CN110043625A - 一种滚动摩擦梯形丝杆 - Google Patents
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Abstract
本发明属于梯形丝杆传动领域，涉及一种滚动摩擦梯形丝杆的制造；其新创之处是由梯形丝杆和滚动摩擦螺母两大部件组成，滚动摩擦螺母是由螺母壳体、梯形螺旋滚动体和轴承组成，由螺母壳体通过轴承，连接固定多个和梯形丝杆螺距导程相同的梯形丝柱滚动体，梯形丝柱滚动体在梯形丝杆轴向，圆周行星环绕分布并互嵌抱合，当梯形丝杆旋转且滚动摩擦螺母固定时，梯形丝柱滚动体随梯形丝杆同步自转，同时通过螺旋传动原理，梯形丝杆旋转动力通过轴承传给承载的螺母壳体，将梯形丝杆的旋转运动转化为螺母的直线往复运动的机械产品。本发明成为继滑动摩擦梯形丝杆即普通梯形丝杆之后的，第二种优质类型，具有自锁功能，设计合理，应用广泛。
Description
技术领域
本发明涉及螺纹传动的梯形丝杆制造领域，特别是涉及一种滚动摩擦梯形丝杆的制造方案。
背景技术
目前，公知的梯形丝杆构造是由螺母和梯形丝杆成套组成。当梯形丝杆旋转且螺母固定时，在螺旋升角的作用下，产生滑移推动螺母产生直线位移运动。螺母和梯形丝杆之间产生螺旋面接触型的滑动摩擦，为此，产生丝杆和螺母相互磨损并产生热效应，使传动精度降低，组件之间是滑动摩擦，消耗的输入功率大，故效率低。一般目前情况下，梯形丝杆会被等同说成滑动摩擦丝杆，而滚珠、滚柱丝杠会被等同说成滚动摩擦丝杆，它们可以被反向驱动，故效率高，输入功率消耗小。梯形丝杠主要用于传动和位置调整装置中，与滚珠、滚柱丝杠相比，虽然摩擦力较大、传动效率较低、相对磨损较快等缺点，但又具有成本低、承载力大、结构紧凑简单、能够自锁等优点，广泛应用于各种普通机床和升降机等工业设备。虽然，现状滚珠、滚柱丝杆能够和梯形丝杆一样，应对更高的设计荷载，并且，拥有很高的传动效率，在很多的应用场合却不能替代梯形丝杆。比如在某些应用中，较低的传动效率反而成为梯形丝杆或者说滑动丝杆的一种优势，在垂直升降应用或者设计人员不希望丝杆被反向驱动的场合，梯形丝杆能够将负载保持在原位，而无需使用带制动装置的电机或者系统中附加的刹车制动装置。从理论上讲，只要梯形丝杆导程低于丝杆直径的三分之一，上述自锁条件就能够成立。源于较低的传动效率，驱动滑动摩擦梯形丝杆的力矩要求会高一些，为此，也就需要力矩更大的电机。不过，这只是成本构成的一个方面，只要整合把单位成本更高的滚珠丝杆滚柱丝杆，维护保养，润滑及其不利影响，垂直升降应用中防止反向驱动的制动装置，以及消除反向间隙的可选螺母等因素都考虑进来，那么滑动摩擦梯形丝杆的总体成本和优势就足以体现出来了。可见，梯形丝杆不能被反向驱动，所有机构保持位置锁定的强大需求，选中的是梯形丝杆不可替代的自锁优点。
目前，梯形丝杆使用在国民生产的各个方面，作用巨大。为了更好地拓宽梯形丝杆使用领域，增加适用范围，破除限制和不足，增加机器使用寿命且造价低廉。发明创新梯形丝杆，新的滚动摩擦螺母，是非常迫切的需要。因为，梯形丝杆也是今后智能机器方向的基础类关键机械部件，利用创新来满足当前形势，是极其重要的需要！
发明内容
