CN105531505A - 浮动螺母和滑架组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种线性引导件，所述线性引导件包括导轨、滑架、驱动螺杆和连接装置。所述导轨限定出线性行进路径。所述滑架被安装到所述导轨以沿着所述线性行进路径运动。所述驱动螺杆被可操作地安装到所述导轨。所述连接装置将所述驱动螺杆联接到所述滑架，以将所述驱动螺杆的旋转运动转换为所述滑架沿着所述线性行进路径的线性致动。所述连接装置在所述驱动螺杆和所述滑架之间、在大体上垂直于所述线性行进路径的方向上提供单个线性自由度。所述单个线性自由度允许在所述螺杆和所述滑架之间的相对运动，以释放相关部件之间的内部制约。

Description

浮动螺母和滑架组件
发明领域
本发明大体上涉及线性引导件，尤其涉及使用驱动螺杆沿着导轨驱动滑架的线性引导件。
背景技术
线性引导件被用于以高精度和可往复的方式沿着预定的线性路径引导装置。通常，这些线性引导件包括导轨、被沿着导轨驱动的滑架、和用于沿着导轨驱动滑架的装置。在一些实施例中，螺杆可以是用于沿着导轨驱动滑架的装置。
在高精度应用中，如果在导轨和滑架之间有任何间隙的话，那么间隙也是非常有限的，并且螺杆被设计成具有很高的准直度。然而，除了由机加工造成的部件中的任何挠曲或变化之外，在导轨和滑架的引导表面以及螺杆之间累加起来的公差可能导致产生线性引导件内的制约，以及较高或可变的运动扭矩。线性引导件内的这种在力方面的变化可能影响滑架沿着导轨的位置控制。
本发明涉及对线性引导件中现有技术状态的改进。
发明内容
本发明提供了一种新的、改进的线性引导件，以克服现有线性引导件的一些局限。新的、改进的线性引导件包括导轨、滑架、驱动螺杆和连接装置。所述导轨限定出线性行进路径。所述滑架被安装到所述导轨以沿着所述线性行进路径运动。所述驱动螺杆被可操作地安装到所述导轨。所述连接装置将所述驱动螺杆联接到所述滑架，以将所述驱动螺杆的旋转运动转换为所述滑架沿着所述线性行进路径的线性致动。在所述驱动螺杆和所述滑架之间、在大体上垂直于所述线性行进路径的方向上，所述连接装置提供了单个线性自由度。所述单个线性自由度允许在所述螺杆和所述滑架之间的相对运动，以释放相关部件之间的内部制约。
在一个实施例中，所述连接装置提供允许所述线性自由度的切槽和接收器装置。
在另一实施例中，所述切槽和接收器装置具有配合的防旋转特征，以防止由于所述驱动螺杆带来的旋转扭矩造成的相对旋转，以及尤其是当所述驱动螺杆改变旋转方向时的背隙。
在一个实施例中，所述连接装置包括螺母和托架装置。所述螺母与所述驱动螺杆可螺接地配合。所述螺母和托架装置具有配合的防旋转特征，以防止由于所述驱动螺杆带来的旋转扭矩造成的两者之间的相对旋转。
在一个实施例中，所述螺母包含被接收在所述托架装置的切槽内的头部部分。所述头部部分和所述托架装置之间的接合防止所述螺母和所述托架装置之间的旋转。所述头部部分和所述托架装置之间的接合防止两者之间在平行于所述行进路径的方向上的线性运动。
在一个实施例中，所述滑架包含用于将所述滑架安装到所述导轨的安装装置。所述安装装置被构造成防止所述滑架在大体上与所述行进路径正交的平面内相对于所述导轨的线性运动。
在一个实施例中，所述安装装置包括形成在所述滑架的臂部部分内的第一通道和第二通道。每一通道接收所述导轨的对应部分。所述通道被在所述导轨的对应表面上滑动的滑动表面限界。优选地，所述滑动表面由低摩擦材料提供。
在一个实施例中，所述切槽限定出大体上垂直于所述行进路径延伸的平行侧面。所述头部具有大体上垂直于所述行进路径且与所述切槽的平行侧面配合的平行侧面。
