CN108916341B - 一种柔性钢球换向循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了柔性钢球换向循环装置，其包括钢球导向弹簧、过渡块以及定位圈，所述钢球导向弹簧安置在丝杠轴表面螺旋球形槽上，其一端与丝杠轴上的钢球换向循环进出孔衔接，另一端由定位圈相配定位，所述过渡块与钢球导向弹簧一端圆弧过渡衔接。本发明方案创新的采用压缩弹簧这种柔性方案来导向钢球的换向，有效降低了钢球在高速旋转换向循环中产生冲击和噪音，从而有效解决了高速旋转钢球在换向循环过程中对相关零件的冲击和磨损。

Description

一种柔性钢球换向循环装置

技术领域

本发明涉及一种滚珠丝杠驱动蜗轮减速器，具体涉及滚珠丝杠驱动蜗轮减速器中钢球换向循环装置。

背景技术

随着现代自动工业化的迅速发展，数控装置越来越广泛应用在各行各业。数控装置除了电气控制单元外还必须由伺服电机、滚珠丝杠、直线导轨、减速器等机械功能部件组成。

特别在高转速高精度的智能数控领域中，高精度、大扭矩、低成本的减速器已是当前世界各跨国公司和高等院校重点研发的课题之一。其中中国自行开发研制的滚珠丝杠驱动蜗轮减速器也已经问世，这种减速器颠覆了传统蜗杆与蜗轮啮合的滑动摩擦结构。由于采用钢球滚动传动结构，其具有减速系统无间隙刚性好、摩擦系数小转动灵敏定位精度高、结构紧凑制造成本低等特有的优势。

滚珠丝杠驱动蜗轮减速器中的钢球换向循环装置为整个减速器的主要组成部件，其性能的可靠和稳定将直接影响整个滚珠丝杠驱动蜗轮减速器的可靠和稳定性。

而现有的钢球换向循环装置中的零件都是用螺钉来紧固，这样当钢球在高速滚动循环旋转时必然会和导向装置的零件发生严重的撞击从而发生摩擦和磨损并产生振动和噪音。

发明内容

针对现有滚珠丝杠驱动蜗轮减速器中钢球换向循环装置所存在的问题，需要一种新的钢球换向循环装置方案。

为此，本发明的目的在于提供一种柔性钢球换向循环装置，滚珠丝杠蜗轮减速器要适应和满足输入高转速低扭矩而输出则要低转速大扭矩的使用需求。

为了达到上述目的，本发明提供的柔性钢球换向循环装置，包括钢球导向弹簧、过渡块以及定位圈，所述钢球导向弹簧安置在丝杠轴表面螺旋球形槽上，其一端与丝杠轴上的钢球换向循环进出孔衔接，另一端由定位圈相配定位，所述过渡块与钢球导向弹簧一端圆弧过渡衔接。

进一步的，所述钢球换向循环进出孔的进出口直接开设在丝杆轴表面螺旋球形槽上。

进一步的，所述丝杆轴表面螺旋球形槽上开设有二个180°对称的钢球换向循环进出孔。

进一步的，所述过渡块上相对于导向弹簧一端配合的侧面为圆弧面，该圆弧面与钢球导向弹簧一端配合形成弧过渡衔接。

进一步的，所述丝杠轴的轴心中间设置有换向销。

进一步的，所述换向销采用螺旋球形槽结构，其表面球形螺旋球形槽的二端分别与丝杠轴上的钢球换向循环进出孔及过渡块衔接。

进一步的，所述的钢球循环在丝杆轴的轴心中间，且在与蜗轮传动时至少有二组丝杠轴表面螺旋球形槽内的钢球同时接触并进行连续循环滚动。

本发明方案构成的柔性钢球换向循环装置相对于现有外循环的导向管方案或内循环的换向器方案，摒弃刚性结构方案，而创新的采用压缩弹簧这种柔性方案来导向钢球的换向，巧妙的设计成导向装置和零件，使得弹簧与钢球接触的瞬间可起到微量的涨缩，大大地减缓了二者的撞击，保证了钢球在换向时是处在一种柔性的状态，有效降低了钢球在高速旋转换向循环中产生冲击和噪音，从而有效解决了高速旋转钢球在换向循环过程中对相关零件的冲击和磨损。

