向相对的侧面由两段圆弧形成，所述两段圆弧关于径向平面对称。

4.根据权利要求3所述的滚柱丝杠机构，其中：所述圆弧的中心（C16a，C16b）的轴向间隔在所述圆弧半径的10%到45%之间，优选地是在13%到23%之间，特别是等于18%。

5.根据权利要求2所述的滚柱丝杠机构，其中：所述螺纹的轴向相对的侧面由两段不对称圆弧形成。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的滚柱丝杠机构，其中：所述滚柱（22）的螺纹的侧面在横截面中具有凸轮廓，并且由两段圆弧形成。

7.根据权利要求6所述的滚柱丝杠机构，其中：所述可移动元件的螺纹的圆弧的半径大于或等于所述滚柱的螺纹的圆弧的半径。

8.根据前述权利要求中任一项所述的滚柱丝杠机构，其中：每个滚柱（22）均包括与螺母的齿（38、40）啮合的齿（26，28），所述丝杠（12）相对于所述滚柱轴向可移动。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的滚柱丝杠机构，其中：每个滚柱（22）包括与丝杠（12）的齿啮合的齿（26、28），所述螺母（18）相对于所述滚柱轴向可移动。

10.一种致动千斤顶，包括旋转工具和根据前述权利要求中任一项所述的滚柱丝杠机构，所述机构的丝杠与所述旋转工具耦合。

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