CN106763593A - 一种直线运动导向机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直线运动导向机构，包括滚珠组件和导向槽，所述滚珠组件由滚珠、齿轮和齿条组成，所述齿条平行设于直线运动元件和其壳体上且与所述齿轮相啮合，所述导向槽为“V”型槽，设于所述齿条间的直线运动元件上，其“V”型口间距离小于或等于所述齿条间距离，两侧面与所述滚珠相切；其主要特点是在直线队列滚珠中结合了小齿轮和齿条，小齿轮与齿条保证整个直列滚珠组件在导向槽内的正确位置，防止出现滑动脱出，从而实现滚动运动、无滚珠循环、便于机电直线运动机构集成、能够承受径向力、能够竖直使用、运动精度高、间隙小、适于高速、可靠性高的直线运动导向结构，以满足高速、高精度机电直线驱动装置的发展需求。

Description

一种直线运动导向机构

技术领域：

本发明涉及一种导向机构，特别涉及一种直线运动导向机构。

背景技术：

直线运动导向元件是机械行业的基础性产品，目前，公知的导向装置分为滑动式和滚动式。滑动式导轨摩擦力大，容易引起驱动控制系统的低速爬行，难以实现高速运动。为了客服上述缺点，现代精密伺服驱动控制系统往往采用滚动导轨作为直线运动导向装置。现有的滚动导向装置有滚珠循环式与直线队列式两种。滚珠循环式导轨存在体积大、高速和高加速度时滚珠循环不畅等问题。现有的直线队列滚珠导轨，需要靠负载的重力压合运动，虽然体积小、安装方便，但是精度差、易滑脱、无法竖直使用、无法承受高速，往往只能用在一些抽屉、推拉门等低速、运动精度较低的场合。

近年来，机电式直线运动装置正在逐渐替代气压、液压动力缸。高速、高精度机电式直线运动往往通过丝杠、齿条或直线电机配合伺服驱动控制系统实现，这些机构都需要可靠的导向装置来限制转动自由度和承受径向力。另一方面，导向装置还必须适应伺服控制系统的其它要求，比如避免低速爬行、避免高速卡滞、小间隙、环境适应性好、便于结构集成等。目前现有的导向装置难以满足这些需要。

发明内容：

为解决上述现有技术的不足，本发明公开了一种直线运动导向机构，包括滚珠组件和导向槽，其改进之处在于，所述滚珠组件由滚珠、齿轮和齿条组成；所述齿轮设于相邻的所述滚珠间排列成直线所述齿条平行设于所述直线两侧，分别与所述直线运动元件和其外壳连接，所述齿轮轴垂直于所述直线与齿条所在平面，所述导向槽为横截面为“V”型的导向槽，其纵向长度不得小于所述直线的长度。

第一优选技术方案为，所述滚珠组件用保持架固定，纵向设于所述导向槽内，所述保持架由两条与所述直线平行设置的杆和通过固定连接于所述杆间且与之垂直的导向块组成，所述导向块两侧面为与所述滚珠形状相适配的内凹面，所述齿轮中心设有与所述杆垂直的固定孔。

第二优选技术方案为，所述滚珠组件为套齿式滚珠组件，所述齿轮中心设有与所述滚珠形状相适配的孔，所述孔直径略大于所述滚珠直径。

第三优选技术方案为，所述固定件为铆钉或螺钉，所述导向块的厚度与所述杆件相等，宽度小于所述滚珠直径；所述导向块彼此间最大距离大于所述滚珠直径，所述滚珠与所述导向块间隔设置且每3-5个所述滚珠为一组，每组间设置所述齿轮，所述齿轮齿根圆直径大于所述滚珠直径。

第四优选技术方案为，所述保持架为冲压成型的铜或钢。

第五优选技术方案为，所述保持架为注塑成型的树脂件。

第六优选技术方案为，所述齿轮和与之紧邻的所述滚珠间所述导向块一侧面为与所述滚珠形状相适配的内凹面，另一侧面为平面。

第七优选技术方案为，所述套齿式滚珠组件沿所述直线运动元件周向均匀分布，数目为1-4组，优选为3组。

第八优选技术方案为，所述齿轮的齿数和模数与所述滚珠的个数和直径根据实际情况选择调整。

和最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、直列滚珠导向实现了滚动、无循环结构；

2、充分利用外壳与直线运动元件之间的空隙，合理布置“V”形槽和齿条，便于机电直线运动机构集成，运动准确精密，能够竖直使用；

3、通过选配合适的滚珠，可以实现微间隙、微摩擦力直线导向，特别适用于伺服驱动控制系统。

附图说明

图1是保持架式滚珠组件主视图；

图2是保持架式滚珠组件俯视图；

图3是套齿式滚珠组件主视图；

图4是套齿式滚珠组件左视图。

附图标记说明：

1-滚珠；2-齿轮；3-导向块；4-固定件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面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，所描述的实施例是本发明中一部分实施例，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付出创造性劳动的前提下所有获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。下面结合附图对本发明提供的技术方案做详细说明。

实施例一

本发明提供一种直线运动导向机构包括滚珠组件和设于直线运动元件上的横截面为“V”型的导向槽，滚珠组件由滚珠1、齿轮2和齿条组成；齿轮2设于相邻的滚珠1间排列成直线齿条平行设于滚珠与齿轮形成的直线两侧，分别与直线运动元件和其外壳连接，与直线运动元件连接的一侧的齿条跟随直线运动元件运动，与其外壳连接的一侧的齿条固定不动，齿轮2的轴线垂直于滚珠与齿轮形成的直线和两平行齿条所在的平面，导向槽纵向长度不得小于直线的长度。

