CN108788878A - 一种螺母驱动型静压丝杠副 - Google Patents

一种螺母驱动型静压丝杠副 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种螺母驱动型静压丝杠副，涉及静压螺旋传动技术领域，包括相互配合的丝杠和静压螺母，还包括设置在静压螺母两端的静压复合轴承，所述静压复合轴承包括至少一个设置于静压复合轴承的轴向端部、与所述静压螺母相接且用于实现静压螺母轴向支撑的环形油腔，设置于静压复合轴承的轴向端部、与所述静压螺母相接且为油膜供油槽供油的环形供油槽A，以及至少三个设置于静压复合轴承的径向、与丝杠配合且用于实现静压螺母径向支撑的径向油腔。本发明的有益效果是，避免丝杠轴临界转速对进给速度的限制；实现螺母驱动型静压丝杠副的合理供油，避免油管与静压螺母的直接连接；实现静压螺母轴向和径向的静压支撑，提高静压丝杠副的优越性能。

Description

一种螺母驱动型静压丝杠副
技术领域
本发明涉及静压螺旋传动技术领域，特别是一种螺母驱动型静压丝杠副。
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。
目前静压丝杠副都是采用丝杠驱动，通过电机带动丝杠旋转，实现静压螺母沿丝杠轴线方向的进给运动，属于丝杠驱动型静压丝杠副。目前，高速数控机床的进给速度已经朝着120m/min，甚至更高的进给速度发展。在丝杠驱动型静压丝杠副中，丝杠的旋转速度受到细长的丝杠轴临界转速的限制，严重束缚了进给速度的提高，此外，在大型、重型数控机床中，丝杠自身的重量较螺母大得多，丝杠旋转惯性力很大，导致发热、变形和能耗严重。
在发明专利CN104714485B：《一种微型高精度微量进给伺服系统及控制方法》中，发明了滚珠丝杠副的螺母驱动实现方案。然而，静压丝杠副与滚珠丝杠副的结构布局有明显区别，在静压丝杠副中存在复杂的供油油路，在静压螺母转动加移动的同时，合理布置供油油路，使油管不交缠在一起是关键；同时为了进一步提高静压丝杠副的优越性能，实现静压螺母轴向和径向的静压支撑是一种有效方式。
发明内容
本发明的目的是避免静压丝杠副中丝杠轴临界转速对进给速度的限制，设计了一种螺母驱动型静压丝杠副，实现静压螺母的静压轴向支撑和静压径向支撑，实现螺母驱动型静压丝杠副的合理供油，简化供油通道。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种螺母驱动型静压丝杠副，包括相互配合的丝杠和静压螺母，所述静压螺母内设有油膜供油槽，还包括设置在静压螺母两端的静压复合轴承，所述静压复合轴承包括至少一个设置于静压复合轴承的轴向端部、与所述静压螺母相接且用于实现静压螺母轴向支撑的环形油腔，设置于静压复合轴承的轴向端部、与所述静压螺母相接且为油膜供油槽供油的环形供油槽A，以及至少三个设置于静压复合轴承的径向、与丝杠配合且用于实现静压螺母径向支撑的径向油腔。
进一步的，所述静压复合轴承沿圆周方向设置为环形油腔和环形供油槽A供油的供油孔，所述供油孔的外侧设置供油槽B。
进一步的，所述静压复合轴承沿圆周方向设置为径向油腔供油的节流器，所述节流器的外侧设置供油槽C。
更进一步的，所述静压螺母包括内套筒和外套筒，所述内套筒和外套筒装配后形成螺旋状的油膜供油槽。
再更进一步的，还包括螺母座，所述螺母座与静压螺母装配后形成环形腔室，所述静压螺母的内腔依次通过内套筒齿底处的出油孔A、外套筒上与出油孔A相对的出油孔B后与环形腔室贯通。
再更进一步的，所述环形腔室的两端设有与静压复合轴承相接的环形缝隙。
再更进一步的，所述螺母座与静压复合轴承连接，所述螺母座上设有为供油槽C供油的供油通道A和为供油槽B供油的供油通道B，所述供油通道A的外侧设置供有孔A，所述供油通道B的外侧设置供有孔B。
