CN108708952B - 一种内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副 - Google Patents

一种内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副，涉及静压螺旋传动技术领域，包括丝杠，还包括与丝杠配合的螺母，所述螺母包括相互配合的内套筒和外套筒，设置在内套筒上的调整装置和弹簧以及多个通过内套筒和外套筒固定的薄膜；所述弹簧的一端与薄膜接触，另一端固定在调整装置的深入端上；所述薄膜设置在凹槽A和凹槽C之间。本发明的有益效果是，实现了各个油腔的独立工作，避免各油腔间隙不一致所导致节流性能不佳的缺陷；在螺母内部内置单面薄膜节流器，减小了敏感油路的长度，提高了节流动态特性；反应灵敏度薄膜节流比滑阀节流高得多；可以消除工作时所述薄膜的振动，使所述薄膜变形变化平稳，更好的实现压力反馈主动补偿。

Description

一种内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副
技术领域
本发明涉及静压螺旋传动技术领域，特别是一种内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副。
背景技术
随着数控机床不断向高速、重载、精密方向发展，在这一领域应用最为广泛的滚珠丝杠副由于自身结构的原因逐渐暴露出一些先天缺点，如接触磨损、高速碰撞、重载点蚀等，而且解决的难度和代价越来越大。人们开始将目光转向直线电机和静压丝杠副。
直线电机虽然在高速方面有优势，但其控制系统复杂、技术难度高、抗干扰性差、成本高，使其推广应用受到极大限制。静压丝杠副的丝杠和螺母螺纹面之间有一层压力油膜，具有高承载能力、高刚度、高抗振性、接近无摩擦运动、无爬行等优越特性，是高速、重载、精密化应用场合极具竞争力的传动形式。在沉寂了多年之后，近年来静压丝杠副出现了复苏迹象，逐渐应用到曲轴磨床、凸轮轴磨床、部分超精密加工设备以及重型机床等。
静压螺母的油腔形式分为连续油腔形式和断续多油腔形式。目前，多采用断续多油腔形式，即在螺母每圈螺纹螺旋面上开有3-4个均布的静压油腔。断续多油腔形式中节流器的布置有两种方式，其一，为了减少节流器的数量，可将同一轴向截面的同侧螺纹螺旋面上的多个静压油腔连接到同一个节流器，多个油腔共用一个节流器，而在静压丝杠副中，螺纹的螺距误差和装配误差会导致各油腔间隙不一致，导致节流性能不佳；其二，每个油腔有单独的外置节流器，这样供油管路复杂。
在发明专利CN105805255A——《内部可变节流静压螺母副》中，路长厚采用滑阀节流器的内置式布局方式，为每对对置的静压油腔单独供油。但是，滑阀的反馈作用是依靠滑阀的移动来实现的，而且因流量仅与滑阀节流长度的一次方成反比，且滑阀的移动要靠平衡弹簧变形来平衡受力实现，所以滑阀反馈的灵敏度较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种既能简化供油管路，又能提高可变节流反馈灵敏度、改善节流性能，还具有预压可调功能，适应不同的螺距误差和装配误差，适应工况变动要求的一种内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副，包括丝杠，还包括与丝杠配合的螺母，所述螺母包括相互配合的内套筒和外套筒，设置在内套筒上的调整装置和弹簧以及多个通过内套筒和外套筒固定的薄膜；所述内套筒与丝杠配合的螺纹同侧内螺旋面上至少有两圈螺纹开有静压油腔，其中每圈内套筒的螺纹上至少开有三个静压油腔，所述内套筒的外圆柱面上设有与静压油腔相通的凹槽A；所述外套筒的内圆柱面上开有凹槽C，所述弹簧设置在凹槽C内，所述调整装置的控制端设置在外套筒的外面，深入端设置在凹槽C内，所述弹簧的一端与薄膜接触，另一端固定在调整装置的深入端上；所述薄膜设置在凹槽A和凹槽C之间；所述外套筒上设有为凹槽A供油的供油通道。
进一步的，两相邻轴向和/或周向所述凹槽A之间设有分供油槽。
更进一步的，所述外套筒的内圆柱面上设有节流槽A，所述节流槽A的一端与分供油槽相连通，另一端与凹槽C连通。
进一步的，所述内套筒的外圆柱面上设有与供油通道连通的主供油槽，所述主供油槽连通数个凹槽A。
