CN106286738A - 一种滚珠丝杠副 - Google Patents

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龚玉帅
马俊
杨培
张翔
王留民
付星星
仲启亮
李石
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    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2204—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls
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Abstract

本发明涉及一种滚珠丝杠副，包括：丝杠(1)和通过螺纹套设在丝杠(1)外的丝杠螺母(5)，所述丝杠(1)具有同轴通孔，所述通孔内设置有连接交变电压的初级线圈(6)和两个次级线圈；所述丝杠螺母(5)中心同轴安装有铁芯(4)，所述铁芯(4)随丝杠螺母(5)在所述初级线圈(6)和两个次级线圈内做直线运动；所述两个次级线圈将所述铁芯(4)在所述两个次级线圈内的位置及运动方向感应为电压，根据所述感应的电压确定所述丝杠螺母(5)位置及运动方向。该丝杠副将位移传感器与丝杠集成安装，结构紧凑，同时提高了测量精度，降低了加工和安装难度，提高了产品的可靠性。

Description

一种滚珠丝杠副
技术领域
本发明涉及丝杠技术领域，尤其涉及一种滚珠丝杠副。
背景技术
在滚珠丝杠副的使用过程中，往往需要丝杠旋转，丝杠螺母沿导轨做直线往复运功，丝杠螺母的位置需要外置传感器来对丝杠螺母位置进行实时测量。
现有滚珠丝杠副丝杠螺母位置信息反馈靠单独的外置传感器采集，该方式导致滚珠丝杠副与传感器占用空间大，传感器与丝杠螺母的相对位置以及传感器与丝杠螺母的连接都对零件加工精度有较高的要求，并且容易因为安装定位不准而影响传感器测量精度，加速传感器的磨损，降低传感器寿命。
针对现有滚珠丝杠和传感器使用方式存在的问题，设计了将滚珠丝杠副和位置感应装置集成，具有位置反馈功能的滚珠丝杠，提高集成度，使结构更加紧凑，减小安装空间，避免了滚珠丝杠和传感器之间的相对安装，降低了零件加工难度，提高了产品可靠性。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种滚珠丝杠副，将滚珠丝杠副与位置感应装置集成，结构紧凑，便于安装，解决现有滚珠丝杠副与传感器的使用方式占用空间大，零件加工精度要求高的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种滚珠丝杠副，包括：丝杠(1)和通过螺纹套设在丝杠(1)外的丝杠螺母(5)，所述丝杠螺母(5)根据所述丝杠转动沿所述丝杠轴线直线反复运动，所述丝杠(1)具有同轴通孔，所述通孔内设置有连接交变电压的初级线圈(6)和两个次级线圈；所述丝杠螺母(5)中心同轴安装有铁芯(4)，所述铁芯(4)随丝杠螺母(5)在所述初级线圈(6)和两个次级线圈内做直线运动；所述两个次级线圈将所述铁芯(4)在所述两个次级线圈内的位置及运动方向感应为电压，根据所述感应的电压确定所述丝杠螺母(5)位置及运动方向。
进一步地，所述两个次级线圈分别位于所述所述初级线圈的两侧，其中一个次级线圈位于所述初级线圈(6)的远端侧，所述远端侧为远离所述铁芯(4)的方向；另一个次级线圈位于所述初级线圈(6)的近端侧，所述近端侧为接近所述铁芯(4)的方向。
进一步地，所述两个次级线圈缠绕匝数相同，并且反向串联绕制。
进一步地，在所述丝杠具有的通孔内通过线圈骨架(2)设置连接交变电压的初级线圈(6)和两个次级线圈：所述线圈骨架(2)为两端具有挡板、中心具有同轴通孔的筒状结构，在所述线圈骨架(2)的外壁上缠绕所述初级线圈(6)和所述两个次级线圈。
