CN104675946A - 一种差动行星滚柱丝杠 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反向差动行星滚柱丝杠，该反向差动行星滚柱丝杠包括螺母，多个滚柱，丝杠和端部保持架，所述丝杠具有外螺纹，所述螺母具有内螺纹，环绕所述丝杠并同轴设置，所述滚柱置于丝杠与螺母之间，所述滚柱具有外螺纹，分别与所述丝杠和螺母螺纹啮合，端部保持架为圆环形，并设有与滚柱个数位置相匹配的孔，滚柱轴端穿过端部保持架，所述端部保持架安装于丝杠轴肩上，通过安装在丝杠轴凹槽内的挡圈与丝杠定位。反向差动滚柱丝杠易于实现一体化螺母的结构，应用于机电作动器的核心传动部件时，不需要额外加转接件连接，可以在螺母上直接设计输出结构，实现整体式输出，达到机电作动器的集成化设计。

Description

一种差动行星滚柱丝杠

技术领域

本发明涉及滚动丝杠领域，具体涉及一种行星滚柱丝杠，用于将旋转运动转换为平移线性运动，反之亦然。

背景技术

行星滚柱丝杠一般设有丝杠,螺母和滚柱,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；所述滚柱啮合于丝杠的外螺纹和螺母的内螺纹,行星滚柱丝杠由于采用了带有螺纹的滚柱取代了滚珠作为传力单元，与滚珠丝杠相比，其传力单元具有更大的接触半径和更多的接触点，因此在位置精度、额定载荷、刚度、速度、寿命等方面均优于滚珠丝杠，近年来被广泛应用于航空、航天、精密机床和食品包装等领域。

差动行星滚柱丝杠是行星滚柱丝杠的一个类型，滚柱通过一定的结构固定在螺母上，滚柱相对于螺母没有轴向移动，只做行星运动，螺母与滚柱一体相对于丝杆进行轴向滑动。该种结构形式不利于滚柱丝杠与传动装置的集成，例如与电机的集成、滚柱丝杠与机电作动器输出部件的集成等。

以滚柱丝杠与机电作动器的输出集成问题来说，标准型滚柱丝杠及标准差动滚柱丝杠都需要加转接装置才能够输出直线运动，增大了作动器的径向尺寸，对于航天航空这种对空间要求比较苛刻的场合，该问题比较突出。

发明内容

本发明把滚柱固定在丝杆上，滚柱与丝杆之间没有轴向运动，只做行星运动，实现丝杆旋转时，螺母的轴向移动，我们把这种型式的滚柱丝杠称之为反向差动行星滚柱丝杠。反向差动行星滚柱丝杠与机电作动器传动联接时，可以集成在一起，去掉转接装置，为机电作动器节约空间。

本发明的第一个目的，是提供一种反向差动行星滚柱丝杠结构，使之容易的实现滚柱丝杠与机电作动器的联接，实现与机电作动器的集成，去掉转接装置，缩小机电作动器的径向尺寸，实现机电作动器的小型化，适应航天航空领域对机构占用空间尽可能的小的要求。

本发明的第二个目的，是提供一种高承载且易于加工的差动行星滚柱丝杠。在相同导程需求下，反向差动行星滚柱丝杠的丝杆、滚柱、螺母的螺距可以比标准型行星滚柱丝杠螺距大，不仅提高滚柱丝杠的承载能力，而且利于加工。

本发明的第三个目的，是提供一种直线式机电作动器用伺服电机，所述电机可以直接输出直线位移。

与现有的差动行星滚柱丝杠相比，本发明提供的反向差动行星滚柱丝杠，包括螺母，滚柱，丝杠和端部保持架，所述螺母具有内螺纹,螺母环绕与之同轴设置的丝杠，丝杠具有外螺纹，滚柱插入螺母与丝杠之间，滚柱上的外螺纹既与螺母内螺纹啮合，又与丝杠外螺纹啮合，滚柱被端部保持架互相间隔开并且与丝杠固定联接在一起，使得当丝杠相对于螺母旋转时，滚柱绕丝杠自转，滚柱与丝杠同步的在螺母内轴向移动。

在进一步的技术方案中，所述端部保持架为两个且端面为圆环形，其上设有与滚柱个数位置相匹配的通孔，滚柱轴端穿过端部保持架，滚柱被夹持于两个端部保持架之间，所述端部保持架安装于丝杠轴肩上，通过安装在丝杠轴凹槽内的挡圈与丝杠轴向定位，使得丝杠与滚柱固定联接在一起。