下面以本发明的直线运动机构的其中两种形式为例做进一步阐述，如图1-2所示，保持架式直列滚珠组件，所述滚珠组件用保持架固定，纵向设于导向槽内，滚珠1与导向槽“V”型的两个侧面相切，保持架由两条与滚珠和齿轮形成的直线平行设置的杆和通过铆钉或螺钉连接于杆间且与之垂直的导向块组成，导向块两侧面为与滚珠1形状相适配的内凹面，导向块的厚度与杆相等，宽度小于滚珠1直径；齿轮2中心设有与杆垂直的固定孔，将其固定在保持架内，齿轮2与设于其两侧的平行齿条相啮合，同时齿轮2的齿根圆直径应大于滚珠1的直径，导向块间距离大于滚珠1直径，保证滚珠1不与齿条接触，而是与“V”型槽侧面相切且可滚动。

保持架式直列滚珠组件的滚珠1与导向块间隔设置且每3-5个滚珠1为一组，每组间设置齿轮2，优选为3个滚珠为一组，齿轮2和与之紧邻的滚珠1间的导向块一侧面为与滚珠1形状相适配的内凹面，另一侧面为平面，保持架为冲压成型的铜或钢，或者为注塑成型的树脂件。

保持架的作用是约束滚珠与齿轮，无法脱出，但是能在垂直于所述竖直面灵活转动，实现滚珠与“V”形槽接触能具有直线导向齿轮转动，齿轮2与“V”形槽间的竖直面左右齿条啮合，齿轮2的中心点与滚珠1中心点同步运动，滚珠组件的直线移动距离是直线运动元件移动距离的一半。齿轮2与齿条保证整个滚珠组件在“V”形槽内的正确位置，防止出现滑动，尤其在竖直使用或有间隙、频繁换向运动时防止滚珠滑落脱出。

如图3-4所示，为本发明的套齿式滚珠组件，齿轮2中心设有与滚珠1形状相适配的孔，孔的直径大于滚珠1的直径，保证滚珠1可在其内滚动，使用时，齿轮2的轴线与设于直线运动元件和其外壳上的两平行齿条所在平面相垂直，齿轮2与两齿条相啮合，滚珠1与设于直线运动元件上的“V”型槽两侧面相切，为保证滚珠1可在齿轮2内灵活滚动，但是不能脱出，齿轮2中心设置的孔应大于滚珠1的直径。

本发明的套齿式滚珠组件沿直线运动元件周向均匀分布，数目为1-4组，优选为3组，使用时将直线运动元件抽出，根据需要将若干个套齿式滚珠组件顺入两齿条间，套齿式滚珠组件组装时将滚珠1用力推入齿轮2中间的孔中即可。

本实施例以一种电动缸的直线运动部分为例，直线运动元件为丝杆副的螺母，由于整个装置应用于车载伺服系统中，所以对导向结构的间隙、摩擦力、集成度都提出了很高的要求。间隙必须控制在0.005-0.01mm，摩擦力5N以内，螺母外径85mm，外壳外径105mm，并且必须能够承受80g径向冲击加速度(约合8KN径向冲击力)。故采用24个6mm滚珠和3个模数0.5齿数15的齿轮组合形成的保持架式直列滚珠组件，解决了上述问题，或采用24个6mm滚珠和24个模数0.5齿数18的齿轮组合成的套齿式滚珠组件，也很好的解决了上述问题，本发明的齿轮2的齿数和模数与滚珠1的个数和直径均可根据实际情况选择调整。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可以对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种直线运动导向机构，包括滚珠组件和导向槽，其特征在于，所述滚珠组件由滚珠、齿轮和齿条组成；所述齿轮设于相邻的所述滚珠间排列成直线所述齿条平行设于所述直线两侧，分别与所述直线运动元件和其外壳连接，所述齿轮轴垂直于所述直线与齿条所在平面，所述导向槽为横截面为“V”型的导向槽，其纵向长度不得小于所述直线的长度。

2.根据权利要求1所述的导向机构，其特征在于，所述滚珠组件用保持架固定，纵向设于所述导向槽内，所述保持架由两条与所述直线平行设置的杆和通过固定件连接于所述杆间且与之垂直的导向块组成，所述导向块两侧面为与所述滚珠形状相适配的内凹面，所述齿轮中心设有与所述杆垂直的固定孔。

3.根据权利要求1所述的导向机构，其特征在于，所述滚珠组件为套齿式滚珠组件，所述齿轮中心设有与所述滚珠形状相适配的孔，所述孔直径大于所述滚珠直径。

4.根据权利要求2所述的导向机构，其特征在于，所述固定件为铆钉或螺钉，所述导向块的厚度与所述杆相等，宽度小于所述滚珠直径；所述导向块彼此间最大距离大于所述滚珠直径，所述滚珠与所述导向块间隔设置且每3-5个所述滚珠为一组，每组间设置所述齿轮，所述齿轮齿根圆直径大于所述滚珠直径。

5.根据权利要求2所述的导向机构，其特征在于，所述保持架为冲压成型的铜或钢。

6.根据权利要求2所述的导向机构，其特征在于，所述保持架为注塑成型的树脂件。

7.根据权利要求2所述的导向机构，其特征在于，所述齿轮和与之紧邻的所述滚珠间的所述导向块一侧面为与所述滚珠形状相适配的内凹面，另一侧面为平面。

8.根据权利要求3所述的导向机构，其特征在于，所述套齿式滚珠组件沿所述直线运动元件周向均匀分布，数目为1-4组，优选为3组。

9.根据权利要求2或3所述的导向机构，其特征在于，所述齿轮的齿数和模数与所述滚珠的个数和直径根据实际情况选择调整。