进一步地，在所述丝杠具有的通孔内设置有安装所述线圈骨架(2)的线圈骨架(2)安装孔和引出所述初级线圈(6)和两个次级线圈的线圈引出孔；所述线圈骨架(2)安装在所述线圈骨架(2)安装孔上，所述初级线圈(6)和两个次级线圈通过所述线圈引出孔引出，与外界接通。
进一步地，所述丝杠螺母(5)一端口封闭，所述铁芯(4)通过螺纹固定在所述丝杠螺母(5)封闭端。
进一步地，所述丝杠公称直径为16mm，所述丝杠运动导程为3mm，所述铁芯直径3mm，长度25mm。
进一步地，所述丝杠和所述丝杠螺母材料为GCr15，所述铁芯4采用铁镍软磁合金1J50。
进一步地，所述初级线圈和次级线圈由线径0.1mm的漆包线绕制，其中初级线圈匝数为800，两个次级线圈缠绕匝数相同为1600。
本发明有益效果如下：
本发明的初级线圈、次级线圈和铁芯利用电磁变压原理组成位移测试装置，将铁芯在次级线圈内的位置和运动方向感应为电压输出，用电压信号表征位移量，本发明设计巧妙的在丝杠中心设置同轴通孔，将线圈设置在通孔内，在丝杠螺母上设置铁芯，将丝杠螺母在丝杠上的直线反复运动转变为铁芯在线圈内的运动，从而利用铁芯在线圈内不同的位置产生不同的感应电压来表征丝杠螺母在丝杠上的位移及运动方向。巧妙的将位移测试装置与滚珠丝杠副集成，结构紧凑，克服了传统滚珠丝杠副外置位移传感器而导致的占用空间大的问题；感应电压具有严格的理论依据，具有较高的测量精度，解决了传统的外置传感器容易因安装定位不准而影响测量精度的问题；便于安装，降低了零件加工难度，提高了产品可靠性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本实施例滚珠丝杠副的结构示意图；
图2为图1中线圈骨架的结构示意图；
图3为图2中线圈绕制示意图；
其中，1-丝杠，2-线圈骨架，3-线圈，4-铁芯，5-丝杠螺母，6-初级线圈，7-第一次级线圈，8-第二次级线圈。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本实施例提供一种滚珠丝杠副，如图1所示，具有丝杠1和丝杠螺母5，丝杠螺母5通过螺纹套设在丝杠1的外壁上，丝杠1转动时，丝杠螺母5沿丝杠1轴线做直线反复运动，其中丝杠的公称直径为16mm，丝杠导程为3mm，丝杠及丝杠螺母材料为GCr15。
丝杠1沿轴线设置有内通孔，线圈3通过线圈骨架安装在通孔内，线圈骨架为具有同轴通孔的筒状结构，在筒状结构的两端设置有挡板，线圈绕制在线圈骨架的外壁上，如图2所示。在丝杠内的通孔内设置有安装线圈骨架2的线圈骨架安装孔，线圈骨架安装孔具体为在丝杠内的通孔的部分内壁上开设更大孔径的孔，使线圈骨架2安装在丝杠通孔上后，线圈3能够镶在丝杠通孔的内壁内，这样保证铁芯4在线圈骨架的通孔和丝杠的通孔内直线运动。
丝杠螺母5一端封闭，在丝杠螺母的中心沿轴线设置有铁芯4，铁芯4固定在丝杠螺母5的封闭端。丝杠螺母5套设在丝杠1外壁上时，铁芯4正好能够穿插在丝杠1的通孔内，随着丝杠螺母5沿丝杠1的直线运动而在丝杠1的通孔内的线圈内做直线运动，从而产生感应电压，利用感应电压来表征铁芯4的位移，进而表征丝杠螺母5的位移。
铁芯4采用由低磁场下磁导率很高和矫顽力很低的铁镍软磁合金1J50制成，铁芯直径3mm，长度25mm。
线圈3具有初级线圈6和两个次级线圈，两个次级线圈的第一次级线圈7和第二次级线圈8分别位于初级线圈6的两侧，初级线圈和次级线圈由线径0.1mm的漆包线绕制，其中初级线圈匝数为800，两个次级线圈缠绕匝数相同为1600，并且反向串联绕制，初级线圈6和次级线圈的电路连接如图3所示，初级线圈6的两端P1和P2端连接交变电压，两个次级线圈的两端S11和S22端连接感应电压测量装置，测量两个次级线圈内产生的感应电压。由于初级线圈6内通有交变电压，使初级线圈6内的铁芯4产生磁场，铁芯4内的磁场使铁芯4周围的两个次级线圈产生感应电压，并且产生的感应电压与两个次级线圈的有效缠绕匝数成正比，由于第一次线圈7与第二次级线圈8缠绕方向相反，产生的感应电压极性相反。