为了克服目前上述传统滑动摩擦螺母的不足，并保留梯形丝杆能自锁的优良特性，本发明提供一种新的梯形丝杆滚动摩擦螺母，由螺母壳体通过轴承，连接固定多个和梯形丝杆螺距导程相同的梯形螺旋滚动体，梯形螺旋滚动体在梯形丝杆轴向，圆周行星环绕分布互嵌抱合，当梯形丝杆旋转且滚动摩擦螺母固定时，梯形螺旋滚动体随梯形丝杆同步自转，同时通过螺旋传动原理，梯形丝杆旋转动力通过推力轴承传给承载的螺母壳体，将梯形丝杆的旋转运动转化为螺母的直线往复运动，这样就完成了输入旋转运动转换为输出直线运动的梯形丝杆制造方案。在机械原理方面完全有效达到上述滚动摩擦目标，且机械造价经济。一并解决普通滑动摩擦螺母的缺陷，滑动摩擦直接导致的精度下降和传动效率低下等情况，该设计合理，体积小，吨位轻，能耗小，制造要求低，能保留自锁优点并突破性地提高了传动效率。成为继普通滑动摩擦螺母梯形丝杆之后的，第二种优质类型---滚动摩擦螺母梯形丝杆，为此，就本发明方案的推出，立即完整了梯形丝杆原本就应该有的，在各种工况下，必定会有的二种螺母类型。让梯形丝杆螺母种类体系，更全面，更优越，更完美，更完整地应用在国民生产的各个方面。这一发明对于制造业而言，具有划时代的意义和深远的影响，世界上主要工业发达国家都十分重视丝杆关键技术的研究和发展，中国是大国，应当仁不让。
为了达到上述发明目的，本发明的技术方案如下：
滚动摩擦梯形丝杆是由梯形丝杆和滚动摩擦螺母两大部件组成，滚动摩擦螺母是由螺母壳体、轴承、梯形螺旋滚动体组成，由螺母壳体通过轴承，连接固定多个和梯形丝杆螺距导程相同的梯形螺旋滚动体，梯形螺旋滚动体在梯形丝杆轴向，圆周行星环绕分布并互嵌抱合，当梯形丝杆旋转且滚动摩擦螺母固定时，梯形螺旋滚动体随梯形丝杆同步自转，同时通过螺旋传动原理，梯形丝杆旋转动力通过轴承传给承载的螺母壳体，将梯形丝杆的旋转运动转化为螺母的直线往复运动，这样，梯形丝杆旋转，滑动摩擦螺母承载运动，来完成旋转运动转直线运动工作的机械制造方面原理及方法有如下方面内容：
滚动摩擦梯形丝杆，输出精度为精密型的：见附图1-4无齿滚动摩擦梯形丝杆原理方案图，是契合运动结构。如图中：滚动摩擦梯形丝杆是由梯形丝杆和滚动摩擦螺母两大部件组成，滚动摩擦螺母是由螺母壳体、轴承、梯形螺旋滚动体组成，由螺母壳体通过轴承，连接固定多个和梯形丝杆螺距导程相同的梯形螺旋滚动体，梯形螺旋滚动体在梯形丝杆轴向，圆周行星环绕分布并互嵌抱合，当梯形丝杆旋转且滚动摩擦螺母固定时，梯形螺旋滚动体随梯形丝杆同步自转，同时通过螺旋传动原理，梯形丝杆旋转动力通过轴承传给承载的螺母壳体，将梯形丝杆的旋转运动转化为螺母的直线往复运动，这样，梯形螺旋滚动体制造风格没有改变，和梯形丝杆一样的，牙型互相配合着，契合在一起传动的，是为契合运动结构。
滚动摩擦梯形丝杆，输出精度为超高精密型的：见附图5峰谷齿滚动摩擦梯形丝杆原理图，是啮合运动结构。如图中：滚动摩擦梯形丝杆是由梯形丝杆和滚动摩擦螺母两大部件组成，滚动摩擦螺母是由螺母壳体、轴承、梯形螺旋滚动体组成，由螺母壳体通过轴承，连接固定多个和梯形丝杆螺距导程相同的梯形螺旋滚动体，梯形螺旋滚动体在梯形丝杆轴向，圆周行星环绕分布并互嵌抱合，当梯形丝杆旋转且滚动摩擦螺母固定时，梯形螺旋滚动体随梯形丝杆同步自转，同时通过螺旋传动原理，梯形丝杆旋转动力通过轴承传给承载的螺母壳体，将梯形丝杆的旋转运动转化为螺母的直线往复运动，这样，梯形螺旋滚动体制造风格有所改变，在梯形丝杆的丝牙峰谷位置制造齿牙，牙型互相啮合着，由齿形啮合传动的，是为啮合运动结构。和无齿的契合运动结构原理一样，改变梯形丝杆和梯形螺旋滚动体的丝牙峰谷处设计，加工了相应的齿轮牙结构，结构略复杂，成本有增加，但增加可靠性和装配性，继而保证运动匹配，提高精度。
