CN1033309A - 将旋转运动转换成轴向运动的装置 - Google Patents

Abstract

将旋转运动转换成轴向运动的装置，包括具有外 部齿型的心轴，内壁具有齿型的套筒及位于两者之间 具有两种齿型的滚柱。其中一种齿型产生对心轴上 齿型的轴向动力啮合，而另一齿型对套筒内壁上的齿 型产生轴向动力啮合。套筒内壁的齿型最好是较粗 的V形截面槽纹，而心轴外表面上是一条单头细螺 纹。心轴和套筒之间的滚柱的外圆周上以交替的节 段制有与套筒内壁的粗槽纹相配合的粗槽纹，和与心 轴上的单头细螺纹相应的细槽纹。

Description

本发明涉及一种将旋转运动转换成轴向运动的装置，具体说这种装置包括一根带有螺纹的心轴，一个围绕着螺纹心轴，能与之作相对地转动并在其内壁上制有槽纹齿型的套筒，以及一组排列于上述两者之间其上制有槽纹齿型的转动体或滚动体。

目前已有各种各样的所谓带有滚珠丝杠或行星滚子装置的滚子心轴。用滚珠丝杠装置，例如西德专利DT2，715，762;DE2，750，054;DE2，810，001;DT2，715，761;DT2，051，413中所描述的，不可能实现很小的螺距，因为如果滚珠的直径在0.5mm或以下，以普通合理的成本就很难制造出精确度较高的滚珠来。此外，由于存在必不可少的滚珠圈，还会产生滚珠平稳运转和磨损的问题。

行星状滚柱心轴，例如西德专利DT2，065，442和DE2，838，329中描述的，其组成部份心轴，滚柱和套筒有各种不同的实施方式，例如在其部件上可以制有螺纹或槽纹。原则上，滚柱上的齿型既要与主轴的齿型啮合也要与套筒的齿型啮合，以产生一个轴向的动力啮合，因此必须在这三个部件上都制出相互能配合的槽纹或螺纹。

为了阻止或补偿滚柱的轴向移动，给滚柱配置了所谓的止动或复位装置，例如在西德专利DE2，320，406，DE2，823，729和DT2，150，739中所描述的那种或者如西德专利DT2，601，493所描述的为了对滚柱的强制传动配置了齿环。

也可以只在套筒和滚柱上制有槽纹，这样滚柱就不可能轴向移动了。当心轴是多头的，其头数与滚子的数目相应，或者是其倍数，如西德专利DE2，807，952中所描述的那种。

按照这种方式只能制造出较大螺距的非常简单的滚动心轴。至于非常小螺距的滚动心轴，如小于0.3毫米/转（mm/转），则以一般合用的滚柱数目，如三个以上，要制成如此精细的螺纹牙形几乎是不可能的。

此外，西德专利DT2，059，528，DT2，715，203，DT2，721，977描述的传动装置，其中有一部分是可以转换的，这些传动装置也是由上面述说的那种滚柱一心轴结构的基本元件组成。

将旋转运动转换成轴向运动有多种不同的结构安排，甚至常常配置了斜置的滚珠轴承，例如西德专利DE2，026，550，DT1，750，637，DE2，709，006，DE3，219，972中所描述的那样。

例如在机器人利用方面日益感到需要的非常细小螺距的心轴装置，根据多种书籍杂志上描述的结构，在关于精密度、平稳运动和使用寿命方面不是办不成，就是需要提高的成本或者是遭受到损失才能勉强完成。

本发明的目的是发展出一种低摩擦的心轴装置，它能以非常高的效率和较高的降速比将一个旋转运动直接地转变成一个轴向运动。

上述目的可以通过根据本发明将旋转运动转换成轴向运动的装置来实现。该装置包括有一根螺纹心轴，一个围绕着螺纹心轴并可与之相对地转动的在内壁上制出齿型的套筒，以及多个排列于上述两者之间的带齿型的转动体或滚动体。该螺纹心轴的外表面有一条单头或多头的细螺纹，可相对于螺纹心轴转动的套筒的内壁齿型具有比较粗的槽纹;多个转动体或滚动体在相互交替的节段上有两种不同的齿型，其中一种与心轴上的螺纹相配合，另一种与套筒内壁上比较粗的槽纹相对应。所述与心轴上的螺纹相配的齿型对心轴上的细螺纹产生一个轴向动力啮合，而另一与套筒内壁上较粗的槽纹相配的齿型对套筒内壁上的粗槽纹齿型产生轴向动力啮合。