本柔性钢球换向循环装置具有结构简单紧凑、体积小、传动效率高等优点，满足当今新一代滚珠丝杠蜗轮减速器在智能数控的领域的广泛应用。

再者，本柔性钢球换向循环装置应用于减速器时，当减速器在输入端高速转动时其内部滚动传动的钢球可通过柔性换向循环装置实现在输入轴的轴心中可流畅高速地循环滚动，且可有效减缓与换向循环装置零件的高速冲击，以实现高速平稳的传动。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1所示为柔性钢球换向循环装置在A-A向的剖视图；

图2所示为柔性钢球换向循环装置在B-B向的剖视图；

图3所示为柔性钢球换向循环装置在C-C向的剖视图；

图4所示为柔性钢球换向循环装置在D-D向的剖视图；

图5所示为柔性钢球换向循环装置中换向销的结构示意图；

图6所示为柔性钢球换向循环装置中钢球和弹簧及丝杠轴的装配示意立体图；

图7所示为柔性钢球换向循环装置中过渡块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本实例采用压缩弹簧这柔性部件来导向钢球的换向，由此构成柔性钢球换向循环装置。

该柔性钢球换向循环装置在组成结构上主要包括钢球导向弹簧、过渡块以及定位圈，其中钢球导向弹簧安置在丝杠轴表面螺旋球形槽上，其一端与丝杠轴上的钢球换向循环进出孔衔接，另一端由定位圈相配定位，而过渡块与钢球导向弹簧一端圆弧过渡衔接。

通过本柔性钢球换向循环装置在与滚珠丝杠配合时，可确保旋转的钢球在丝杠轴表面螺旋球形槽中的压缩弹簧柔性导向下顺利通过过渡块并流畅地进入丝杠轴的轴心中间完成换向循环滚动，以实现高速平稳的传动。

基于上述原理，本实例中提供一种具体的实现方案。

参见图1-6，本实例中给出的柔性钢球换向循环装置主要涉及丝杠轴1、钢球2、导向圈3、壳体4、定位圈5、螺钉6、弹簧定位螺钉7、弹簧8、过渡块9、换向销10、蜗轮11、输出轴12等部件。

其中，丝杠轴1的圆周表面上设有螺旋球形槽，同时该丝杠轴1安装在壳体4中的导向套3内；对应的，蜗轮11的圆周表面也设有同样的螺旋球形槽齿，其定位在输出轴12上，并和丝杠轴1交叉90度也安装在壳体4内。

本导向套3用于与循环钢球2配合，对其运动方向进行导向，实现循环钢球2在丝杠轴1和蜗轮11中间承担负荷的滚动传动，当循环钢球2脱离负荷区后就可顺利进入导向套3的内径内进行无负荷的滚动循环。

参见附图3和图4，在此基础上，为保证一组钢球2能在丝杠轴1和蜗轮11圆周上相互配合的螺旋球形槽中连续自转和公转地循环滚动，本实例直接在丝杠轴1的螺旋球形槽中设有圆弧过渡的E、F二个钢球进出口，即本实例直接在丝杠轴1的本体内开设钢球换向循环进出孔，而钢球换向循环进出孔上两个钢球进出口E、F则直接开设在丝杠轴1的螺旋球形槽中，并呈圆弧过渡。

本实例通过直接在钢球运动轨迹的通道上开设换向循环进出口，相对于传统的钢球换向循环装置都需要跨越钢球运动轨迹的途径来实现钢球换向循环，这样保证钢球换向更简洁和顺畅。