本发明包含重要的发明点1：新创的滚动摩擦螺母有两种精度规格，分别采用两种滚动配合响应方式，一种是契合式，另一种是啮合式。
本发明包含重要的发明点2：契合式的梯形丝杠和螺母内的梯形螺旋滚动体，不做外形改变，仍保留原梯形丝杆的生产风格。
本发明包含重要的发明点3：啮合式的梯形丝杠和螺母内的梯形螺旋滚动体，需做外形改变，保留原梯形丝杆的生产风格，增加了在梯形丝杠和螺母内的滚动体上，相互配合的交合峰谷位置，设置同模数齿轮牙型可以相互啮合，来保证梯形丝杠和螺母内的梯形螺旋滚动体同步旋转，整齐划一，步调一致。
本发明包含重要的发明点4：不论哪种滚动配合响应方式，螺母内的梯形滚动体都为梯形丝杆相同导程的梯形螺旋滚动体，可以直径不同，但一定要导程和梯形牙型互配一致，否则，不能同步旋转，来转换运动，同时，梯形螺旋滚动体和梯形丝杠的位置关系一般是非垂直、非平行布置的，它以螺旋升角为主导，互嵌旋转面紧密贴合优先。
本发明包含重要的发明点5：啮合式的梯形丝杠和螺母内的滚动体上设置同模数齿轮牙型，运动过程必须相互精密啮合，齿轮牙应按互嵌螺旋导线，顺畅均匀分布。
本发明包含重要的发明点6：滚动摩擦梯形丝杆螺母，可以是单一螺母，也可以是二个或者以上的，轴向叠加组合螺母，设计提高螺母承载能力。
本发明包含重要的发明点7：滚动摩擦梯形丝杠的牙型为梯形，牙型厚重坚固，生产工艺成熟简单，制造选材对特种钢材要求相对较低，梯形丝杆和梯形螺旋滚动部件之间的接触为，嵌入贴合式多面接触，承载能力高；不同于滚珠丝杆的歌德式沟槽，生产工艺复杂，制造选材对特种钢材要求相对较高，滚珠丝杆和滚珠、螺母之间的接触为多点接触，承载能力弱；更不同于滚柱丝杠的90°牙型角，传动部件多，生产装配工艺复杂，制造使用的特种钢材较少国家能够生产，滚柱丝杆和滚柱、螺母之间的接触为多线接触，承载能力较好。
按上述梯形丝杆机械制造方面原理及方法实行，就能达到本发明---滚动摩擦梯形丝杆的初衷，实现上述一切渴望实现的优越目的。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)挖掘古老智慧遗产，改革创新带来全新滚动摩擦梯形丝杆螺母，成为普通滑动摩擦螺母外的“第二种螺母类型”---滚动摩擦螺母，让现有的生产技术更合理配套发挥，更高效。
2)实施运用滚动摩擦梯形丝杆，采用现有机械元件，结构简单，大智至简，掌握技术原理更快捷，滚动摩擦效率高，生产使用精度高，寿命长，推广它无障碍，应用面更广。
3)目前，通过简单拼装技术的应用，定会验证超大功率梯形丝杆的现实可行，为后续制造巨型机器的生产应用积累技术经验，其后，生产大国重器超级巨型机器成为可能。
附图说明
本发明共有六幅附图。其中：
附图1是本发明的精密型契合式具体实施例1的(三维数字模型)外部示意图。
