CN108730457A - 一种内置式单面薄膜节流静压丝杠副 - Google Patents

一种内置式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以及多个薄膜；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对应的凹槽A，所述凹槽A内设有凸台，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。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；避免了复杂的供油管路，提高了可变节流反馈灵敏度，改善了节流性能。

Description

一种内置式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，由于各油腔间隙不一致，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，还能调节丝杠、螺母螺纹配合面间节流间隙的一种内置式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以及多个薄膜；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对应的凹槽A，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，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；所述外套筒的内圆柱面上开有与凹槽A一一对应且与凹槽A共同固定薄膜的凹槽B,所述外套筒上设有为凹槽A供油的供油通道。
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，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。
更进一步的，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，所述薄膜槽的下表面、凸台的上表面、外套筒上凹槽B的上底面和薄膜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。
更进一步的，两所述螺母的法兰结构之间设有垫片。
更进一步的，两所述法兰结构通过螺栓、螺母连接。
利用本发明的技术方案制作的一种内置式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，本发明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，避免了复杂的供油管路，减小了敏感油路的长度，改善了节流性能；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，固反应灵敏度薄膜节流比滑阀节流高得多；通过调整垫片的厚度，可以调节丝杠、螺母螺纹配合面间的节流间隙，从而获得所需的节流间隙。
附图说明
图1为本发明的内置式单面薄膜节流静压丝杠副的结构示意图；
图2为本发明的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结构示意图；
图6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；
2、螺母；
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、供油通道；
23、薄膜；
24、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：
一种内置式单面薄膜节流静压丝杠副，如图1至图6所示，包括丝杠1，还包括与丝杠1配合的螺母2，螺母2包括相互配合的内套筒21和外套筒22以及多个薄膜23。下面将先分别单独叙述内套筒21和外套筒22，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的外圆柱面上设有凹槽A214，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24。润滑油流过节流间隙24，通过供油小孔212流到静压油腔211，建立起丝杠1、螺母2配合面之间的静压油膜。
再参考图5和图6，外套筒22的内圆柱面上开有与凹槽A214一一对应的凹槽B221，凹槽A214与凹槽B221通过薄膜23的边界将薄膜23固定住。该凹槽B221可类似于凹槽A214，选用圆形腔。通过外套筒22上设置的供油通道222为凹槽A214供油。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。
优选的，内套筒21的外圆柱面上还设有主供油槽219，主供油槽219上设有与供油通道222位置相对应的供油孔218，主供油槽219连通数个凹槽A214，图4中，主供油槽219的两端均连接一个凹槽A214，内套筒21和外套筒22装配后，供油通道222与供油孔218相对应，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。
另外，也可以设计两个螺母2，形成内置式单面薄膜节流双螺母静压丝杠副，如图1所示，两螺母2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2的其余结构完全相同。
装配时，两螺母2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。
在本发明的内置式单面薄膜节流静压丝杠副工作时，通过向供油孔222通入润滑油，润滑油可流通到凹槽A214，之后，润滑油流过节流间隙24，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。
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，导致薄膜下侧压力分布变化。凹槽A214内的压力始终等于供油压力，压力始终不变。薄膜23的变形量根据静压油腔211压力变化，供油小孔212中的压力就等于静压油腔211的压力，供油小孔212位于薄膜下侧，压力变化，导致薄膜23变形量变化。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。
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(2)，所述螺母(2)包括相互配合的内套筒(21)和外套筒(22)以及多个薄膜(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)对应的凹槽A(214)，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(24)；
所述外套筒(22)的内圆柱面上开有与凹槽A(214)一一对应且与凹槽A(214)共同固定薄膜(23)的凹槽B(221),所述外套筒(22)上设有为凹槽A(214)供油的供油通道(222)。
2.根据权利要求1所述的一种内置式单面薄膜节流静压丝杠副，其特征在于，所述螺母(2)的数量是两个，两所述螺母(2)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)。
3.根据权利要求1或2所述的一种内置式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(222)连通的主供油槽(219)，所述主供油槽(219)连通数个凹槽A(214)。
4.根据权利要求3所述的一种内置式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)。
5.根据权利要求1所述的一种内置式单面薄膜节流静压丝杠副，其特征在于，所述薄膜槽(213)的下表面、凸台(215)的上表面、外套筒(22)上凹槽B(221)的上底面和薄膜(23)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。
6.根据权利要求2所述的一种内置式单面薄膜节流静压丝杠副，其特征在于，两所述螺母(2)的法兰结构(217)之间设有垫片(3)。
7.根据权利要求2所述的一种内置式单面薄膜节流静压丝杠副，其特征在于，两所述法兰结构(217)通过螺栓、螺母连接。
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