再更进一步的，所述螺母座开有至少一个出油孔C，所述出油孔C通过设置在螺母座内的出油通道A与环形腔室连通。
再更进一步的，所述静压复合轴承的端部设有用于回收从径向油腔流出润滑油的环形回油槽，所述环形回油槽依次通过设置在静压复合轴承内的出油孔D、设置在螺母座内的出油通道B与出油通道A连接。
再更进一步的，所述螺母座的旋转自由度采用导轨等传统方式限制，所述螺母座可沿轴向移动，而不能转动；
再更进一步的，所述静压螺母在轴向和径向由所述静压复合轴承支撑，所述静压复合轴承与所述螺母座固连，所述静压螺母既可沿轴向移动，又可转动。
本发明的螺母驱动型静压丝杠副工作时，通过同步带、齿轮传动或采用空心伺服电机和所述静压螺母直连，带动所述静压螺母转动，在丝杠螺母螺旋副的作用下，所述静压螺母转动的同时，带动螺母座沿轴向完成进给运动。
利用本发明的技术方案制作的一种螺母驱动型静压丝杠副，其有益效果是：通过静压螺母转动加移动的方式实现进给运动，丝杠轴可固定不动，避免静压丝杠副中丝杠轴临界转速对进给速度的限制；实现螺母驱动型静压丝杠副的合理供油，简化供油通道，避免油管与静压螺母的直接连接，进而避免螺母旋转时油管交缠在一起的问题；避免静压螺母和两个静压复合轴承的单独供油，实现静压螺母和两个静压复合轴承的整体供油，简化供油通道；实现静压螺母轴向和径向的静压支撑，传动链中存在静压螺母内的螺旋油膜和静压复合轴承内的推力油膜及径向油膜，三重油膜可进一步提高静压丝杠副的优越性能，如对加工误差的均化效果和对振动的抑制效果等。
附图说明
图1是本申请螺母驱动型静压丝杠副的结构示意图；
图2是本申请静压复合轴承的剖视图；
图3是本申请静压螺母的结构示意图；
图4是本申请内套筒的结构示意图；
图5是本申请静压螺母、静压复合轴承和螺母座的装配结构示意图；
图6是本申请螺母座的结构示意图；
图7是本申请静压螺母、静压复合轴承和螺母座的装配剖视图。
以上各图中，
1、丝杠；
2、静压螺母；21、内套筒；211、油膜供油槽；212、出油孔A；22、外套筒；221、出油孔B；
3、静压复合轴承；301、环形油腔；302、环形供油槽A；303、径向油腔；304、供油孔；305、供油槽B；306、节流器；307、供油槽C；308、出油孔D；309、环形回油槽；310、封油面A；311、封油面B；
4、螺母座；4011、环形腔室；4012、环形缝隙；402、供油通道A；403、供油通道B；404、供有孔A；405、供有孔B；406、出油孔C；407、出油通道A；408、出油通道B；
5、密封圈。
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：
一种螺母驱动型静压丝杠副，如图1所示，包括相互配合的丝杠1和静压螺母2，静压复合轴承3有两个，分别安装于静压螺母2的前后两端，两个静压复合轴承3实现静压螺母2的静压轴向支撑、静压径向支撑，并起到为静压螺母2供油的作用。下面将先分别单独叙述主要部件静压螺母2和静压复合轴承3，最后再以各个部件之间的连接关系来描述。
参考图2，在轴向，静压复合轴承3开有环形油腔301和环形供油槽A302，环形油腔301设置在静压复合轴承3的轴向端部并与静压螺母2相接，其用于实现静压螺母2的轴向支撑，承受轴向载荷；环形供油槽A302设置在静压复合轴承3的轴向端部并且也和静压螺母2相接，其起到为静压螺母2供油的作用，润滑油由环形供油槽A302流到静压螺母的油膜供油槽211，实现供油。为实现环形油腔301和环形供油槽A302的供油，设计了供油孔304，该供油孔304可以一一对应一个环形油腔301或一个环形供油槽A302，亦或是像图示的一个供油孔304对应一个环形油腔301和一个环形供油槽A302。此处，环形油腔301至少有如下两种结构，其一，环形油腔301为一个环形的腔体；其二，环形油腔301为多个扇形腔体，多个扇形腔体间隔排列成一个环形。