附图2是本发明的精密型契合式具体实施例1的(三维数字模型)内部装配示意图。
附图3是本发明的精密型契合式具体实施例1的(三维数字模型)装配拆分示意图。
附图4是本发明的具体实施例2的采用组合式螺母壳体示意图。
附图5是本发明的具体实施例3的超精密型啮合式原理示意图。
附图6是本发明的具体实施例4的梯形内螺纹电动缸原理示意图。
图中1、梯形丝杆 2、螺母壳体 3、梯形螺旋滚动体 4、推力轴承 5、滚动轴承 6、组合式螺母壳体 7、梯形峰谷齿丝杆 8、梯形峰谷齿螺旋滚动体 9、固定缸部分 10、运动缸部分 11、梯形内螺纹牙 12、输入主轴 13、止推轴承 14、定位卡环 15、联轴器 16、旋转座盘
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围。
图1示例，为精密型契合式原理使用的经典外部示意图，是由梯形丝杆(1)和已经装配滚动摩擦组件的螺母壳体(2)组成。
图2，为图1示例内部装配示意图，可以清晰表明，是由梯形丝杆(1)和已经装配滚动摩擦组件的螺母壳体(2)组成，滚动摩擦组件有梯形螺旋滚动体(3)推力轴承(4)滚动轴承(5)组成装配体。
图3，为图1示例装配拆分示意图，可以清晰表明，是由梯形丝杆(1)和已经装配滚动摩擦组件的螺母壳体(2)组成，滚动摩擦组件有梯形螺旋滚动体(3)推力轴承滚动轴承(5)组成装配体，它们精密契合分别围绕在梯形丝杆(1)轴周围。
在图1-3中所示实施例1，如图中：滚动摩擦梯形丝杆是由梯形丝杆(1)和滚动摩擦螺母两大部件组成，滚动摩擦螺母是由螺母壳体(2)、推力轴承(4)、滚动轴承(5)、梯形螺旋滚动体(3)组成，由螺母壳体(2)通过轴承，连接固定多个和梯形丝杆螺距导程相同的梯形螺旋滚动体(3)，梯形螺旋滚动体(3)在梯形丝杆(1)轴向，圆周行星环绕分布并互嵌抱合，当梯形丝杆(1)旋转且滚动摩擦螺母固定时，梯形螺旋滚动体(3)随梯形丝杆(1)同步自转，同时通过螺旋传动原理，梯形丝杆(1)旋转动力通过轴承传给承载的螺母壳体(2)，将梯形丝杆的旋转运动转化为螺母的直线往复运动，这样，梯形螺旋滚动体(3)制造风格没有改变，和梯形丝杆(1)一样的，牙型互相配合着，契合在一起传动的，是为契合运动结构实施方式的一种。
在图4中所示实施例2，如图中：滚动摩擦梯形丝杆是由梯形丝杆(1)和滚动摩擦螺母两大部件组成，滚动摩擦梯形丝杆螺母，可以是单一螺母，也可以是二个或者以上的，轴向叠加组合螺母，组合设计将提高螺母承载能力，由组合式螺母壳体(6)将二个或者以上的单一螺母，组合而成，也是为契合运动结构实施方式的一种。
在图5中所示实施例3，滚动摩擦梯形丝杆是由梯形峰谷齿丝杆(7)和滚动摩擦螺母两大部件组成，滚动摩擦螺母是由螺母壳体、轴承、梯形峰谷齿螺旋滚动体(8)组成，由螺母壳体通过轴承，连接固定多个和梯形峰谷齿丝杆(7)螺距导程相同的梯形峰谷齿螺旋滚动体(8)，梯形峰谷齿螺旋滚动体(8)在梯形峰谷齿丝杆(7)轴向，圆周行星环绕分布并互嵌抱合，当梯形峰谷齿丝杆(7)旋转且滚动摩擦螺母固定时，梯形峰谷齿螺旋滚动体(8)随梯形峰谷齿丝杆(7)同步自转，同时通过螺旋传动原理，梯形峰谷齿丝杆(7)旋转动力通过轴承传给承载的螺母壳体，将梯形峰谷齿丝杆(7)的旋转运动转化为螺母的直线往复运动，如原理图中：梯形峰谷齿丝杆(7)和梯形峰谷齿螺旋滚动体(8)配合组合使用，这样，梯形螺旋滚动体制造风格有所改变，在梯形丝杆的丝牙峰谷位置制造齿牙，牙型互相啮合着，由齿形啮合传动的，是为啮合运动结构。