当铁芯4位于中间位置，关于初级线圈6的中心线左右对称时，由于铁芯4在第一次级线圈7和第二次级线圈8内的长度相等，使得在两个次级线圈内产生的感应电压极性相反，大小相等，使S11和S22端的输出电压为0；当铁芯4向右移动时，铁芯4在第二次级线圈8内的长度大于在第一次级线圈7内的长度，使第二次级线圈8产生的感应电压数值大于第一次级线圈7产生的感应电压数值，极性相反，使S11和S22端的输出电压与第二次级线圈8产生的电压极性相同，大小为第二次级线圈8产生的电压大小减去第一次级线圈7产生的电压，并且随着铁芯4继续向右移动，S11和S22端的输出电压随铁芯的位移成线性变化；当铁芯4向左移动时，第一次级线圈7感应的电压大于第二次级线圈8产生的感应电压，并且与第一次级线圈7产生的感应电压极性相同，根据S11和S22端的输出电压极性和数值即可确定铁芯4的位移和移动方向，从而确定丝杠螺母的位移及位移方向。
经测试丝杠精度可以达到3级精度，丝杠螺母位置测量全行程范围内，测量结果非线性度不大于5‰
综上所述，本发明实施例提供了一种滚珠丝杠副，在丝杠设置内通孔，在通孔内设置感应线圈，在丝杠螺母中心设置铁芯，保证铁芯随着丝杠螺母的直线移动在丝杠通孔内直线运动，与线圈产生相对移动，从而产生感应电压，通过感应电压来表征铁芯的位移，从而表征丝杠螺母的位移，本发明的丝杠副，将位移传感器与丝杠集成安装，结构紧凑，同时提高了测量精度，降低了加工和安装难度，提高了产品的可靠性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种滚珠丝杠副，包括：
丝杠(1)和通过螺纹套设在丝杠(1)外的丝杠螺母(5)，所述丝杠螺母(5)根据所述丝杠转动沿所述丝杠轴线直线反复运动，其特征在于，
所述丝杠(1)具有同轴通孔，所述通孔内设置有连接交变电压的初级线圈(6)和两个次级线圈；
所述丝杠螺母(5)中心同轴安装有铁芯(4)，所述铁芯(4)随丝杠螺母(5)在所述初级线圈(6)和两个次级线圈内做直线运动；
所述两个次级线圈将所述铁芯(4)在所述两个次级线圈内的位置及运动方向感应为电压，根据所述感应的电压确定所述丝杠螺母(5)位置及运动方向。
2.根据权利要求1所述滚珠丝杠副，其特征在于，
所述两个次级线圈分别位于所述所述初级线圈的两侧，其中一个次级线圈位于所述初级线圈(6)的远端侧，所述远端侧为远离所述铁芯(4)的方向；另一个次级线圈位于所述初级线圈(6)的近端侧，所述近端侧为接近所述铁芯(4)的方向。
3.根据权利要求1所述滚珠丝杠副，其特征在于，
所述两个次级线圈缠绕匝数相同，并且反向串联绕制。
4.根据权利要求1-3任一项所述滚珠丝杠副，其特征在于，在所述丝杠具有的通孔内通过线圈骨架(2)设置连接交变电压的初级线圈(6)和两个次级线圈：
所述线圈骨架(2)为两端具有挡板、中心具有同轴通孔的筒状结构，在所述线圈骨架(2)的外壁上缠绕所述初级线圈(6)和所述两个次级线圈。
5.根据权利要求5所述滚珠丝杠副，其特征在于，
在所述丝杠具有的通孔内设置有安装所述线圈骨架(2)的线圈骨架(2)安装孔和引出所述初级线圈(6)和两个次级线圈的线圈引出孔；所述线圈骨架(2)安装在所述线圈骨架(2)安装孔上，所述初级线圈(6)和两个次级线圈通过所述线圈引出孔引出，与外界接通。
6.根据权利要求1、2、3、4或6任一项所述滚珠丝杠副，其特征在于，所述丝杠螺母(5)一端口封闭，所述铁芯(4)通过螺纹固定在所述丝杠螺母(5)封闭端。
7.根据权利要求6所述滚珠丝杠副，其特征在于，所述丝杠公称直径为16mm，所述丝杠运动导程为3mm，所述铁芯直径3mm，长度25mm。
8.根据权利要求6所述滚珠丝杠副，其特征在于，所述丝杠和所述丝杠螺母材料为GCr15，所述铁芯4采用铁镍软磁合金1J50。
9.根据权利要求6所述滚珠丝杠副，其特征在于，所述初级线圈和次级线圈由线径0.1mm的漆包线绕制，其中初级线圈匝数为800，两个次级线圈缠绕匝数相同为1600。
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