进一步的，所述外套筒的内圆柱面上设有连通数个凹槽C的节流槽B，所述外套筒上设有连通节流槽B的出油孔。
进一步的，所述凹槽A内设有凸台，所述凸台上设置连通静压油腔的供油小孔。
进一步的，所述凹槽A的顶端设有放置薄膜的薄膜槽，当薄膜安装在薄膜槽时，薄膜与凸台之间形成节流间隙。
进一步的，所述螺母的数量是两个，两所述螺母通过法兰结构连接，其中一所述法兰结构的端部设有环形槽，另一个所述法兰结构的端部设有与环形槽相配合的环形凸台。
更进一步的，两所述螺母的法兰结构之间设有垫片。
利用本发明的技术方案制作的一种内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副，其有益效果是：与多个油腔共用一个节流器的传统静压螺母相比，本申请的内置式薄膜节流静压螺母，每个静压油腔对应一个内置式预压可调单面薄膜节流器，实现了各个油腔的独立工作，避免各油腔间隙不一致所导致节流性能不佳的缺陷；在螺母内部内置单面薄膜节流器，减小了敏感油路的长度，提高了节流动态特性；与滑阀节流静压螺母相比，因流量和薄膜间隙的三次方成正比，而仅与滑阀节流长度的一次方成反比，再加上滑阀要靠平衡弹簧变形来平衡受力，不如薄膜自身变形反应直接，故反应灵敏度薄膜节流比滑阀节流高得多；通过调整装置可以调节单面薄膜节流器的节流间隙初始值，即实现对节流比的调节，以适应不同的螺距误差和装配误差，及适应工况的变动要求；通过对薄膜采用压力油预压，可以消除工作时所述薄膜的振动，使所述薄膜变形变化平稳，更好的实现压力反馈主动补偿。
附图说明
图1为本发明的内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副的结构示意图；
图2为本发明的预压可调单面薄膜节流器的结构示意图；
图3为本发明的静压螺母内套筒的剖视图；
图4为本发明的静压螺母内套筒的结构示意图；
图5为本发明的静压螺母外套筒的剖视图；
图6为本发明的静压螺母外套筒的结构示意图；
图7为本发明的静压螺母内套筒、薄膜和静压螺母外套筒的局部爆炸图。
以上各图中，
1、丝杠；
21、内套筒；211、静压油腔；212、供油小孔；213、薄膜槽；214、凹槽A；215、凸台；216、环形槽；217、法兰结构；218、供油孔；219、主供油槽；2110、分供油槽；2111、环形凸台；
22、外套筒；221、凹槽B；222、凹槽C；223、节流槽A；224、连接槽；225、节流槽B；226、出油槽；227、出油孔；228、供油通道；
23、薄膜；24、调整装置；25、弹簧；26、节流间隙；
3、垫片。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
一种内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副，如图1至图7所示，包括丝杠1，还包括与丝杠1配合的螺母，螺母包括内套筒21、外套筒22、薄膜23、调整装置24和弹簧25，其中，内套筒21和外套筒22相互配合安装，调整装置24和弹簧25设置在外套筒22上，薄膜23通过内套筒21和外套筒22固定。下面将先分别重点叙述内套筒21和外套筒22的发明点，再以两者之间的结构关系结合着具体实施情况来描述。
参考图1至图4，内套筒21与丝杠1配合的内螺旋面分为左右两侧，其中一侧为工作面(图1中，左侧螺母的右侧内螺旋面为工作面，右侧螺母的左侧内螺旋面为工作面，在此不做具体的限定，下同)，另一侧为非工作面(图1中，左侧螺母的左侧内螺旋面为非工作面，右侧螺母的右侧内螺旋面为非工作面，在此不做具体的限定，下同)，在工作面上有三圈螺纹开有与丝杠1螺纹面相对应的静压油腔211，其中每圈螺纹开有四个静压油腔211，最好沿周向均匀布置。这里，每圈静压油腔211的数量也可是三个，或者五个、六个，在此不做具体的限定，只需根据实际承载需求设置即可。
与每个静压油腔211的空间位置相对应，在内套筒21的外圆柱面上设有多个内置式单面薄膜节流器，分别为每个静压油腔211进行压差反馈节流，具体如下：与每个静压油腔211的空间位置相对应，内套筒21的外圆柱面上设有与静压油腔211相通的凹槽A214，并在外套筒22上设有为凹槽A214供油的供油通道228。