为了达到这一目的，必须应用一个螺距非常小的心轴装置。此外，在精密工程技术范围内的应用，例如对力和位置可控制的电动机器人抓紧器，特别小而紧凑的结构也是首要的条件。实现了非常小的螺距就能从大的传动比中得到一个大的力。

根据本发明的核心思想在介于套筒和心轴之间的按行星状排列的滚动体上需制出两种不同的齿型。这里，一种齿型把动力啮合带给心轴，而另一种齿型把动力啮合作用于套筒上。以下这两种不同的齿型以套筒侧的或心轴侧的齿型来表示。

滚柱上的套筒侧的齿型和套筒本身上制出的齿型与心轴侧的齿型相比，其节距要大得多，且主要是由V形的断面所组成。为了能以一般合理费用制出的切削深度得到非常小的螺距，滚柱的心轴侧的圆形分布的齿型和主轴本身的螺旋线状的齿型是以如下的方式制成的。在心轴上制出单头或多头的螺纹。在行星状滚柱上制出相当于心轴螺纹螺距的槽纹，这样就保证了这一槽纹节距正好与心轴的螺距相啮合。为了使所有的行星状滚柱都能与心轴的螺距正好啮合，单个行星状滚柱的心轴侧的槽纹都安排了一个从滚柱到滚柱的特定的节距偏移，从而产生出从滚柱到滚柱的点状形成的固定螺距。

因此，由于相邻的行星状滚柱之间所安排的节距偏移，以及为此而产生的相互间一定的间隔，行星状滚柱只能各自相对地围绕着心轴旋转，因而它们由心轴的螺纹齿型所驱动。这样，特别是运转保持架或滚柱制动器，复位器就都不再需要了。

这一装置的升高度S可以约略地根据下列公式由心轴螺距Ss，心轴的半径Rs以及行星状滚柱的半径Rr计算出：

S＝Ss（1-Rs/（2Rs+2Rr））    （1）

另一个实施形式，其结构基本上与上面叙述的相同;但是与其相反，行星状滚柱上制有正向或反向的螺纹，根据本发明的思想，心轴上制有槽纹，滚柱的套筒侧的导槽和套筒上的相应的导槽仍与上面所叙述的那样保持不变，但是需要一个保持架，以使行星状滚柱成角度地相互间保持距离。

这样一种装置的升高度S可以从下列的公式计算出

Ss（1-Rs/（2Rs+2Rr））+Sr＊Rs/Rr    （2）

根据这一装置，通过改变不同的滚柱螺距和半径就能得到事实上任意的升高度，甚至反向的升高度而不需改变心轴的螺距或使其成为反向的。

下面将根据一个最佳实施方式描述一种特别有效的，磨擦非常低和螺距很小的实施例：

图1为根据本发明装置的一个最佳实施例的轴向截面图，

图2为按图1中沿Ⅱ-Ⅱ一线的截面图，和

图3a和3b为一种带有六个行星状滚柱的最佳实施例的展示图的顶示图和截面图，从截面图中可以看出滚柱间的节距按心轴侧齿型错移。

在图1的轴向截面图和图2的沿图1中Ⅱ-Ⅱ一线的截面图的中央是一根心轴1，或者是一根设计成心轴1的一根轴的端头，例如是一个传动马达的轴。在这一心轴1上制有一条单头细螺纹10，其螺距S为0.3至0.25mm或者更小。

围绕着心轴1有多个，在本实施例中是六个，安排成行星状的滚柱3a～3f，在图2的截面图中可以特别清楚地看出。在所谓的行星状滚柱3a～3f上，在给定的节段内制出由规定节距的、并列设置与相互平行伸展的槽构成一个相当精细的槽纹齿型31，这样，通过这些固定的槽纹节距和槽纹深度保证了跟心轴1上的小螺距的螺纹10精确啮合。