在一个实施例中，所述连接装置包含限定出至少一个切槽的第一部件以及与所述切槽配合的第二部件。所述第二部件能在所述切槽中沿着所述单个线性自由度滑动。在一个实施例中，所述第一部件为所述滑架的固定部分，而所述第二部件是螺母，所述螺母具有被接收在所述第一部件的所述切槽内的头部部分。
在一个实施例中，所述线性引导件还包括一对端部块。所述端部块附接到所述导轨并可旋转地支撑所述驱动螺杆。
在一个实施例中，所述托架装置包括一对横向地向内面对的表面，所述向内面对的表面相互面对且以所述切槽的相对端为界和平行于所述单个线性自由度延伸。所述螺母的头部部分包括一对横向地向外面对的表面，所述向外面对的表面互相背离且平行于所述单个线性自由度延伸。所述向外面对的表面相对于所述向内面对的表面滑动，以提供所述单个线性自由度。优选地，所述向内面对的表面和所述向外面对的表面是平面。
在一个实施例中，提供了一种减少线性引导件内的制约的方法。所述线性引导件具有：限定出线性行进路径的导轨；被安装到所述导轨以沿着所述线性行进路径运动的滑架；被可操作地安装到所述导轨的驱动螺杆；和连接装置，所述连接装置将所述驱动螺杆联接到所述滑架，以将所述驱动螺杆的旋转运动转换为所述滑架沿着所述线性行进路径的线性致动。所述方法包括在所述驱动螺杆和所述滑架之间、在大体上垂直于所述线性行进路径的方向上提供单个线性自由度。
从结合附图的下面的详细描述中，本发明的其他方面、目的、和优点将变得更为明显。
附图说明
包含在说明书中并形成说明书一部分的附图示出了本发明的多个方面，且与说明书一起，用于解释本发明的原理。附图中：
图1为根据本发明实施例的线性引导件的俯视透视图；
图2为图1的线性引导件的仰视透视图；
图3为图1的线性引导件的仰视分解图，其中导轨已被移除；
图4为图1的线性引导件的仰视透视图，其中导轨已被移除；
图5为图1的线性引导件的滑架和驱动螺杆之间的连接装置的放大图；
图6为图1的线性引导件的滑架底侧的放大图，示出了所述连接装置的作为所述滑架的一部分的那部分；
图7为滑架底侧的放大图，示出了图1的线性引导件的连接装置；
图8为沿着线8-8所作的图1的线性引导件的截面端视图。
虽然将结合一些优选实施例来描述本发明，但并非旨在将本发明限于这些实施例。相反，意图在于覆盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有替代方式、变体和等同方式。
具体实施例
图1和2示出了根据本发明实施例的线性引导件100。所述线性引导件被配置成沿着预定路径引导附接的装置。线性引导件100包括被安装到导轨104的滑架102和可操作地沿着导轨104驱动滑架102的驱动螺杆106。所述驱动螺杆绕轴线108的旋转运动将沿着导轨104线性地驱动滑架102。
驱动螺杆106和导轨104被安装到在其相反端部处的端部块110。端部块110包括轴承或轴套以可旋转地支撑驱动螺杆106。导轨104的端部被插入形成于端部块110内的沟槽或切槽内。此外，可提供螺钉或其他紧固件以将导轨104的端部固定到端部块110的沟槽或切槽中。端部块110包括切槽或孔隙，以允许用户将端部块110安装到另一支撑表面。
此外，参照图3和8，滑架102大体上限定出接收导轨104的轨道部分114的通道112。通道112由低摩擦材料限界，如可以是FREELON形式的润滑性材料，FREELON是聚四氟乙烯(PTFE)基的材料。通道112大体上由三个侧壁或表面形成，所述侧壁或表面中有两个是相互平行的，且第三个侧壁或表面则在两者之间垂直延伸。这三个侧壁或表面大体上涂覆或设有润滑性或自润滑材料，如PTFE。这种自润滑材料可以粘附或固定到滑架102的主体上。限定通道112中的每一个的这三个侧壁或表面与轨道部分114的三个侧面中对应的一个配合。在通道112和轨道部分114之间存在着紧公差关系，以便防止两者之间的间隙，并在被驱动螺杆106驱动而沿着导轨104往复运动时，提供滑架102沿着轴线108和导轨104的精确运动。