在供油孔304的外侧设置供油槽B305，以便于注油用。此处，环形油腔301和环形供油槽A302位于静压复合轴承3的同侧，其相对的上、下位置可以根据实际情况进行设计，最好根据图中所示的，环形油腔301位于环形供油槽A302的外侧。
在径向，径向油腔303设置在静压复合轴承3的径向并且与丝杠1配合使用，其用于实现静压螺母2的径向支撑，承受径向载荷。为实现径向油腔303的供油，在静压复合轴承3的圆周方向设计了节流器306，其与径向油腔303一一对应设置，并在节流器306的外侧设置供油槽C307，该供油槽C307可设置成环形的，以便于注油用。该节流器306可以是毛细管节流器，也可以是小孔节流器。在静压复合轴承3的端部设置环形回油槽309，利用环形回油槽309回收从径向油腔303流出的润滑油。
上述环形油腔301和径向油腔303的数量可以根据实际情况进行设计，图中，环形油腔301由四个扇形腔体等间隔排列形成，其数量在此不做具体的限定。
静压复合轴承3有两条油路，其一：润滑油由供油槽B305经过沿圆周方向均匀分布的四个供油孔304流到环形油腔301和环形供油槽A302；其二：润滑油由供油槽C307流过节流器306，流到径向油腔303，从径向油腔303流出的润滑油经其一侧的封油面A310流到环形回油槽309，再通过环形回油槽309和出油孔D308流出，这里，由于径向油腔303的另一侧有静压螺母2的封堵作用，故不存在润滑油流出。图示的径向油腔303数量是四个，其至少为三个，通过其等间隔的排列设置，能够使静压螺母2径向受力平衡。
如图3和图4所示，静压螺母2包括内套筒21和外套筒22，内套筒21和外套筒22装配后形成螺旋状的油膜供油槽211。可以在内套筒21的外侧或者外套筒22的内侧设置槽体，亦或是两者共同加工槽体，然后装配形成。润滑油由油膜供油槽211供应到丝杠1和静压螺母2螺纹配合面，形成静压油膜。
本申请还设计了螺母座4，如图5和图6所示，螺母座4与静压螺母2装配后形成环形腔室4011，静压螺母2的内腔依次通过内套筒21齿底处的出油孔A212、外套筒22上与出油孔A212相对的出油孔B221后与环形腔室4011贯通，即静压螺母2中的润滑油经过出油孔A212、出油孔B221后流到环形腔室4011。环形腔室4011的两端设有与静压复合轴承3相接的环形缝隙4012，即静压复合轴承3轴向部分的润滑油经封油面B311流出后，经过环形缝隙4012流到环形腔室4011内。
如图7所示，螺母座4与静压复合轴承3连接，螺母座4上设有为供油槽C307供油的供油通道A402和为供油槽B305供油的供油通道B403，供油通道A402的外侧设置供有孔A404，供油通道B403的外侧设置供有孔B405。
再参考图5，环形回油槽309依次通过设置在静压复合轴承3内的出油孔D308、设置在螺母座4内的出油通道B408与出油通道A407连接，螺母座4上开有两个出油孔C406，出油孔C406通过设置在螺母座4内的出油通道A407与环形腔室4011连通。各路润滑油汇集之后从出油孔C406流出，其中，环形腔室4011中的润滑油由出油通道A407流到出油孔C406；静压复合轴承3径向部分的润滑油由出油孔D308流出后经出油通道B408流到出油孔C406。上述出油孔C406也可以设计一个或者多个，在此不做具体的限定。
通过上述设计，本申请的整体供油由螺母座4上的两个供有孔A404和两个供有孔B405实现，整体回油由螺母座4上的两个出油孔C406实现。