具体的，本实例丝杆轴表面螺旋球形槽上设有二个180度对称的钢球进出口E、F。

本实例中将钢球进出口处结构设计成对称的180度方式，可确保整个传动系统在高速传动状态下的合理平衡，有效提高减速器的使用寿命。

针对直接开设在钢球运动轨迹的通道上的换向循环进出口E、F，本实例将弹簧8相对于换向循环进出口E、F安置在丝杠轴1上的1螺旋球形槽中，并由定位圈5来进行定位固定，用于在钢球2换向时对钢球的运动进行柔性缓冲和导向。

本实例中以弹簧8作为柔性换向组件，用于与换向状态的钢球2进行直接接触，以对其进行柔性缓冲和导向。该弹簧8在与钢球接触的瞬间可起到微量的涨缩，对钢球2的换向运动形成缓冲，大大地减缓了二者的撞击，使得钢球在换向时是处在一种柔性的状态。

该弹簧8的的内径和丝杠轴1的螺旋球槽外径相配，保证动配合旋转相配即可。该弹簧8一端为内圆弧形，该内圆弧形的R略大于钢球R，该弹簧8上内圆弧形端的开口与丝杆轴表面螺旋球形槽上的钢球进出口衔接；该弹簧8的另一端为平直结构，并由定位螺钉7来定位，由此可以防止弹簧8在工作中移动。

为保证高速滚动钢球能在丝杠轴1球槽的E、F钢球进出口间顺利流畅地进行循环，本实例增设一过渡块9。

参见图3和图7，本实例中的过渡块9整体为一扇形体，其包括两侧的平面，以及相互连接的外侧圆弧面14和内侧圆弧面15。由此给结构的过渡块9整体安置在丝杠轴1中，其两平面在插入在丝杠轴1球槽上的缺口内；过渡块9上的外侧圆弧面14与弹簧8配合，外径由弹簧8的内径定位；过渡块9上的内侧圆弧面15与丝杠轴1上的换向循环进出口E、F配合，保证钢球2能顺利流畅滚入或滚出E、F口。

本实例中换向销10安置在丝杠轴的轴心中部，用于保证钢球2在E、F进出口内能自由换向实现循环滚动。

参见图5，本实例中的换向销10采用螺旋球形槽式换向销，其圆周上设置有螺旋球形槽13，由此可以保证钢球2在丝杠轴的中心换向，另外结构简单加工方便。

该螺旋球形槽式换向销10具体设置在丝杠轴的轴心中间，且该换向销10表面球形螺旋球形槽的二端分别和丝杠轴上的钢球进出口及过渡块9衔接。

如此设置的换向销10使得整个换向循环的路程短，比传统的结构更简单紧凑、体积小、传动效率高，可有效的实现在丝杠轴连续旋转的情况下钢球以高速自转和公转的状态下完成换向循环传动。

根据上述方案构成的柔性钢球换向循环装置，基于设置在丝杆轴本体上的钢球换向循环进出孔以及安置在其轴心中间部位的螺旋球形槽式换向销，再配合钢球导向弹簧，使得钢球循环在丝杆轴的轴心中间进行，且与蜗轮传动时至少有二组丝杠轴表面螺旋球形槽内的钢球同时接触并进行连续循环滚动，使得钢球高速换向时惯量小、噪音低、磨损少。

本柔性钢球换向循环装置在运行时，通过压缩导向弹簧这样的柔性部件来导向钢球的换向，可确保旋转的钢球柔性地导入进出孔以完成换向循环运动，有效降低了钢球在高速旋转换向循环中产生冲击和噪音。

钢球在高速旋转换向循环过程中，若采用传统采用螺钉来紧固零件的导向装置来进行导向时，当钢球2在高速滚动循环旋转时必然会和导向装置中的零件发生严重的撞击从而发生摩擦和磨损并产生振动和噪音。

