CN104179911B - 一种长螺母反向式行星滚柱丝杠 - Google Patents
一种长螺母反向式行星滚柱丝杠 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种长螺母反向式行星滚柱丝杠，丝杠、滚柱、保持架装配成一体构成虚拟外螺纹，与长螺母构成一对虚拟螺纹传动副。丝杆、长螺母均有多头三角形螺纹，侧面之间的夹角是90°角。丝杠螺纹两端是齿轮。行星滚柱是牙型具有弧度的单头螺纹(侧面是凸的)，滚柱的末端是圆柱形枢轴和齿轮，滚柱端齿轮齿数与丝杠端齿轮齿数传动比等同于螺纹头数比，枢轴安装在行星保持架的孔内，等距分布，确保丝杠与滚柱之间不存在轴向移动和圆周移动。行星保持架浮动在丝杠上，轴向用锁紧螺母和开口销固定。长螺母末端与反馈连接轴通过螺纹连接。该结构体积小，行程长，强度高，能满足具有大推力小体积要求的应用工况，适合一体化的机电作动器。
Description
技术领域
本发明涉及机械传动部件技术领域，特别涉及将旋转传动转换为直线传动的一种长螺母反向式行星滚柱丝杠。
背景技术
行星滚柱丝杠副作为一种新型的直线传动单元，其主要由滚柱、丝杠、螺母组成，三者之间多点接触，安装维修简单，且由于其高速高精、重载、可在恶劣工况下长时间工作等显著的特点，广泛应用于精密仪器、数控机床、加工中心、工业机器人、注塑机、光电设备、医疗器械和航空航天等精密传动场合，并作为大推力机电作动器的主要关键部件之一，广泛应用导弹、无人机等航天飞行器。
随着现代的飞行器要求机电作动器系统具有高精度、高灵敏度和高可靠性、小体积、轻质量，进而对伺服传动机构提出了更高要求，促使直线传动部件向小体积，大推力，高集成度的方向发展。而从目前国内外的使用情况来看，滚柱(珠)丝杠均为短螺母，输出轴与螺母采用法兰连接(见图1)，增加了重量及体积，缩短了行星滚柱丝杠的有效行程，进而限制了在一些安装空间要求较高的使用工况的应用。
发明内容
为了解决二者矛盾，本发明提供了一种长螺母反向式行星滚柱丝杠，该结构能满足具有大推力小体积要求的应用工况。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种长螺母反向式行星滚柱丝杠，包括丝杠、长螺母、行星滚柱和行星保持架，
所述丝杠上设置有多头外螺纹，所述丝杠上位于所述多头外螺纹的两端均设置有第一渐开线齿轮；
所述行星保持架浮动安装在所述丝杠上，且所述行星保持架沿所述丝杠的轴向固定，所述行星保持架上沿周向开设有多个用于安装所述行星滚柱的孔；
所述行星滚柱的数量为多个，每个所述行星滚柱上均具有与所述丝杠的所述多头外螺纹啮合的单头螺纹，每个所述行星滚柱的两端均具有圆柱形的枢轴和第二渐开线齿轮，所述枢轴用于可转动安装在所述行星保持架上的孔内，所述第二渐开线齿轮同所述丝杠上的所述第一渐开线齿轮啮合；所述第二渐开线齿轮和所述第一渐开线齿轮的传动比，等同于所述单头螺纹和所述多头外螺纹的头数比；
所述长螺母的内壁上设置有多头内螺纹，与多个所述行星滚柱外周的单头螺纹构成的虚拟外螺纹配合，构成一对虚拟螺纹副传动；所述多头内螺纹的长度大于所述多头外螺纹的长度。
优选的，所述多头内螺纹的头数等于所述多头外螺纹的头数，所述多头内螺纹的导程等于所述多头外螺纹的导程。
优选的，所述多头外螺纹的齿牙为三角形，相邻两个三角形齿牙之间形成的夹角是90°角。
优选的，所述长螺母的末端与反馈连接轴通过螺纹连接。
优选的，所述行星保持架用锁紧螺母和开口销在所述丝杠的轴向上固定。
优选的，所述单头螺纹到所述行星滚柱中心轴线的距离，等于所述枢轴和所述齿轮到所述行星滚柱中心轴线的距离。
优选的，所述行星保持架上沿周向等距开设有多个用于安装所述行星滚柱的孔。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供的长螺母反向式行星滚柱丝杠，在丝杠的周围布置了行星滚柱，通过多个行星滚柱外周的单头螺纹构成虚拟外螺纹，与长螺母的第二多头内螺纹配合，从而将电机的旋转运动转换为输出轴的线性运动；与现有的滚珠丝杠点接触结构相比，行星滚柱丝杠的载荷传递元件为行星滚柱，是典型的线接触，能够提供高于滚珠丝杠的额定动载和静载，可以使负载通过众多接触线迅速释放，从而能有更高的抗冲击能力；与现有的行星滚柱丝杠相比，有效行程更长，能够适应一些安装空间要求较高的使用工况的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中短螺母法兰的连接输出结构示意图；