滑架102大体上包括主体116，主体116具有远离顶部表面120延伸的一对臂部118。顶部平面120被构造成用于安装将被沿着轴线108驱动的附加结构。导轨104被横向地设置在臂部部分118之间，当组装后驱动螺杆106也是这样设置。
与滑架102的臂部118的通道112相配合的轨道部分114的侧面具有非常高的公差特性，使得它们又直又光滑。这使滑架102沿着行进的精度提高。
图3示出了从底部看到的分解形式的线性引导件100，其中导轨104被移除。图4示出了导轨104被移除且从其底部看到的线性引导件100。线性引导件100包括连接装置130，所述连接装置用于可操作地将驱动螺杆106连接到滑架102，以将驱动螺杆106的旋转运动转换为滑架102的线性运动。
此外，参照图5-7，连接装置130大体上包括托架机构132，托架机构132与丝杠螺母134可滑动地配合。托架机构132被形成为滑架主体116的一部分或以其它方式附接到滑架主体116。在示例的实施例中，托架机构132由一对附接支架136提供，附接支架136被可操作地安装到滑架主体116的下侧。附接支架136被通过螺钉138附接，螺钉138被拧入主体116的下侧。附接支架136限定出沟槽140，沟槽140呈相对且间隔开的关系，使得其开口或口部相互面对而形成接收切槽。
丝杠螺母134包括被构造成接收于附接支架136的沟槽140内的头部部分142。当平行于驱动螺杆106的轴线108测量时，头部部分142的轴向宽度w1基本上等于沟槽140的轴向宽度w2。因此，在头部部分142的相反的轴向端表面144、146和每一附接支架126上的相对面对的表面之间基本上没有轴向间隙或间隔。
每一沟槽140部分地被以横向地面对的表面152为界。在安装到滑架主体116上后，这些横向地面对的表面152相互面对。优选地，这些横向地面对的表面152大体上是平面，所述平面大体上垂直于驱动螺杆106的轴线108延伸。
螺母134的头部部分142具有对应的横向地面对的表面154，表面154横向地相互背离。当头部部分142被可操作地接收在沟槽140中时，这些横向地面对的表面154与附接支架136的横向地面对的表面152(相互面对)中的对应表面相配合且抵靠。头部部分142的横向地面对的表面154也大体上是平面，并垂直于所述滑架的顶部表面120延伸，如横向地面对的表面152一样。
优选地，所述头部部分被确定尺寸成使其能够在大体上垂直于驱动螺杆106的长度以及垂直于顶部表面120的方向上在沟槽140内轴向地滑动。尤其是，螺母134被允许在如图7中箭头151所示、大体上垂直于由导轨104的顶部表面或底部表面限定的平面的轴向方向上移动。
这种布置允许在导轨104和驱动螺杆106之间有任何公差叠加或变化。如本文所使用的，单个线性自由度不应包括在所述螺杆和所述螺母之间的旋转自由度。尤其是，如果在所述驱动螺杆或所述导轨之一的准直度上有变化，那么由螺母134的头部部分142和附接支架136的沟槽140之间的滑动布置所提供的第一自由度允许在所述驱动螺杆和所述滑架之间的任何摩擦或作用力(由于两个部件之间连接中的制约而造成)的某些释放。尤其是，头部部分142被允许在附接支架136的沟槽140内滑动。这也可以补偿线性引导件100的部件中轻微的公差变化。