此外，在单个行星状滚柱13a-3f的按心轴侧槽纹齿型的节段间制有V形截面的粗的导槽32，这些导槽的节距跟成形在心轴套筒2内壁上的V形截面的内导槽20完全符合。

为了使上述实施例中所有六根行星状滚柱3a～3f跟套筒2内壁的规定节距的套筒侧槽纹齿型以及具有小螺距的心轴1精确而可靠地啮合，每一根行星状滚柱上的按心轴侧的槽纹齿型31，根据所要达到的总节距，设置了滚柱1间固定的规定的分位移。

在图3a和图3b中显示的带有六个滚柱3a至3f的最佳实施例中，可以从单个滚柱1的截面图中看出，在单个的带有细齿型的节段上，其第一道细槽纹逐个分别具有一个节距位移或节距错开。对于一个心轴上的螺距是0.3mm的细螺纹并且槽纹的节距也与其相应，这意味着从一个滚柱到另一滚柱的节距位移或节距错开将为0.05mm，或者以角度表示则为60度。对于这样小囊桓雎菥嗪鸵蚨乔车牟畚粕疃龋ロト庋凼遣豢赡芫醪斐稣庋桓龃硪频摹Ｒ虼耍械墓鲋?a-3f都按其装置顺序，如截面图左边的顶视图3a所示，标以相互不同间距排列的圆点来识别。

这意味着每个具有同样结构的滚柱3a至3f在其相应的节段上具有相对于其上的细槽纹齿型31的错移，因此必须将它们按一定的序列排列，按每一单个滚柱3a-3f的顶面上的标记来识别。

因此，图1或图2排列在最右面的滚柱3a（相当于图3中最上面的滚柱1）的细螺纹31跟在图1或图2截面图中排列在最左面的滚柱3d（相当于图3中从上往下数第四个滚柱）相应的第一条槽纹有一个180°角的错移，因此，如已经多次提到过的，图中描述的实施例共含有六个滚柱3a至3f。

或者用另一种方式来表示，在每个滚柱的槽纹齿型31上的第一条槽纹的、从一个滚柱到另一滚柱不同的节距错移可以根据下式得出，以一个特定的滚柱的数码为起始点：

（该滚柱的号码-1）×360°/滚柱总数

图1所示的本发明装置的截面图里还显示了上下各有一个作为滚柱3a至3f的防尘、支持和防护用的封盖4，此盖板具有朝装置内延伸的台肩，台肩上之倒棱与滚柱或转柱外圆周的粗槽32的坡面相对应。

Claims (3)

1、一种将旋转运动转换成轴向运动的装置，包括一根螺纹心轴，一个围绕着螺纹心轴并可与之相对地转动的并在内壁上制出齿型的套筒以及多个排列于上述两者之间的带齿型的转动体或滚动体，其特微在于螺纹心轴(1)的外表面有一条单头或多头的细螺纹(10)，可相对于螺纹心轴(1)转动的套筒(2)的内壁齿型具有比较粗的槽纹(20)，多个转动体或滚动体(3)在相互交替的节段上具有两种不同的齿型(31；32)，即一种是跟心轴(1)的细螺纹(10)相配合的齿型(31)，另一种是跟套筒(2)内壁上的比较粗的槽纹(20)相对应的槽形齿型(32)，这里齿型(31)对心轴(1)上的细螺纹(10)产生轴向动力啮合，而另一齿型(32)则对套筒(2)内壁上的粗槽纹齿型(20)产生轴向动力啮合。

2、根据权利要求1的装置，其特征在于套筒（2）内壁上的齿型是由比较粗的、截面是V形的、并排延伸的槽纹（20）形成的，心轴（1）的外表面上有一条单头细螺纹（10），转动体或滚动体（3）的外圆周上有按互相交替的节段跟套筒（2）内壁上的并排延伸的槽纹（20）相配合的相应的粗槽纹（32），并在两条粗槽之间的节段上每段设有一定数量的细槽纹（31），细槽纹与心轴（1）的单头细螺纹相配合。

3、根据权利要求2的装置，其特征在于为了精确地固定单个滚动体的位置，每一个滚动体（3）的粗槽纹（32）相对于滚动体上的一定数量的细槽纹（31）有一个从一个滚动体到另一滚动体的不同的但对应于所用的滚动体数量的、规定的错移，因而，节距错移不同的滚动体（3）要按一个完全固定的顺序排列在螺纹心轴（1）和部份包围于滚动体的套筒（2）之间。

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