CN107023620B - 一种基于滚柱螺纹中径修型的高刚度行星滚柱丝杠 - Google Patents

一种基于滚柱螺纹中径修型的高刚度行星滚柱丝杠 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于滚柱螺纹中径修型的高刚度行星滚柱丝杠，属于行星滚柱丝杠技术领域。本发明主要包括螺母、丝杆和经过螺纹中径修型的滚柱。丝杆和螺母同轴设置，多个螺纹中径修型的滚柱绕丝杆圆周方向均匀分布。所述滚柱各螺纹中径圆与轴截面交点的连线沿滚柱长度方向划分为五段，第一段和第五段螺纹中径最小，长度与两端齿轮宽度相同，该段螺纹所有接触点不受力。第三段滚柱螺纹中径不修型，即螺纹中径与滚柱接触中径相等。第二段和第四段滚柱螺纹中径点连线从齿槽末端开始以直线或曲线趋势逐渐增大。本发明与现有行星滚柱丝杠相比，在材料、表面性能和整体结构尺寸不变的情况下，可以显著提高行星滚柱丝杠的刚度、承载能力和寿命。

Description

一种基于滚柱螺纹中径修型的高刚度行星滚柱丝杠
技术领域
本发明涉及一种基于滚柱螺纹中径修型的高刚度行星滚柱丝杠，属于行星滚柱丝杠技术领域。
背景技术
行星滚柱丝杠以其独特的结构和优越的性能被广泛应用于高端机械装备，包括数控机床、超精密仪器仪表、武器装备、工业机器人、高端医疗设备和航空航天机构等领域。行星滚柱丝杠与传统的滚珠丝杠相比，具有更多的螺纹接触点和更大的接触半径，极大地提高了其额定动载荷和静载荷。行星滚柱丝杠的刚度和承载能力是评价其性能的重要指标，影响行星滚柱丝杠承载能力的因素主要有：材料属性、热处理和表面处理工艺、结构参数等。
目前被国内外生产厂家普遍采用的行星滚柱结构形式为滚柱螺纹中径在整个长度上均相等。然而滚柱两端既有螺纹又有齿轮，由于齿槽破坏了螺纹的完整性，导致滚柱两端螺纹的强度显著减弱，进而严重降低了整个丝杠的承载能力。此外，由行星滚柱丝杠受力分析可知，滚柱、螺母和丝杆的螺纹接触点受到的法向载荷主要分布在受力端一侧前几个螺纹牙接触点。行星滚柱丝杠螺纹牙载荷分布不均，靠近受力端前几个螺纹牙接触应力过大，降低了其承载能力和刚度。因此，通过对行星滚柱丝杠的结构优化设计，改善螺纹牙载荷分布状况，降低受力端一侧螺纹牙接触载荷，提高远离受力端一侧螺纹牙接触载荷，可以有效提高行星滚柱丝杠承载能力和刚度。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有行星滚柱丝杠存在螺纹牙载荷分布不均匀导致的承载能力和刚度低的问题，进而提供一种基于滚柱螺纹中径修型的高刚度行星滚柱丝杠，具有高刚度、大承载能力特性，通过对滚柱螺纹中径进行修型设计，在材料、表面性能和整体结构尺寸不变的情况下，可以显著提高行星滚柱丝杠的刚度、承载能力和寿命。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于滚柱螺纹中径修型的高刚度行星滚柱丝杠，包括：两个滚柱保持架压板、两个内齿圈、两个滚柱保持架、丝杆、螺母和多个螺纹中径经过修型处理的滚柱，所述螺母的两端各设有一个滚柱保持架压板、一个内齿圈和一个滚柱保持架；丝杆同轴设置在螺母内，多个经过螺纹中径修型的滚柱沿圆周方向均匀设置在丝杆和螺母之间，构成行星螺纹传动机构；滚柱两端的光轴分别与两端的滚柱保持架的内孔转动连接，滚柱两端的齿轮与内齿圈上的内齿轮相啮合；对滚柱螺纹中径进行修型处理，滚柱各螺纹中径圆与轴截面交点的连线沿滚柱长度方向划分为五段，第一段和第五段螺纹中径点连线沿滚柱中心对称，长度与两端齿轮宽度相同，第一段和第五段连线对应的螺纹中径最小，与丝杆外螺纹存在一定间隙不发生接触；第三段螺纹中径点连线对应的滚柱螺纹中径不修型，即螺纹中径与滚柱接触中径相等；第二段和第四段螺纹中径点连线沿滚柱中心对称，螺纹中径点连线从齿槽末端开始以直线或曲线趋势逐渐增大，起始点对应的中径值与第一段和第五段连线对应的螺纹中径值相等，终止点对应的中径值与第三段螺纹中径点连线对应的螺纹中径值相等。
本发明的主要优点是：在材料、表面性能和整体结构尺寸一定的情况下，采用本发明提供的行星滚柱丝杠结构，与现有技术相比可以显著提高行星滚柱丝杠的刚度、承载能力和寿命。
附图说明
图1为本发明具体实施方式提供的行星滚柱丝杠的结构示意图。
图2为本发明具体实施方式提供的螺纹中径修型后的行星滚柱主视图。
图3为本发明具体实施方式提供的中径修型后滚柱各截距螺纹中径圆与轴截面交点的连线示意图。
图4为未修型的滚柱各截距螺纹中径圆与轴截面交点的连线示意图。