连接装置130也提供了防旋转特征/结构。横向地面对的表面152、154相互配合，以防止螺母134在沟槽140内沿一倾斜方向绕驱动螺杆106的轴线108旋转。这防止了驱动螺杆106和滑架102之间的任何扭转背隙，尤其是当驱动螺杆106绕轴线108改变旋转方向而改变滑架102沿着导轨104的线性移动方向时。这保持了滑架102沿着轴线108的位置精度，尤其是当改变运动的轴向方向时。
再次，在头部部分142和附接支架136之间的这种滑动界面帮助减轻了在线性引导件100运行期间驱动螺杆106和连接装置130之间、尤其是和丝杠螺母134之间的制约。
螺母134优选地包括了多个柔性指状件156，所述指状件具有由低摩擦或自润滑材料(如PTFE)形成的螺纹，以减小螺母134和驱动螺杆106之间的摩擦。柔性指状件156可以与头部部分142整体地制成为单件式材料，比如被模制成为单个部件。可替换地，柔性指状件156可由单独的部件制成，如同头部部分142一样。
虽然所示实施例包括由螺母134形成或提供的头部部分142和由支架136(或总体上由滑架102)提供的沟槽，但是替换的实施例可以具有相反的这些特征。尤其是，所述螺母可以提供一个或多个沟槽，所述沟槽接收滑架102的一个或更多的杆或壁部分，这些杆或壁部分在由所述头部部分所形成的沟槽内滑动，其中所述头部部分提供了单个线性自由度。
单独的附接支架136的使用允许调整沟槽140在滑架102的其他部分上的安装。
本文所引用的所有引用文献，包括出版物、专利申请和专利，在此通过引用而并入，如同达到每一引用文献都是被独立且具体地指出通过引用而并入本文，并且其全部内容都在本文中得到阐述的程度。
在描述本发明的上下文中(尤其是下面权利要求的上下文中)，术语“一”、“一个”、“所述”和类似指代的使用应理解为覆盖了单数和复数形式，除非本文中以其它方式指出或明显与上下文相抵触。除非以其它方式指出，否则术语“包括”、“具有”、“包含”以及“含有”应理解为开放式术语(即意味着“包含，但不限于”)。本文中数值范围的记载仅仅旨在用作单独地表示落入所述范围内的每一单独数值的简化方法，除非在本文中以其它方式指出，且每一单独数值都并入在本说明书中，如同该数值在本文中单独地记载。本文中描述的所有方法可以按任何适当的顺序执行，除非在本文中以其它方式指出或明显与上下文相抵触。本文中所提供的任何和全部示例或示例性语言(例如，“比如”)的使用，仅仅旨在更好地解释本发明，且并非对本发明的范围限制，除非以其它方式声明。说明书中的“否定”式语言应解释为指示了任何未声明的元件同样是执行本发明的关键。
在本文中描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的执行本发明的最好模式。对本领域技术人员来说，在阅读了前面描述的情况下，这些优选实施例的变体会变得明显。发明人希望本领域技术人员酌情应用这些变体，且发明人想让本发明能以本文中具体描述的之外的方式进行实施。因此，本发明包括适用法律所允许的、在所述权利要求中记载的主题的全部修改和等同物。此外，在其全部可能的变体中，上述元件的任何组合都包含在本发明中，除非在本文中以其它方式指出或明显与上下文相抵触。

Claims (18)

1.一种线性引导件，包括：
导轨，所述导轨限定出线性行进路径；
滑架，所述滑架被安装到所述导轨以沿着所述线性行进路径运动；
驱动螺杆，所述驱动螺杆被可操作地安装到所述导轨；及
连接装置，所述连接装置将所述驱动螺杆联接到所述滑架，以将所述驱动螺杆的旋转运动转换为所述滑架沿着所述线性行进路径的线性致动，所述连接装置在所述驱动螺杆和所述滑架之间、在大体上垂直于所述线性行进路径的方向上提供单个线性自由度。
