CN103620267A

CN103620267A - 滚珠丝杠装置

Info

Publication number: CN103620267A
Application number: CN201380001674.7A
Authority: CN
Inventors: 进藤雅史; 水口淳二
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2033-06-06
Also published as: CN103620267B; TWI518263B; JPWO2013183298A1; WO2013183298A1; TW201411010A

Abstract

提供滚珠丝杠装置，即使螺母被冷却，冷却能力也不易降低。为此，具有：丝杠轴（10）；螺母（20），其通过多个滚动体（30）与丝杠轴（10）螺合；以及冷却单元（50），其设置于该螺母（20）的内部，在设滚动体（30）的直径为D_W、螺母（20）的总长度为L、轴向间隙为δ时，满足0.05×10^-3L≤δ≤0.005D_W。

Description

滚珠丝杠装置

技术领域

本发明涉及滚珠丝杠装置，特别是涉及在注塑成型机或压力机等对精密机械部件进行加工的设备用机械中使用的滚珠丝杠装置。

背景技术

以往，在具有丝杠轴、和与该丝杠轴螺合并能够相对地旋转的螺母的丝杠装置中，由于在旋转时发生点接触或面接触，因而有时会在热源（例如，上述螺母）设置冷却单元。

作为这样的滚珠丝杠装置，公开了将供制冷剂循环的冷却管作为上述冷却单元（热交换器）配设在上述螺母内的滚珠丝杠装置（例如，专利文献1）。

根据该专利文献1所公开的滚珠丝杠装置，作为冷却单元，在上述螺母的内部配设冷却液用贯通孔，使冷却液在该冷却液用贯通孔中循环。这样，由于与对总长度较长的丝杠轴进行冷却相比，对总长度较短的螺母进行冷却时冷却装置会更紧凑，因此在螺母的内部配设了冷却液用贯通孔。

通过该结构，能够提供如下的滚珠丝杠装置：上述螺母当然能够始终进行冷却，还能够对作为其它热源的滚珠的附近进行冷却，其结果是，即使在螺母由于冷却而收缩时，动摩擦转矩也不易上升。另外，能够提供尽可能地提高冷却效果且不会导致加工效率的过度降低和压力损失的增加的滚珠丝杠装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-133556号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在使用于以往的注塑成型机等的滚珠丝杠装置中，在螺母被冷却时，若丝杠轴与螺母之间产生温度差，则丝杠轴和螺母的膨胀长度不同，丝杠轴的槽与螺母的槽之间的距离变短，因此配置有滚动体时的轴向间隙变小。并且，在该温度差较大的情况下，存在间隙消失并在滚珠丝杠装置产生内部负荷的可能性。这样，当产生内部负荷时发热量增加，因此滚珠丝杠装置的冷却效率相对降低，存在研究的余地。特别是，由于使用滚珠丝杠装置的注塑成型机对塑料等进行加热，并通过模具进行成型，因此由来自外部的热影响引起的温度变化有时会导致成型性降低。

因此，本发明正是着眼于上述问题点而完成的，其目的在于，提供即使螺母被冷却，冷却能力也不易降低的滚珠丝杠装置。

用于解决课题的技术方案

为了实现上述目的，本发明的一个实施方式的滚珠丝杠装置具有：丝杠轴，其在外周面形成有滚动槽；

螺母，其在内周面形成有与所述滚动槽对应的滚动槽，所述螺母通过多个滚动体而与所述丝杠轴螺合，所述多个滚动体配设在由所述螺母的滚动槽和所述丝杠轴的滚动槽形成的滚动体滚动路径中；以及

