CN1113743C - 直线运动导向装置 - Google Patents

Abstract

一种导向装置(1)，它包括可相对轴向滑移的一滑座(2)和一立柱(3)。滑座(2)具有一方形截面的外周面，该外周面由四个沿轴向延伸的平面部分(20)形成。围绕滑座(2)设置的立柱(3)具有一方形截面的通孔(3a)，该通孔由四个与滑座(2)的平面部分(20)对应的平面部分(30)形成。在立柱(3)的各平面部分(30)中设置有一滚针轴承(5)，它可在滑座(2)的相应平面部分(20)上滚动。在立柱(3)内设置有多根支承轴(4)，它们沿与滑座(2)的各平面部分(20)的延伸方向或轴向相垂直的方向延伸。各滚针轴承(5)由相应支承轴(4)可转动地支承。

Description

直线运动导向装置

技术领域

本发明涉及一种导向装置，更具体地说是涉及一种用于可相对滑动地支承立柱和滑座的直线导向装置。

在压力加工中，用模座来提高加工精度。模座包括一用于保持一冲头的冲头座、相对于冲头座而设置的用于保持一模具的模具座、以及一用于沿轴向可滑动地支承各个座的导向柱。导向柱包括一竖直延伸的立柱、一可在立柱外面滑动的套筒以及一设置在立柱与套筒之间的直线轴承。

用于这种导向柱的一现有技术的直线轴承例如是一滚珠轴承，该滚珠轴承在一圆筒形保持架内容纳有多个钢珠，或是一滚针轴承，该滚针轴承在一多边形截面的管状保持架内容纳有多个滚针，如日本专利申请公报No.3-81035中所示。

在传统导向柱的操作中，当导向柱相对于套筒往复移动时，或是当导向柱反复进出套筒时，保持架容易沿导向柱逐渐向上移动。因此，在设计中需要考虑套筒的行程，例如，估算套筒的行程来确定套筒长度。而且，由于保持架通常由塑料制成，当导向柱与套筒之间产生较大扭转时，保持架对滚针的保持作用会变得不足，从而造成滚针偏斜。另外，滚针轴承不适合用于灰尘环境，这是因为滚针的直径较小，当它在滚动面上咬入灰尘或小颗粒时会妨碍其顺畅转动。

本发明的一个目的在于提供一种导向装置，它具有无保持架的直线运动机构，用于支承可相对滑动的滑座和立柱。

本发明的另一个目的在于提供一种可用于灰尘环境的导向装置。

本发明的另一个目的在于提高导向装置的容许负载。

本发明的另一个目的在于增强导向装置的支承刚性。

本发明的另一个目的在于方便对导向装置的加工工序，尤其是钻孔工序。

发明内容

本发明涉及一种用于可滑动地支承滑座和立柱的导向装置。在一个实施例中，滑座包括一多边形截面的外周面，该外周面具有多个滑座平面部分。每个滑座平面部分沿滑座的轴向延伸。立柱围绕滑座而设置，它具有一多边形截面的通孔，该通孔具有多个与滑座平面部分相对设置的立柱平面部分。在各立柱平面部分上设置有多个可在各滑座平面部分上滚动的辊子形滚动元件或辊子。设置有多个垂直于轴向延伸的支承轴，用于支承相应的滚动元件。位于相邻立柱平面部分处的滚动元件设置在通孔的各个角处。各支承轴的两端部分支承于立柱内。在各立柱平面部分上形成一轴向延伸槽，滚动元件容纳于该轴向延伸槽中。轴向延伸槽中可插设有一护油件，诸如护油塑料或护油毛毡。

在操作中，当滑座和立柱彼此相对滑动时，滚动元件在滑座平面部分上轴向滚动。在这种情况下，由于各滚动元件用作直线轴承，因而可实现无保持架的导向装置。而且，由于可转动地支承滚动元件的各支承轴沿垂直于轴向或垂直于滑座和立柱的相对移动方向的方向延伸，因而可防止各滚动元件偏斜。并且，由于滚动元件设置在立柱通孔的各个角处，因而可以牢固地保持滑座的各个角部。这样，可以承受滑座与立柱之间所产生过度扭转，防止各滚动元件发生偏斜。另外，由于各支承轴的两个端部受支承，因而可提高支承刚性。而且，滚动元件容纳于轴向延伸槽中，因而便于立柱的钻孔工序。此外，在导向装置的工作中，当滚动元件转动时，润滑油逐渐从与滚动元件相接触的护油件渗出，从而防止因滚动面上油膜破裂造成的卡死或滚动面磨损。因此，可以对滚动面实现长期的润滑。