在进一步的技术方案中，所述滚柱的个数可以是多个，优选的为3～10个，更优选为6个，用以适应结构及承载能力的要求。

在进一步的技术方案中，所述螺母的内螺纹带有螺纹升角，使得当丝杠相对于螺母旋转时，通过内螺纹的旋转导引，丝杠在螺母内轴向移动。

在进一步的技术方案中，所述丝杠和滚柱的外螺纹均不带有螺纹升角，使得当丝杠相对于螺母旋转时，滚柱与丝杆之间为滚动，没有相对的轴向移动。

在进一步的技术方案中，所述丝杠和滚柱的螺纹牙形为圆弧形，以克服差动行星滚柱丝杠由于啮合位置的改变，带来的承载能力降低的缺点。

在进一步的技术方案中，所述滚柱和丝杠均为阶梯轴结构，滚柱的阶梯轴上均设有螺纹，丝杠则只在与滚柱螺纹啮合且滚柱不与螺母螺纹啮合的阶梯轴段设有螺纹，丝杠和滚柱的阶梯轴段凹凸互补配合。

在进一步的技术方案中，所述滚柱为两端径向尺寸小于中间径向尺寸的结构，且滚柱与螺母大段啮合，滚柱与丝杠小段啮合。

在进一步的技术方案中，所述滚柱为两端径向尺寸大于中间径向尺寸的结构，且滚柱与螺母大段啮合，滚柱与丝杠小段啮合

在提供上述反向差动行星滚柱丝杠的基础上，提供了一种直线式机电作动器用伺服电机，螺母作为电机的转子轴，丝杠直接输出直线位移，实现了电机与差动行星滚柱丝杠的集成。

本发明提供的反向差动行星滚柱丝杠易于实现螺母一体化的结构，应用于机电作动器的核心传动部件时，不需要额外再加转接件，可以把螺母当成电机的转子轴，丝杠作为轴向输出部件，实现机电作动器的集成设计。

本发明提供的反向差动行星滚柱丝杠，由于差动原理的实现，螺牙大，易于加工，螺牙大，承载能力强。

附图说明

图1是反向差动行星滚柱丝杠典型结构剖视示意图A

图2是反向差动行星滚柱丝杠典型结构剖视示意图B

图中，1-螺母；2-端部保持架；3-滚柱；4-挡圈；5-丝杠。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对于本发明的保护范围有任何限制作用。

请参考图1，图1是反向差动行星滚柱丝杠典型结构剖视示意图A。也是本发明的第一个实施例。

反向差动行星滚柱丝杠包括螺母1、两个端部保持架2、滚柱3、两个挡圈4、丝杠5。螺母1具有内螺纹并带有螺纹升角，为一体式的螺母形式。滚柱3的个数为3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或者10个，结构形式为阶梯轴形式，阶梯轴两端径向尺寸小于中段径向尺寸，其上均设有外螺纹，螺纹牙形为圆弧形式不带有螺纹升角，丝杠5的结构形式也为阶梯轴形式，只在与滚柱3螺纹啮合的阶梯轴段设有外螺纹，螺纹牙形也为圆弧形式，同样不带有螺纹升角，其余部分为光轴。如图1所示，螺母1与滚柱3的中段径向尺寸较大的部分啮合，螺母1与滚柱3大段啮合，丝杠5与滚柱3的两端径向尺寸较小的部分啮合，丝杠5与滚柱3小段啮合。端部保持架2的端面为圆环形，端面上设有与滚柱3个数与位置相匹配的通孔，滚柱3轴端穿过端部保持架2上的通孔并由滚柱3的轴肩轴向定位，滚柱3在端部保持架2的限制下，只能绕自身轴旋转，所述端部保持架2为两个，分别位于滚柱3的两端，将滚柱3夹持在两个端部保持架2之间，端部保持架2内圆配合安装于的丝杠5轴肩上，丝杠5的轴肩上设有凹槽，两个挡圈4安装于凹槽内，通过两个挡圈4的轴向定位将两个端部保持架固定在丝杠5上，滚柱3通过端部保持架2与丝杠5同步运动。

当丝杠5旋转时，利用摩擦转矩驱动滚柱3旋转，由于滚柱3与丝杠5的螺纹啮合部分均不带有螺纹升角，滚柱3与丝杠5通过两个端部保持架固定在一起，因此滚柱3与丝杠5之间为纯滚动，也就是滚柱3与丝杠5没有相对的轴向移动；同理，与丝杠5转动方向相反的滚柱3亦利用摩擦转矩驱动螺母1进行同向旋转，由于螺母1的螺纹带有升角，所以在滚柱3与螺母1滚动的同时，滚柱3与螺母1之间有轴向移动，这样就实现了螺旋运动转化为直线运动。

请参考图2，图2是反向差动行星滚柱丝杠典型结构剖视图B。也是本发明的第二个实施例。

反向差动行星滚柱丝杠包括螺母1、两个端部保持架2、滚柱3、两个挡圈4、丝杆5。螺母1包括带升角的内螺纹，为一体的螺母结构。滚柱3的结构形式为两端径向尺寸大于中段径向尺寸的阶梯轴形式，其上设有圆弧形式不带有螺纹升角的外螺纹，丝杠5的结构形式也为阶梯轴，只在与滚柱3螺纹啮合的阶梯轴段设有螺纹，螺纹牙形为圆弧形，不带升角，其余轴段为光轴。请参考图2,螺母1与滚柱3两端径向尺寸较大的部分啮合，螺母1与滚柱3大段啮合，丝杠5与滚柱3的中段径向尺寸较小的部分啮合，丝杠5与滚柱3小段啮合。端部保持架2上设有与滚柱3个数与位置相匹配的通孔，滚柱3轴端穿过端部保持架2并由滚柱3上的轴肩轴向定位,所述端部保持架为2个，分别位于滚柱3的两端，在两个端部保持架2的夹持下，滚柱3位于两个端部保持架2之间，在端部保持架2的限制下，滚柱3只能绕自身轴旋转，两个端部保持架2的内孔分别与丝杠5配合安装，挡圈4安装在丝杠5上的凹槽内，将端部保持架2的轴向定位。