冷却单元，其设置于所述螺母的内部，

设所述滚动体的直径为D_W、所述螺母的总长度为L、轴向间隙为δ时，满足以下式（1）：

0.05×10^-3L≤δ≤0.005D_W…………式（1）。

此处，关于所述滚珠丝杠装置，所述丝杠轴与所述螺母之间的温度差优选为30℃以下。

另外，关于所述滚珠丝杠装置，优选仅所述丝杠轴的一个端部被固定。

另外，关于所述滚珠丝杠装置，优选用于注塑成型机。

发明效果

根据本发明，能够提供即使螺母被冷却，冷却能力也不易降低的滚珠丝杠装置。

附图说明

图1是示出滚珠丝杠装置的一个实施方式中的结构的沿着轴向的剖视图。

图2是示出本实施例中的轴向间隙和螺母的总长度的比与内部负荷之间的关系的图表。

图3是示出对本实施例中的轴向间隙和螺母的总长度的比与内部负荷之间的关系进行验证的试验机的结构的示意图。

图4是示出本实施例中的滚珠丝杠装置的温度与δ/L之间的关系的图表。

图5是示出在设外部负荷为10%Coa并使δ/D_W变化时的骑跨发生状况的图表。

具体实施方式

下面，参照附图对滚珠丝杠装置的一个实施方式进行说明。图1是示出滚珠丝杠装置的一个实施方式中的结构的沿着轴向的剖视图。

如图1所示，本实施方式的滚珠丝杠装置1具有丝杠轴10和螺母20。丝杠轴10和螺母20通过多个滚动体30而螺合。螺母20形成为筒状，其内径比丝杠轴10的外径大。在螺母20的内周面，以与在丝杠轴10的外周面形成为螺旋状的螺纹槽10a对置的方式形成有螺纹槽20a。滚动体30能够在由螺纹槽10a和螺纹槽20a形成的滚动路径40中滚动。

另外，在螺母20形成有在轴向上贯通的贯通孔20b。该贯通孔20b被用作冷却介质的通路，并且该贯通孔20b与用于使冷却介质在贯通孔20b内循环的循环装置（未图示）连接。该循环装置和贯通孔20b构成冷却单元50。这样，通过未图示的循环装置使冷却介质在贯通孔20b内循环，由此，螺母20被冷却。

根据以上结构，通过使冷却液通过贯通孔20b，从而能够对螺母20进行冷却。

而且，本实施方式的滚珠丝杠装置1具有抑制由热位移差引起的内部负荷的产生的结构。

具体地讲，当滚珠丝杠装置1被驱动而发热时，丝杠轴10和螺母20发生热位移。

这里，以螺母20的中心为基准，利用以下式（A）、（B）来计算螺母20的两端部的位置处的、丝杠轴10与螺母20的轴向方向的热位移量。另外，在下述式（A）、（B）中，ΔLθS表示丝杠轴热位移量（mm）、ΔLθn表示螺母热位移量（mm）、ρ表示线膨胀系数（1/℃）。另外，L表示螺母的总长度（mm）、θS表示丝杠轴温度上升值（℃）、θn表示螺母温度上升值（℃）。

[数学式1]

[数学式2]

通过使图1所示的滚珠丝杠装置1驱动，从而冷却螺母20，当丝杠轴10与螺母20之间产生温度差时，该热位移量产生差。

并且，螺母20的两端部的位置处的丝杠轴10与螺母20之间的热位移差成为以下式（C）。并且，在以下式（C）中，δθ表示丝杠轴与螺母之间的热位移差（mm）。

[数学式3]

由于该热位移差，丝杠轴10和螺母20的各自的螺纹槽10a、20a的位置相对地错位，因此滚珠丝杠装置1的轴向间隙变小。

另外，在温度差较大的情况下，间隙变为负的，在滚珠丝杠装置1产生内部负荷。

要计算该内部负荷的大小，只需对滚珠丝杠装置1内的各滚动体30计算由负间隙引起的负荷，并取总和即可。

由此，通过增大滚珠丝杠装置1的轴向间隙，从而能够抑制由热位移差引起的内部负荷的产生。

此处，优选滚珠丝杠装置1的丝杠轴10仅一个端部被固定。特别是，在将滚珠丝杠装置1用于注塑成型机的情况下，优选仅丝杠轴10的一个端部由固定于基座的轴承（未图示）支撑为旋转自如。通过这种结构，能够减少注塑成型机中的滚珠丝杠装置1与收纳熔融树脂的容器之间的干涉。

另外，从上述式（C）可知，当螺母20的总长度变长时，热位移差变大，容易产生内部负荷。

即，为了抑制由热位移差引起的内部负荷的产生，需要根据螺母20的总长度来增大轴向间隙。

此处，一般的滚珠丝杠装置的最高使用温度是螺母20的外径温度为50℃，另外，当丝杠轴的温度超过80℃时，有可能产生润滑脂的劣化和位于螺母20内部的树脂部件的热变质等，因此丝杠轴10与螺母20之间的温度差（Δθ）取上述各值的差，设该差为最大的30℃来进行之后的研究。

实施例

<轴向间隙的范围>

[轴向间隙的下限]

以下，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。

首先，对于表1所示的3种规格的滚珠丝杠装置，使轴向间隙进行各种变化，并计算了Δθ为30℃时产生的内部负荷。图2示出其结果。另外，在图2中，由于需要根据螺母总长度对轴向间隙进行变更，因此横轴取间隙与总长度的比为δ/L。

如图2所示可知，当δ/L小于0.05×10^-3时，内部负荷上升。这是由于轴向间隙较小，因此位于螺母两端侧的滚珠成为负间隙。

[表1]