和无齿的契合运动结构原理一样，改变了如实施例1中梯形丝杆和梯形螺旋滚动体的丝牙峰谷处设计，加工了相应的齿轮牙结构，结构略复杂，成本有增加，但增加可靠性和装配性，继而保证运动匹配，提高精度。
在图6中所示实施例4，为滚动摩擦梯形丝杆的内螺纹传动方式的示例，是梯形内螺纹电动缸原理示意图，从外观看主要由固定缸部分(9)和运动缸部分(10)两大部件组成，如原理图中：运动缸部分(10)套装在固定缸部分(9)内，运动缸部分(10)内有梯形内螺纹牙(11)，固定缸部分(9)内由输入主轴(12)、止推轴承(13)、定位卡环(14)、联轴器(15)、旋转座盘(16)相连接并插入运动缸部分(10)其中，并在确保能旋转状态下，穿越并固定于固定缸部分(9)尾部通孔，在插入运动缸部分(10)内的旋转座盘(16)上，安装多个由推力轴承(4)、滚动轴承(5)、梯形螺旋滚动体(3)组成的装配体，同时梯形螺旋滚动体(3)和运动缸部分(10)内的梯形内螺纹牙(11)，在缸体内圆周行星环绕分布并互嵌吻合，当输入主轴(12)被联轴器(15)后的电机输入动力下带动旋转，且固定缸部分(9)固定时，输入主轴(12)带动旋转座盘(16)旋转，互嵌吻合的梯形螺旋滚动体(3)和运动缸部分(10)内的梯形内螺纹牙(11)，就通过螺旋传动原理，将输入主轴(12)的旋转动力通过梯形内螺纹牙(11)传给承载的运动缸部分(10)，将输入电机的旋转运动转化为运动缸部分(10)的直线往复运动。
以上所述，仅为本发明的四种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，根据本发明的技术方案及其本发明的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种滚动摩擦梯形丝杆，由梯形丝杆和螺母组成，其特征是：滚动摩擦梯形丝杆有梯形丝杆和滚动摩擦螺母两大部件，滚动摩擦螺母是由螺母壳体、梯形螺旋滚动体、推力轴承、滚动轴承组成。
2.按权利要求1所述的滚动摩擦梯形丝杆，其特征是：梯形丝杆的牙型角是任意可用角度。
3.按权利要求1所述的滚动摩擦梯形丝杆，其特征是：不论何种运动连接组合方式，梯形丝杆和滚动摩擦螺母内梯形螺旋滚动体的都为相同规格导程配套组合。
4.按权利要求1所述的滚动摩擦梯形丝杆，其特征是：梯形丝杆和梯形螺旋滚动体两零件同步运动，可以是有齿形互啮或者是无齿形互契。
5.按权利要求1所述的滚动摩擦梯形丝杆，其特征是：滚动摩擦梯形丝杆螺母，可以是单一螺母，也可以是二个或者以上的，轴向叠加组合螺母，用以提高螺母承载能力。
6.按权利要求1所述的滚动摩擦梯形丝杆，其特征是：滚动摩擦梯形丝杆，可采用梯形丝杆外螺纹传动方式，也可采用梯形丝杆内螺纹传动方式。
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