在第二实施例中，滑座具有一中心孔，该中心孔形成有一第一螺旋槽。滑座的中心孔中插设一螺杆轴，该螺杆轴具有一外圆周面，该外圆周面形成有一第二螺旋槽。在滑座与立柱之间插设一圆筒形薄壁保持架，该保持架可转动地支承多个适于在第一和第二螺旋槽上滚动的滚珠。

在操作中，当螺杆轴转动时，各滚珠沿螺杆轴和滑座的各螺旋槽滚动。因此，滑座沿螺杆轴而轴向移动。在该移动过程中，各滚动元件引导滑座的移动。该滑座用作滚珠螺杆的螺母。

在第三实施例中，滑座包括一圆形的外圆周面。立柱围绕滑座设置，并具有一圆形截面的通孔。在立柱的通孔上形成有多个凹口。在各凹口内设置有一在滑座上轴向滚动的辊子形滚动元件以及一可转动地支承滚动元件的支承轴。滚动元件具有一凹弧形圆筒面。该圆筒面的母线的曲率半径满足以下不等式：0.52D≤r≤0.58D，式中，D是滑座外圆周面的直径。滚动元件可具有一母线为直线的圆筒面。或者，滚动元件可包括一满足上述不等式的第一滚动元件和一母线为直线的第二滚动元件。第一滚动元件可以设置在作用有相对较大载荷的区域，而第二滚动元件可以设置在作用有相对较小载荷的区域。各凹口形成于立柱通孔的开口处，并沿圆周方向等间距隔开。各支承轴插设于各凹口中所形成的一支承孔中，其两个端部受支承。最好，各支承孔穿透立柱的外圆周面。在滑座与立柱之间可设置一薄壁圆筒件，该圆筒件具有多个与立柱的凹口对应的孔，它可以承受径向载荷。所述圆筒件可由轴承材料形成。

在操作中，当滑座和立柱彼此相对滑动时，滚动元件在滑座平面部分上轴向滚动。在这种情况下，由于各滚动元件用作直线轴承，因而可实现无保持架的导向装置。而且，由于滚动元件的圆筒面呈凹弧形，滑座的接触面增大，滚动面的表面压力减小，从而可提高耐磨性能和容许载荷。此外，还可确保滚动元件的顺畅转动，并可防止滚动元件偏斜。另外，在滚动元件的母线的曲率半径r小于0.52D的情况下，会影响外座圈的顺畅转动，并容易发生差速打滑。在滚动元件的曲率半径r大于0.58D的情况下，接触面积会变小，容许载荷会降低。当滚动元件的圆筒面具有直的母线时，对滚动元件的加工变得更为容易。而且，由于各凹口设置在立柱通孔的开口处，因而在作用有径向载荷时可防止立柱的轴线相对于滑座的轴线倾斜。此外，由于各支承孔穿透立柱的外圆周面，因而可更精确、更方便地径向钻孔。

附图说明

为便于更充分地理解本发明，应参阅以发明实例形式在附图中示出和在下面详细描述的实施例。在未按比例的附图中：

图1是本发明一个实施例的导向装置的部分剖开的正视图，对应于沿图2的I-I线的剖视图。

图2是沿图1的II-II线的剖视图。

图3是图2的一部分的放大图。

图4是与图1导向装置一起使用的护油件的一部分的立体图。

图5是装有滚珠螺杆的本发明的导向装置的示意图。

图6是本发明另一个实施例的导向装置的正视图，对应于沿图7的VI-VI线的剖视图。

图7是沿图6的VII-VII线的剖视图。

图8是图7的一部分的放大图。

图9是图8的一部分的放大图。

图10是与图1的导向装置一起使用的薄壁圆筒形件的立体图。

具体实施方式

下面参见附图，图1到4表示本发明的第一实施例。如图1和2所示，导向装置1包括一轴向延伸的滑座2，该滑座具有一中心通孔2a，并包括一围绕滑座2设置的、可相对滑座2滑动的管状立柱3。