外套筒22的内圆柱面上开有凹槽C222，弹簧25设置在凹槽C222内，以起到引导弹簧的作用。调整装置24的控制端设置在外套筒22的外面，深入端设置在凹槽C222内，该调整装置24可以选用螺钉或者螺栓，在此不做具体的限定，只需要在对应的外套筒22上进行相关的设计即可。
结合着参考图7，弹簧25的一端与薄膜23接触，另一端固定在调整装置24的深入端上，此时薄膜23设置在凹槽A214和凹槽C222之间。在外界输送油液压力一定时，通过调整装置24来控制薄膜23的形变。
如图4所示，优选的，当内套筒21和外套筒22装配后，供油通道228与供油孔218相对应。内套筒21的外圆柱面上还设有与供油孔218连通的主供油槽219，主供油槽219连通数个凹槽A214，以起到连通油路的作用，避免了润滑油直接向凹槽A214灌入的情况，降低对薄膜23的冲击。由于凹槽A214的数量较多，其分布可能较密集，设计太多的主供油槽219会降低整个内套筒21的结构强度，故在此设计了分供油槽2110，其既可以连接两个相邻轴向凹槽A214，也可以连接两个相邻周向凹槽A214，或者根据实际情况将上述两种方式自由组合。
如图5和图6所示，外套筒22的内圆柱面上设有节流槽A223，图中节流槽A223为矩形环状沟槽，其形状也可以根据实际情况进行设计，在此不做具体的限定。节流槽A223的一端与分供油槽2110相连通，另一端通过连接槽224与凹槽C222连通。此处，为了油路的流通顺畅以及薄膜23稳定的安装在内套筒21和外套筒22之间，在凹槽C222的外侧设置了凹槽B221，该凹槽B221与凹槽C222形成了阶梯孔。外套筒22的内圆柱面上设有连通数个凹槽B221的节流槽B225，出油槽226将节流槽B225连通起来，外套筒22上设有出油孔227，通过节流槽B225连通出油槽226的出油孔227。此处，外套筒22的凹槽B221、凹槽C222、节流槽A223、连接槽224、节流槽B225、出油槽226、出油孔227、除了节流槽A223与内套筒21的分供油槽2110连通外，其他的均不相通。
参考图2，凹槽A214内设有凸台215，这里，凹槽A214可以选用环形的，其与凸台215形成环形槽。凸台215上设置连通静压油腔211的供油小孔212，凹槽A214的顶端设有薄膜槽213，薄膜槽213与薄膜23具有相同的尺寸参数，使薄膜23恰好可装入薄膜槽213中，当薄膜23安装在薄膜槽213时，薄膜23与凸台215之间形成节流间隙26。润滑油流过节流间隙26，通过供油小孔212流到静压油腔211，建立起丝杠1和螺母配合面之间的静压油膜。
凹槽A214与凹槽B221通过薄膜23的边界将薄膜23固定住。并且，薄膜槽213的下表面、凸台215的上表面、外套筒22上凹槽B221的上底面和薄膜23的上下两表面的固定边缘均具有与各自所在圆柱面相等的曲率半径，以提高安装效率。
另外，也可以设计两个螺母，如图1所示，两螺母通过法兰结构217连接，其中一法兰结构217的端部设有环形槽216，另一个法兰结构217的端部设有环形凸台2111，环形槽216与环形凸台2111相配合，起引导作用。法兰结构217上均布有螺孔，两螺母通过螺栓连接，形成双螺母结构。除了环形槽216与环形凸台2111之外，两螺母的其余结构完全相同。
装配时，两螺母之间夹有垫片3，通过调节垫片3的厚度，可以起到调节丝杠、螺母螺纹配合面间节流间隙的作用。
在本发明的静压丝杠副工作时，润滑油由供油通道228注入，通过与供油通道228相连的供油孔218，流到主供油槽219，再流到分供油槽2110。在分供油槽2110中的润滑油分为两路：一路为工作油路，润滑油由分供油槽2110流到凹槽A214，再流过节流间隙26，通过供油小孔212流到静压油腔211，建立起丝杠、螺母配合面之间的静压油膜；一路为预压油路，润滑油由分供油槽2110流到节流槽A223，再通过连接槽224流到凹槽B221，使得凹槽B221中充满预压油，再流过节流槽B225，流到出油槽226，通过出油孔227流出静压螺母。
在本发明的静压丝杠副承载时，静压油腔211的油腔压力变化，导致薄膜23下侧压力分布变化，进而使得薄膜23的变形量发生变化。当静压油腔211的油腔压力增大时，薄膜23变形使得供给静压油腔211的流量增大；当静压油腔211的油腔压力减小时，薄膜23变形使得供给静压油腔211的流量减小。从而实现压力反馈主动补偿，提高静压丝杠副的承载能力和刚度。