图中的附图标记：1为保持架压板，2为保持架，3为内齿圈，4为丝杆，5为螺母，6为螺纹中径经过修型处理的滚柱，7为第一段，8为第二段，9为第三段，10为第四段，11为第五段。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1～图3所示，本实施例所涉及的一种基于滚柱螺纹中径修型的高刚度行星滚柱丝杠，包括两个滚柱保持架压板1、两个滚柱保持架2、两个内齿圈3、丝杆4、螺母5和多个螺纹中径经过修型处理的滚柱6，所述螺母5的两端各设有一个滚柱保持架压板1、一个内齿圈3和一个滚柱保持架2。丝杆4与螺母5同轴设置，多个经过螺纹中径修型的滚柱6沿圆周方向均匀设置在丝杆4和螺母5之间，构成行星螺纹传动机构。滚柱6两端的光轴分别与两端的滚柱保持架2的内孔转动连接，滚柱6两端的齿轮与内齿圈3上的内齿轮相啮合，构成行星齿轮机构，滚柱6两端齿轮分度圆直径与滚柱螺纹接触中径相等，内齿圈3齿轮分度圆直径与螺母内螺纹接触中径相等。滚柱6在端截面绕丝杆4作行星运动，滚柱6沿丝杆4轴向移动，同时推动螺母5轴向移动，而滚柱6与螺母5无相对轴向位移。对滚柱6螺纹中径进行修型处理，滚柱各螺纹中径圆与轴截面交点的连线沿滚柱长度方向划分为五段，第一段7和第五段11螺纹中径点连线沿滚柱中心对称，长度与两端齿轮宽度相同，第一段7和第五段11连线对应的螺纹中径最小，与丝杆外螺纹存在一定间隙不发生接触；第三段9螺纹中径点连线对应的滚柱螺纹中径不修型，即螺纹中径与滚柱接触中径相等；第二段8和第四段10螺纹中径点连线沿滚柱中心对称，螺纹中径点连线从齿槽末端开始以直线或曲线趋势逐渐增大，起始点对应的中径值与第一段7和第五段11连线对应的螺纹中径值相等，终止点对应的中径值与第三段9螺纹中径点连线对应的螺纹中径值相等。
所述滚柱6数量为三个或三个以上，沿圆周方向均匀设置在丝杆4和螺母5之间。
所述丝杆4与螺母5螺纹旋向相同，螺纹头数相等，丝杆4的外螺纹牙型为三角形螺纹，牙型角为90°，螺母5内螺纹牙型为三角形螺纹，牙型角为90°。
所述滚柱6为单头或多头螺纹，滚柱6螺纹头数与螺母5螺纹头数的比值等于滚柱螺纹中径的比值，滚柱6的螺纹牙型为凸弧形。
本实施例的主要优点是：通过对滚柱螺纹中径修型设计，可以有效改善螺纹接触点载荷分布状态，在材料、表面性能和整体结构尺寸一定的情况下，采用本发明提供的行星滚柱丝杠结构。可以显著提高行星滚柱丝杠的刚度、承载能力和寿命。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于滚柱螺纹中径修型的高刚度行星滚柱丝杠，包括：两个滚柱保持架压板(1)、两个滚柱保持架(2)、两个内齿圈(3)、丝杆(4)、螺母(5)和多个螺纹中径经过修型处理的滚柱(6)，所述螺母(5)的两端各设有一个滚柱保持架压板(1)、一个内齿圈(3)和一个滚柱保持架(2)；丝杆(4)同轴设置在螺母(5)内，多个经过螺纹中径修型的滚柱(6)沿圆周方向均匀设置在丝杆(4)和螺母(5)之间，构成行星螺纹传动机构；滚柱(6)两端的光轴分别与两端的滚柱保持架(2)的内孔转动连接，滚柱(6)两端的齿轮与内齿圈(3)上的内齿轮相啮合；其特征在于，对滚柱(6)螺纹中径进行修型处理，滚柱各螺纹中径圆与轴截面交点的连线沿滚柱长度方向划分为五段，第一段(7)和第五段(11)螺纹中径点连线沿滚柱中心对称，长度与两端齿轮宽度相同，第一段(7)和第五段(11)连线对应的螺纹中径最小，与丝杆外螺纹存在一定间隙不发生接触；第三段(9)螺纹中径点连线对应的滚柱螺纹中径不修型，即螺纹中径与滚柱接触中径相等；第二段(8)和第四段(10)螺纹中径点连线沿滚柱中心对称，螺纹中径点连线从齿槽末端开始以直线或曲线趋势逐渐增大，起始点对应的中径值与第一段(7)和第五段(11)连线对应的螺纹中径值相等，终止点对应的中径值与第三段(9)螺纹中径点连线对应的螺纹中径值相等。
2.根据权利要求1所述的基于滚柱螺纹中径修型的高刚度行星滚柱丝杠，其特征在于，所述滚柱(6)数量为三个或三个以上，沿圆周方向均匀设置在丝杆(4)和螺母(5)之间。
3.根据权利要求1所述的基于滚柱螺纹中径修型的高刚度行星滚柱丝杠，其特征在于，丝杆(4)与螺母(5)螺纹旋向相同，螺纹头数相等，丝杆(4)的外螺纹牙型为三角形螺纹，牙型角为90°，螺母(5)内螺纹牙型为三角形螺纹，牙型角为90°。
4.根据权利要求1所述的基于滚柱螺纹中径修型的高刚度行星滚柱丝杠，其特征在于，所述滚柱(6)为单头或多头螺纹，滚柱(6)螺纹头数与螺母(5)螺纹头数的比值等于滚柱螺纹中径的比值，滚柱(6)的螺纹牙型为凸弧形。
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