而本柔性钢球换向循环装置采用弹簧这种柔性的零件巧妙的设计成导向装置和零件，保证了钢球在换向时是处在一种柔性的状态，这样当钢球2滚动动到进口E的附近时，弹簧与钢球接触的瞬间可起到微量的涨缩，对钢球2冲击形成缓冲，大大地减缓了二者的撞击，再在弹簧8圆弧一端开口导向下通过过渡块9进入换向销10。在换向销10的作用下，该钢球2就可流畅连续地从E口进入并由F口出去，从而实现众多钢球的连续循环滚动。

同理；当丝杠轴1反方向转动时，一组钢球2就按相反方向循环滚动。具体的传动原理和过程如上，此处不加以赘述。

针对上述的柔性钢球换向循环装置方案，本实例还进行了如下的具体优化：

在本优化方案中，使得丝杠轴1圆周上螺旋球形槽内弹簧8的螺距和丝杠轴1的螺距一致，其直径略比钢球2直径小，只要不和导向圈3内径和蜗轮11的螺旋球形槽齿表面接触即可。

再者，弹簧8一端与丝杠轴1螺旋球槽中的E、F钢球进出口相衔接，其开口圆弧也和过渡块9的圆弧一致，由此可以保证钢球2能顺利过渡换向；而弹簧8的另一端则与定位圈5上的螺钉7紧靠。这样，只要旋转和移动定位圈5就可容易地保证弹簧圆弧开口能和E、F的二个钢球进出口有效衔接，并最终拧紧螺钉6来定位。

本实例给出的柔性钢球换向循环装置在具体应用时，相对于现有钢球换向循环方案，具有如下优点：

在丝杠轴1高速旋转的驱动下，钢球2在丝杠轴1圆周上螺旋球槽的推动作用下及导向套3内径的制约下，使其产生围绕丝杠轴1的中心进行高速自转和公转，通常情况下如碰到常规固定的障碍物就会产生很大的冲击；对此，本柔性钢球换向循环装置中采用螺旋弹簧8一端的圆弧开口来引导钢球2，通过该圆弧的柔性导向口来大大减缓二者间的冲击，并确保钢球2顺着丝杠轴1螺旋球槽中的E、F进出口可顺利通过过渡块9流畅进入换向销10来实现循环换向的过程。同样，螺旋弹簧8的螺距和丝杠轴1的螺距一致，这不仅结构紧凑装配容易而且具有紧固可靠寿命长，制造成本低等优点。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.柔性钢球换向循环装置，其特征在于，包括钢球导向弹簧、过渡块、定位圈以及设置在丝杠轴的轴心中间的换向销，所述钢球导向弹簧安置在丝杠轴表面螺旋球形槽上，其一端为内圆弧形，与丝杠轴上的钢球换向循环进出孔衔接，所述钢球导向弹簧的另一端由定位圈相配定位，所述过渡块整体安置在丝杠轴中，并与钢球导向弹簧内圆弧形端以及换向销过渡衔接。

2.根据权利要求1所述的柔性钢球换向循环装置，其特征在于，所述钢球换向循环进出孔的进出口直接开设在丝杆轴表面螺旋球形槽上。

3.根据权利要求2所述的柔性钢球换向循环装置，其特征在于，所述丝杆轴表面螺旋球形槽上开设有二个180°对称的钢球换向循环进出孔。

4.根据权利要求1所述的柔性钢球换向循环装置，其特征在于，所述过渡块上相对于导向弹簧一端配合的侧面为圆弧面，该圆弧面与钢球导向弹簧一端配合形成弧过渡衔接。

5.根据权利要求1所述的柔性钢球换向循环装置，其特征在于，所述换向销采用螺旋球形槽结构，其表面球形螺旋球形槽的二端分别与丝杠轴上的钢球换向循环进出孔及过渡块衔接。

6.根据权利要求1所述的柔性钢球换向循环装置，其特征在于，所述的钢球循环在丝杆轴的轴心中间，且在与蜗轮传动时至少有二组丝杠轴表面螺旋球形槽内的钢球同时接触并进行连续循环滚动。

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