滑座2具有一方形截面的外周面，该外周面由四个平面部分20形成。每个平面部分均沿轴向延伸。

立柱3围绕滑座2的外周面而设置，并具有一方形截面的通孔3a，该通孔由四个平面部分30形成，每个平面部分相对于滑座2的一平面部分20而设置。在各平面部分30上设置一滚针轴承5。

图3中所示的滚针轴承5包括一圆筒形的外座圈50和多个设置在外座圈50的内圆周侧上的滚针51。滚针轴承5中穿设有一支承轴4，滚针轴承5围绕该支承轴而可转动地支承。滚针轴承5的外座圈50与滑座2相应的平面部分20相接触。

各支承轴4插入立柱3上所形成的一支承孔35，其两端支承于支承孔35中。因此，支承刚性得以改进，从而确保滚针轴承5被充分支承。而且，各支承轴4沿与滑座2各平面部分20的延伸方向垂直的方向延伸。

限定立柱3的中心通孔3a的各平面部分30上形成有一轴向延伸的通槽33。各滚针轴承5容纳于该通槽33中。以这种方式，形成通槽作为各滚针轴承5的支承孔或承口，使立柱3的加工工序变得更为方便。

通槽33中插设一护油件6，如图1所示。该护油件6由护油塑料、护油毛毡或具有连续气囊的浸油多孔材料形成。图4中所示的护油件6具有多个用于容纳滚针轴承5的凹口或槽口60。使用这种护油件6，可以方便地将滚针轴承5安装于通槽33中。

在图2和3中可清楚地看到，位于中心通孔3a的相邻平面部分30处的滚针轴承5是设置在中心通孔3a的各个角处。

在操作中，当滑座2和立柱3相对移动时，例如当滑座2相对于一通过凸缘部分35固定于一基座件(未图示)的立柱而往复移动时，各滚针轴承5围绕支承轴4转动，并在滑座2的平面部分20上滚动。以这种方式，滑座2相对于立柱3的移动得以顺畅地引导。

在这种情况下，由于围绕支承轴4而支承的各滚针轴承5用作直线轴承，因而可实现一无保持架的导向装置。因此，即使滑座2与立柱3之间产生扭转，也可有效防止因滚针轴承5的支承不足造成的偏斜。

而且，由于可转动地支承各滚针轴承5的各支承轴4延伸于与滑座2的外周面的各平面部分20的延伸方向垂直的方向上，或是延伸于与滑座2和立柱3的相对移动方向垂直的方向上，因而能够可靠防止各滚针轴承5相对于平面部分20或滚动面偏斜。

而且，由于位于立柱3的中心通孔3a的相邻平面部分30处的各滚针轴承5是设置在中心通孔3a的各个角处，因而滑座2的外周面的各个角部可由各滚针轴承5保持，从而实现对滑座2的牢固支承。因此，即使滑座2与立柱3产生过度的扭转，也能够可靠防止各滚针轴承5的偏斜。

并且，在装置的工作中，当各滚针轴承5转动时，润滑油逐渐从与滚针轴承5接触的护油件6中渗出，从而防止因油膜破裂造成的卡死或滚动面磨损。而且，在这种情况下，由于润滑油可长期渗出，因而可以对滚动面进行长期润滑，从而实现无维修装置。

此外，可以通过使用具有不同外径的外座圈50的滚针轴承5来调节滑座2与立柱3之间的装配误差，从而便于对整个装置的调节。

接下来，图5表示装有滚珠螺杆的一导向装置。在该导向装置1中，滑座2的中心孔2a的内圆周面上形成有一螺旋槽2b。滑座2的中心孔2a中插设一螺杆轴7。螺杆轴7的外圆周面上形成有一螺旋槽7a。在滑座2的内圆周面与螺杆轴7的外圆周面之间插设一圆筒形薄壁保持架9，用于可转动地支承多个滚珠8，这些滚珠与滑座2的螺旋槽2b和螺杆轴7的螺旋槽7a可滚动地配合。

在操作中，当螺杆轴7转动时，各滚珠8沿螺杆轴7和滑座2的螺旋槽7a和2b滚动并移动，因而滑座2沿螺杆轴7轴向移动。在该移动过程中，各滚针轴承5引导滑座2的移动，滑座2用作滚珠螺杆的螺母。