另外，如图7所示，在静压复合轴承3的内侧端部开有环形封油槽，环形封油槽内装有密封圈5，用于封油。
进一步的，采用导轨等传统方式限制螺母座4的旋转自由度，保证螺母座在沿轴向移动的同时，不转动；静压螺母2在轴向和径向由静压复合轴承3支撑，静压复合轴承3与螺母座4固连；螺母座4可沿轴向移动，而不能转动，静压螺母2既可沿轴向移动，又可转动。
本发明的螺母驱动型静压丝杠副工作时，通过同步带、齿轮传动或采用空心伺服电机和静压螺母2直连，带动静压螺母2转动，在丝杠螺母螺旋副的作用下，静压螺母2转动的同时，带动螺母座沿轴向完成进给运动。
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 (9)

1.一种螺母驱动型静压丝杠副，包括相互配合的丝杠(1)和静压螺母(2)，所述静压螺母(2)内设有油膜供油槽(211)，其特征在于，还包括设置在静压螺母(2)两端的静压复合轴承(3)，所述静压复合轴承(3)包括
至少一个设置于静压复合轴承(3)的轴向端部、与所述静压螺母(2)相接且用于实现静压螺母(2)轴向支撑的环形油腔(301)，
设置于静压复合轴承(3)的轴向端部、与所述静压螺母(2)相接且为油膜供油槽(211)供油的环形供油槽A(302)以及
至少三个设置于静压复合轴承(3)的径向、与丝杠(1)配合且用于实现静压螺母(2)径向支撑的径向油腔(303)。
2.根据权利要求1所述的一种螺母驱动型静压丝杠副，其特征在于，所述静压复合轴承(3)沿圆周方向设置为环形油腔(301)和环形供油槽A(302)供油的供油孔(304)，所述供油孔(304)的外侧设置供油槽B(305)。
3.根据权利要求1所述的一种螺母驱动型静压丝杠副，其特征在于，所述静压复合轴承(3)沿圆周方向设置为径向油腔(303)供油的节流器(306)，所述节流器(306)的外侧设置供油槽C(307)。
4.根据权利要求2所述的一种螺母驱动型静压丝杠副，其特征在于，所述静压螺母(2)包括内套筒(21)和外套筒(22)，所述内套筒(21)和外套筒(22)装配后形成螺旋状的油膜供油槽(211)。
5.根据权利要求4所述的一种螺母驱动型静压丝杠副，其特征在于，还包括螺母座(4)，所述螺母座(4)与静压螺母(2)装配后形成环形腔室(4011)，所述静压螺母(2)的内腔依次通过内套筒(21)齿底处的出油孔A(212)、外套筒(22)上与出油孔A(212)相对的出油孔B(221)后与环形腔室(4011)贯通。
6.根据权利要求5所述的一种螺母驱动型静压丝杠副，其特征在于，所述环形腔室(4011)的两端设有与静压复合轴承(3)相接的环形缝隙(4012)。
7.根据权利要求3所述的一种螺母驱动型静压丝杠副，其特征在于，所述螺母座(4)与静压复合轴承(3)连接，所述螺母座(4)上设有为供油槽C(307)供油的供油通道A(402)和为供油槽B(305)供油的供油通道B(403)，所述供油通道A(402)的外侧设置供有孔A(404)，所述供油通道B(403)的外侧设置供有孔B(405)。
8.根据权利要求5所述的一种螺母驱动型静压丝杠副，其特征在于，所述螺母座(4)上开有至少一个出油孔C(406)，所述出油孔C(406)通过设置在螺母座(4)内的出油通道A(407)与环形腔室(4011)连通。
9.根据权利要求8所述的一种螺母驱动型静压丝杠副，其特征在于，所述静压复合轴承(3)的端部设有用于回收从径向油腔(303)流出润滑油的环形回油槽(309)，所述环形回油槽(309)依次通过设置在静压复合轴承(3)内的出油孔D(308)、设置在螺母座(4)内的出油通道B(408)与出油通道A(407)连接。
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