当丝杠5旋转时，由于滚柱3与丝杠5的螺纹啮合部分不带有螺纹升角，滚柱3围绕丝杠5做行星运动，相对于丝杠5没有轴向运动，为纯滚动,滚柱3与丝杠5同步运动；由于滚柱3与螺母1的螺纹啮合部分带有螺纹升角，滚柱3与螺母1之间为螺旋运动，滚柱3与丝杠5相对于螺母1有相对的轴向运动。

图1和图2是两种不同形式的反向差动行星滚柱丝杠的典型结构。

现有的差动行星滚柱丝杠是将滚柱与螺母通过一定的结构固定在一起，丝杠的外螺纹带有螺纹升角，滚柱外螺纹与螺母的内螺纹为圆弧牙形且不带有螺纹升角。丝杠转动时，滚柱与螺母同步地相对于丝杠作轴向直线运动。而本发明提供的反向差动行星滚柱丝杠，从图1和图2两种典型的结构上可以看出，滚柱3通过端部保持架2与丝杠5固定在一起，螺母1的内螺纹带有螺纹升角，丝杠5与滚柱3的外螺纹为圆弧牙形且不带有螺纹升角。丝杠5转动时，滚柱3同丝杠5同步运动，螺母1做轴向运动。

在航天航空用的机电作动器中反向差动行星滚柱丝杠的提出，使得螺母丝杠与电机和机电作动器的集成成为可能，把螺母作为电机的转子轴，丝杠作为输出机构，可以直接由电机输出直线运动，从而实现机电作动器的集成设计。这样去掉了转接装置，减小了径向尺寸，实现了机电作动器的小型化。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种差动行星滚柱丝杠，包括螺母(1)，滚柱(3)，丝杠(5)和端部保持架(2)，所述丝杠(5)具有外螺纹，所述螺母(1)具有内螺纹，环绕所述丝杠(5)并同轴设置，所述滚柱(3)置于丝杠(5)与螺母(1)之间，所述滚柱(3)具有外螺纹，分别与所述丝杠(5)和螺母(1)螺纹啮合，其特征在于，滚柱(3)被端部保持架(2)互相间隔开并且通过端部保持架(2)与丝杠(5)固定联接在一起。

2.根据权利要求1所述的差动行星滚柱丝杠，其特征在于，端部保持架(2)为两个且端面为圆环形，其上设有与滚柱(3)个数位置相匹配的通孔，滚柱(3)轴端穿过端部保持架(2)，滚柱(3)被夹持于两个端部保持架(2)之间，所述端部保持架(2)安装于丝杠(5)轴肩上，通过安装在丝杠(5)轴凹槽内的挡圈(4)与丝杠(5)固定联接在一起。

3.根据权利要求1所述的差动行星滚柱丝杠，其特征在于，滚柱(3)的个数为3～10个。

4.根据权利要求1～3任一项所述的差动行星滚柱丝杠，其特征在于，所述螺母(1)的内螺纹带有螺纹升角。

5.根据权利要求1～4任一项所述的差动行星滚柱丝杠，其特征在于，所述丝杠(5)和滚柱(3)的外螺纹均不带有螺纹升角。

6.根据权利要求1～5任一项所述的差动行星滚柱丝杠，其特征在于，所述丝杠(5)和滚柱(3)的螺纹牙形为圆弧形。

7.根据权利要求1～6任一项所述的差动行星滚柱丝杠，其特征在于，所述滚柱(3)和丝杠(5)均为阶梯轴结构，滚柱(3)的阶梯轴上均设有螺纹，丝杠(5)只在与滚柱(3)螺纹啮合的阶梯轴段设有螺纹，丝杠(5)和滚柱(3)的阶梯轴段凹凸互补配合。

8.根据权利要求7所述的差动行星滚柱丝杠，其特征在于，滚柱(3)为两端径向尺寸小于中间径向尺寸的结构，且滚柱(3)与螺母(1)大段啮合，滚柱(3)与丝杠(5)小段啮合。

9.根据权利要求7所述的差动行星滚柱丝杠，其特征在于，滚柱(3)为两端径向尺寸大于中间径向尺寸的结构，且滚柱(3)与螺母(1)大段啮合，滚柱(3)与丝杠(5)小段啮合。

10.一种直线式机电作动器用伺服电机，其特征在于，采用权利要求1～9任何一种差动行星滚柱丝杠的螺母作为电机的转子轴，丝杠(5)作为输出部件，输出直线位移。