图2为本发明实施例提供的长螺母反向式行星滚柱丝杠的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的丝杠、滚柱、保持架装配体的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的长螺母的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的丝杠的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的行星滚柱的结构示意图。
其中，在图1的现有技术中，01为法兰连接螺钉，02为滚珠丝杠，03为输出轴；
在图2-图6的本方案中，11为丝杠，12为长螺母，13为行星滚柱，14为行星保持架。
具体实施方式
本发明公开了一种长螺母反向式行星滚柱丝杠，该结构能满足具有大推力小体积要求的应用工况。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2-图6，图2为本发明实施例提供的长螺母反向式行星滚柱丝杠的结构示意图；图3为本发明实施例提供的丝杠、滚柱、保持架装配体的结构示意图；图4为本发明实施例提供的长螺母的结构示意图；图5为本发明实施例提供的丝杠的结构示意图；图6为本发明实施例提供的行星滚柱的结构示意图。
本发明实施例提供的长螺母反向式行星滚柱丝杠，其核心改进点在于，包括丝杠11、长螺母12、行星滚柱13和行星保持架14，
丝杠11上设置有多头外螺纹，丝杠11上位于多头外螺纹的两端均设置有第一渐开线齿轮(该第一渐开线齿轮的中径与丝杠11多头外螺纹的中径大小相等)，其结构可以参照图5所示；
行星保持架14浮动安装在丝杠11上，可绕其轴向转动，且行星保持架14沿丝杠11的轴向固定，行星保持架14上沿周向开设有多个用于安装行星滚柱13的孔；该行星保持架14用于为行星滚柱13绕丝杠11轴向的行星运动提供周向引导，并保持多个行星滚柱13之间的距离，和对行星滚柱13起到轴向限位的作用；
行星滚柱13的数量为多个(根据强度要求及周向空间决定数量)，每个行星滚柱13上均是牙型具有弧度的单头螺纹(侧面是凸的)，与丝杠11的多头外螺纹啮合，每个行星滚柱13的两端均具有圆柱形的枢轴和第二渐开线齿轮(该第二渐开线齿轮的中径与行星滚柱13上单头螺纹的中径大小相等)，枢轴用于可转动安装在行星保持架14上的孔内，第二渐开线齿轮同丝杠11上的第一渐开线齿轮啮合，确保行星滚柱13们轴向平行，达到最佳性能；第二渐开线齿轮和第一渐开线齿轮的传动比，等同于单头螺纹和多头外螺纹的头数比；
长螺母12的内壁上设置有多头内螺纹，与多个行星滚柱13外周的单头螺纹构成的虚拟外螺纹配合，构成一对虚拟螺纹副传动；且多头内螺纹的长度大于多头外螺纹的长度，即其为长螺母12，能够延长行星滚柱丝杠的有效行程。
在工作时，行星滚柱13们围绕着丝杠11旋转，行星滚柱13在长螺母12的行程长度内轴向移动，其螺母系统为反转。
从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的长螺母反向式行星滚柱丝杠，其丝杠11、行星滚柱12、行星保持架14装配成一体构成虚拟外螺纹，见图3，与长螺母12(见图4)构成一对虚拟螺纹副传动；与现有的滚珠丝杠点接触结构相比，行星滚柱丝杠的载荷传递元件为行星滚柱，是典型的线接触，能够提供高于滚珠丝杠的额定动载和静载，可以使负载通过众多接触线迅速释放，从而能有更高的抗冲击能力；与现有的行星滚柱丝杠相比，有效行程更长，能够适应一些安装空间要求较高的使用工况的应用。
作为优选，多头内螺纹的头数等于多头外螺纹的头数，多头内螺纹的导程等于多头外螺纹的导程。