在本发明的静压丝杠副，通过调整装置24可以调节节流间隙26的初始节流间隙，即实现对节流比的调节，以适应不同的螺距误差和装配误差，及适应工况的变动要求。
在本发明的静压丝杠副，凹槽B221中的预压油压力由节流槽A223和节流槽B225的液阻比决定，通过调节节流槽A223与节流槽B225的液阻比，可以得到不同的预压压力。对薄膜23采用压力油预压，可以消除工作时薄膜23的振动，使薄膜23变形变化平稳，更好的实现压力反馈主动补偿。
以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，且不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。因此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副，包括丝杠(1)，其特征在于，还包括与丝杠(1)配合的螺母，所述螺母包括相互配合的内套筒(21)和外套筒(22)，设置在内套筒(21)上的调整装置(24)和弹簧(25)以及多个通过内套筒(21)和外套筒(22)固定的薄膜(23)；
所述内套筒(21)与丝杠(1)配合的螺纹同侧内螺旋面上至少有两圈螺纹开有静压油腔(211)，其中每圈内套筒(21)的螺纹上至少开有三个静压油腔(211)，所述内套筒(21)的外圆柱面上设有与静压油腔(211)相通的凹槽A(214)；
所述外套筒(22)的内圆柱面上开有凹槽C(222)，所述弹簧(25)设置在凹槽C(222)内，所述调整装置(24)的控制端设置在外套筒(22)的外面，深入端设置在凹槽C(222)内，所述弹簧(25)的一端与薄膜(23)接触，另一端固定在调整装置(24)的深入端上；
所述薄膜(23)设置在凹槽A(214)和凹槽C(222)之间；
所述外套筒(22)上设有为凹槽A(214)供油的供油通道(228)；
所述凹槽A(214)内设有凸台(215)，所述凸台(215)上设置连通静压油腔(211)的供油小孔(212)；
所述凹槽A(214)的顶端设有放置薄膜(23)的薄膜槽(213)，当薄膜(23)安装在薄膜槽(213)时，薄膜(23)与凸台(215)之间形成节流间隙(26)。
2.根据权利要求1所述的一种内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副，其特征在于，两相邻轴向和/或周向所述凹槽A(214)之间设有分供油槽(2110)。
3.根据权利要求2所述的一种内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副，其特征在于，所述外套筒(22)的内圆柱面上设有节流槽A(223)，所述节流槽A(223)的一端与分供油槽(2110)相连通，另一端与凹槽C(222)连通。
4.根据权利要求1所述的一种内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副，其特征在于，所述内套筒(21)的外圆柱面上设有与供油通道(228)连通的主供油槽(219)，所述主供油槽(219)连通数个凹槽A(214)。
5.根据权利要求1所述的一种内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副，其特征在于，所述外套筒(22)的内圆柱面上设有连通数个凹槽C(222)的节流槽B(225)，所述外套筒(22)上设有连通节流槽B(225)的出油孔(227)。
6.根据权利要求1所述的一种内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副，其特征在于，所述螺母的数量是两个，两所述螺母通过法兰结构(217)连接，其中一所述法兰结构(217)的端部设有环形槽(216)，另一个所述法兰结构(217)的端部设有与环形槽(216)相配合的环形凸台(2111)。
7.根据权利要求6所述的一种内置式预压可调单面薄膜节流静压丝杠副，其特征在于，两所述螺母的法兰结构(217)之间设有垫片(3)。
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