滚珠丝杠装置	A	B	C
				轴径(mm)	63	63	80
导程(mm)	16	20	25
				钢球直径(mm)	12.7	15.875	19.05
螺母总长度(mm)	200	210	260

接着，为了验证该结果而进行了试验。

该试验是使用表2所示的规格的滚珠丝杠装置并以表2所示的条件进行的。另外，图3是示出对本实施例中的轴向间隙和螺母的总长度的比与内部负荷之间的关系进行验证的试验机的结构的示意图。另外，图4示出该试验结果。

首先，如图3所示，在该试验机100设置有弹性单元101，该弹性单元101对具有使冷却液循环的冷却单元50的滚珠丝杠装置1的螺母20施加外部负荷。另一方面，构成为如下结构：在滚珠丝杠装置1的丝杠轴10的一个端部经由传动带102连接有马达103，该马达103的旋转作为丝杠轴10的旋转来传递。并且，在该试验机100中，在温度测定位置MT上设置有未图示的温度测定单元。

如图4所示，当δ/L为0.05×10^-3以下时，滚珠丝杠装置的温度上升。这是因为在螺母的内部产生内部负荷，滚珠丝杠装置的驱动时的发热量增加。

根据以上结果，为了抑制由热位移差引起的内部负荷的产生，使δ/L为以下范围即可。

δ/L≥0.05×10^-3

[表2]

<轴向间隙的上限>

此处，在δ/L中，L由来自客户的要求寿命或使用条件来决定，因此在实际的设计中增大轴向间隙δ。

但是，当过度增大轴向间隙时，滚动体的接触面骑跨到螺纹槽的肩部上（以下称为骑跨（乗り上げ）），有可能会产生滚珠丝杠装置的过早破损等不良影响。

因此，对增大轴向间隙的上限进行了研究。

此处，外部负荷的一般基准为滚珠丝杠装置的额定静负荷（Coa）的10%。

另外，由于轴向间隙对骑跨的影响会根据滚动体的直径（D_W）而变化，因此可以关注δ/D_W。

因此，图5示出关于以下表3所示的6种规格的滚珠丝杠装置，设外部负荷为10%Coa并使δ/D_W变化时的骑跨发生状况。

[表3]

如图5所示，在δ/D_W为0.005以下时，表3所示的6种规格的滚珠丝杠装置全部不会骑跨（骑跨发生率=0%），当δ/D_W超过0.005时存在骑跨的规格的滚珠丝杠装置，当达到0.0065以上时在所有规格的滚珠丝杠装置中发生骑跨（骑跨发生率=100%）。特别是，在δ/D_W为约0.0055时，在表3所示的6种规格中，1个滚珠丝杠装置发生骑跨（骑跨发生率=16.6%），在δ/D_W为约0.006时，在表3所示的6种规格中，2个滚珠丝杠装置发生骑跨（骑跨发生率=33.33%）。

根据以上结果，δ/D_W优选为以下的范围。

δ/D_W≤0.005

联系轴向间隙对以上结果进行总结：如果将轴向间隙设计为以下式（1）的范围，则能够提供即使螺母被冷却也不易发生由内部负荷引起的冷却能力下降的滚珠丝杠。

0.05×10^-3L≤δ≤0.005D_W…………式（1）

以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明不仅限于此，能够进行各种变更、改良。特别是，通过将本发明的滚珠丝杠装置用于注塑成型机，能够起到如上所述的显著的效果。在将本发明的滚珠丝杠装置用于注塑成型机的情况下，丝杠轴构成为比用于机床等的滚珠丝杠装置的丝杠轴粗且短。其结果是，本发明的滚珠丝杠装置作为实现高循环、高速、高负荷的滚珠丝杠装置而发挥功能。

标号说明

1 滚珠丝杠装置；

10 丝杠轴；

20 螺母；

30 滚动体；

40 滚动体滚动路径；

50 冷却单元。

Claims

1.一种滚珠丝杠装置，其特征在于，该滚珠丝杠装置具有：

丝杠轴，其在外周面形成有滚动槽；

冷却单元，其设置于所述螺母的内部，

设所述滚动体的直径为D_W、所述螺母的总长度为L、轴向间隙为δ时，所述滚珠丝杠装置满足以下式（1）：

0.05×10^-3L≤δ≤0.005D_W…………式（1）。

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠装置，其特征在于，所述丝杠轴与所述螺母之间的温度差为30℃以下。

3.根据权利要求1或2所述的滚珠丝杠装置，其特征在于，仅所述丝杠轴的一个端部被固定。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的滚珠丝杠装置，其特征在于，所述滚珠丝杠装置用于注塑成型机。