在本方案提供的具体实施例中，多头外螺纹的齿牙为三角形，相邻两个三角形齿牙之间形成的夹角是90°角(根据承载情况，也可设计成65°角、70°角等)。多头内螺纹也具有上述的结构。
为了减轻重量及体积，长螺母12的末端与反馈连接轴和/或输出连接块通过螺纹连接。
具体的，行星保持架14用锁紧螺母和开口销在丝杠11的轴向上固定。
在本方案提供的优选实施例中，行星滚柱13的侧面为凸齿形，其单头螺纹中径大小等于第二渐开线齿轮中径大小，以使其单头螺纹部分与多头内螺纹和多头外螺纹充分接触作用。
为了进一步优化上述的技术方案，行星保持架14上沿周向等距开设有多个用于安装行星滚柱13的孔。枢轴安装在行星保持架14的孔内，确保行星滚柱13是等距分布的，这确保丝杠11与行星滚柱13之间不存在轴向移动和圆周移动。
综上所述，本发明实施例提供的长螺母反向式行星滚柱丝杠，是一种将旋转运动和直线运动相互转化的机械传动部件，主要元件是丝杆、长螺母、行星滚柱及保持架。丝杠、滚柱、保持架装配成一体构成外螺纹，与长螺母构成一对螺纹副传动。丝杆、长螺母均有多头螺纹(导程相同，丝杠、螺母头数相同)，侧面之间的夹角是90°角，侧面轮廓是三角形。丝杠螺纹两端是齿轮。行星滚柱是具有弧度的单头螺纹，侧面是凸的，在每个滚柱的末端是圆柱形枢轴和齿轮，齿轮传动比等同于螺纹头数比，枢轴安装在行星保持架的孔内，确保滚柱是等距分布的。这确保丝杠与滚柱之间不存在轴向移动和圆周移动。行星保持架浮动在丝杠上，轴向用锁紧螺母和开口销固定。长螺母末端与反馈连接轴通过螺纹连接。该结构适合将螺母与电机转子设计成一体化的机电作动器，体积小，强度高，有效行程更长，能满足具有大推力小体积要求的应用工况。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种长螺母反向式行星滚柱丝杠，其特征在于，包括丝杠(11)、长螺母(12)、行星滚柱(13)和行星保持架(14)，
所述丝杠(11)上设置有多头外螺纹，所述丝杠(11)上位于所述多头外螺纹的两端均设置有第一渐开线齿轮；
所述行星保持架(14)浮动安装在所述丝杠(11)上，且所述行星保持架(14)沿所述丝杠(11)的轴向固定，所述行星保持架(14)上沿周向开设有多个用于安装所述行星滚柱(13)的孔；
所述行星滚柱(13)的数量为多个，每个所述行星滚柱(13)上均具有与所述丝杠(11)的多头外螺纹啮合的单头螺纹，每个所述行星滚柱(13)的两端均具有圆柱形的枢轴和第二渐开线齿轮，所述枢轴用于可转动安装在所述行星保持架(14)上的孔内，所述第二渐开线齿轮同所述丝杠(11)上的所述第一渐开线齿轮啮合；所述第二渐开线齿轮和所述第一渐开线齿轮的传动比，等同于所述单头螺纹和所述多头外螺纹的头数比；
所述长螺母(12)的内壁上设置有多头内螺纹，与多个所述行星滚柱(13)外周的单头螺纹构成的虚拟外螺纹配合，构成一对虚拟螺纹副传动；所述多头内螺纹的长度大于所述多头外螺纹的长度。
2.根据权利要求1所述的长螺母反向式行星滚柱丝杠，其特征在于，所述多头内螺纹的头数等于所述多头外螺纹的头数，所述多头内螺纹的导程等于所述多头外螺纹的导程。
3.根据权利要求2所述的长螺母反向式行星滚柱丝杠，其特征在于，所述多头外螺纹的齿牙为三角形，相邻两个三角形齿牙之间形成的夹角是90°角。
4.根据权利要求3所述的长螺母反向式行星滚柱丝杠，其特征在于，所述长螺母(12)的末端与输出连接块通过螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的长螺母反向式行星滚柱丝杠，其特征在于，所述行星保持架(14)用锁紧螺母和开口销在所述丝杠(11)的轴向上固定。
6.根据权利要求5所述的长螺母反向式行星滚柱丝杠，其特征在于，所述单头螺纹中径等于所述第二渐开线齿轮中径。
7.根据权利要求6所述的长螺母反向式行星滚柱丝杠，其特征在于，所述行星保持架(14)上沿周向等距开设有多个用于安装所述行星滚柱(13)的孔。
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