2.根据权利要求1所述的线性引导件，其特征在于，所述连接装置提供允许所述线性自由度的切槽和接收器装置。
3.根据权利要求2所述的线性引导件，其特征在于，所述切槽和接收器装置具有配合的防旋转特征，以防止由于所述驱动螺杆带来的旋转扭矩造成的相对旋转。
4.根据权利要求1所述的线性引导件，其特征在于，所述连接装置包括螺母和托架装置，所述螺母与所述驱动螺杆可螺接地配合，所述螺母和所述托架装置具有配合的防旋转特征，以防止由于所述驱动螺杆带来的旋转扭矩造成的两者之间的相对旋转。
5.根据权利要求1所述的线性引导件，其特征在于，所述连接装置包括螺母和托架装置，所述螺母包含被接收在所述托架装置的切槽内的头部部分，所述头部部分和所述托架装置之间的接合防止所述螺母和所述托架装置之间的旋转，所述头部部分和所述托架装置之间的接合防止两者之间在平行于所述行进路径的方向上的线性运动。
6.根据权利要求1所述的线性引导件，其特征在于，所述滑架包含用于将所述滑架安装到所述导轨的安装装置，所述安装装置被构造成防止所述滑架相对于所述导轨在大体上与所述行进路径正交的平面内的线性运动。
7.根据权利要求6所述的线性引导件，其特征在于，所述安装装置包括形成在所述滑架的臂部部分内的第一通道和第二通道，每一通道接收所述导轨的对应部分，所述通道被在所述导轨的对应表面上滑动的滑动表面限界。
8.根据权利要求7所述的线性引导件，其特征在于，所述滑动表面由低摩擦材料提供。
9.根据权利要求5所述的线性引导件，其特征在于，所述切槽限定出大体上垂直于所述行进路径延伸的平行侧面，且所述头部具有大体上垂直于所述行进路径延伸且与所述切槽的所述平行侧面配合的平行侧面。
10.根据权利要求1所述的线性引导件，其特征在于，所述连接装置包含限定出至少一个切槽的第一部件和与所述切槽配合的第二部件，所述第二部件能在所述切槽内沿着所述单个线性自由度滑动。
11.根据权利要求1所述的线性引导件，其特征在于，所述第一部件为所述滑架的固定部分，所述第二部件为螺母，所述螺母具有被接收在所述第一部件的所述切槽内的头部部分。
12.根据权利要求1所述的线性引导件，其特征在于，还包括一对端部块，所述端部块附接到所述导轨并可旋转地支撑所述驱动螺杆。
13.根据权利要求5所述的线性引导件，其特征在于，所述托架装置包括一对横向地向内面对的表面，所述向内面对的表面相互面对且以所述切槽的相对端部为界和平行于所述单个线性自由度延伸，所述头部部分包括一对横向地向外面对的表面，所述向外面对的表面相互背离且平行于所述单个线性自由度延伸。
14.根据权利要求13所述的线性引导件，其特征在于，所述向外面对的表面相对于所述向内面对的表面滑动，以提供所述单个线性自由度。
15.根据权利要求13所述的线性引导件，其特征在于，所述向内面对的表面和所述向外面对的表面是平面。
16.根据权利要求1所述的线性引导件，其特征在于，所述单个线性自由度不是允许所述滑架沿着所述行进路径线性地移动的自由度。
17.根据权利要求4所述的线性引导件，其特征在于，所述单个线性自由度不是在所述螺母和所述驱动螺杆之间的自由度。
18.一种减少线性引导件内的制约的方法，所述线性引导件具有：限定出线性行进路径的导轨；被安装到所述导轨上以沿着所述线性行进路径运动的滑架；被可操作地安装到所述导轨的驱动螺杆；和连接装置，所述连接装置将所述驱动螺杆联接到所述滑架，以将所述驱动螺杆的旋转运动转换为所述滑架沿着所述线性行进路径的线性致动，所述方法包括：
在所述驱动螺杆和所述滑架之间、在大体上垂直于所述线性行进路径的方向上提供单个线性自由度。
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