在上述实施例中，滑座2具有一矩形截面的外周面，立柱3具有一矩形截面的中心通孔3a，但本发明也可适用于其它多边形截面的滑座和立柱。

另外，在上述实施例中，滑座2的长度通常较短，但本发明也可适用于具有不定或较长导轨的直线导向器。

图6和7示出了本发明的另一实施例。如图6和7所示，导向装置100包括一实心的圆柱形滑座102和一围绕滑座102设置的、可相对于滑座102轴向平移的圆柱形立柱103。

滑座102具有一圆形截面的外圆周面102a。立柱103设置在滑座102的外圆周面102a外面，并具有一圆形截面的通孔103a。在通孔103a的内圆周面上形成有多个凹口104。每个凹口104容纳一滚针轴承105，用于沿轴向相对于滑座102可滑动地支承立柱103。

各凹口104至少形成于通孔103a的两个端部开口处，并最好在圆周方向上等间距隔开。这里，沿圆周方向以90度角间隔形成四个凹口104，但也可以120度角间隔设置三个凹口，或以60度角间隔设置六个凹口。可以使用不同数量的凹口。凹口的数量可根据滑座直径、导向装置的容许载荷等来适当确定。

如图8所示，滚针轴承105包括一在滑座102的外圆周面102a上轴向滚动或沿垂直于纸面方向滚动的圆筒形外座圈或滚动元件150，并包括多个可转动地支承于外座圈150的内圆周面上的滚针151。滚针轴承105由一插设于其中的支承轴106通过滚针151支承，这样，外座圈150可以绕支承轴106转动。

如图9所示，外座圈150最好具有一凹弧形圆筒面150a，也就是圆筒面150a的母线呈凹弧形。外座圈150的圆筒面150a的曲率半径略大于滑座102的外圆周面102a的曲率半径。有这样一个不等式，0.52D≤r≤0.58D，式中，r：圆筒面150a的曲率半径；D：与圆筒面150a相接触的滑座102的外圆周面102a的直径，它等于2R(R：外圆周面102a的半径)。

因此，滑座102的外圆周面102a的接触面积增大，滚动面的表面压力减小，从而可提高耐磨性能，并可达到更大的容许载荷。而且，可确保外座圈150顺畅的转动，防止外座圈150偏斜。并且，在这种情况下，由于外座圈150的圆筒面150a与滑座102的外圆周面102a之间的接触面C形成于圆筒面150a的中央部分，因而外座圈150的中心线与接触面C之间的接触半径或距离在接触面C的每一部分处都基本彼此相等。因此，在接触面C处可防止因外座圈150转动而发生打滑，从而防止接触面C磨损。

另外，在外座圈150的圆筒面150a的曲率半径r小于0.52D的情况下，会限制外座圈150的顺畅转动，并发生差速打滑。另一方面，在外座圈150的曲率半径r大于0.58D的情况下，接触面积会变小，容许载荷会降低。

外座圈150的圆筒面可以具有直的母线。在这种情况下，外座圈150的加工会变得较容易。或者，外座圈150可以包括一圆筒面符合上述不等式的第一外座圈和一具有直线圆筒面的第二外座圈。在这种情况下，第一外座圈可以设置在作用有相对较大载荷的区域，而在其余区域可设置第二外座圈。

图7中所示的各支承轴106插入立柱103内在各凹口104处所形成的一支承孔130，支承轴106的两端支承于支承孔130中。因此，支承轴106的支承刚性得以提高，可确保对滚针轴承105的充分支承。而且，各支承孔130穿透立柱103的外圆周面，这可方便对立柱103的钻孔工序。而且，由于各支承孔130是通孔，因而可以用诸如线切割放电加工之类的加工方法使从滑座102的中心到各支承孔130的中心线的节距或距离更为精确。

在滑座102与立柱103之间插设一薄壁圆筒件107。图10中所示的该薄壁圆筒件107具有多个孔170，每个孔与凹口104对应。圆筒件107设置用来承受滑座102与立柱103之间的径向载荷，考虑润滑特性和耐磨性能，它可以由诸如护油金属或塑料之类的轴承材料形成。干式特氟隆轴承尤为优选，因为它不需要润滑剂。

另外，立柱103在其下部具有一凸缘131，用以通过螺栓孔131a用螺栓固定于一基座件(未图示)。而且，在中心通孔103a的两个开口处均设置一防尘密封圈108，用以防止灰尘进入通孔103a。

在操作中，当滑座102和立柱103相对移动时，也就是当滑座102相对于通过凸缘131固定于基座件(未图示)的立柱103而往复移动时，各滚针轴承105的外座圈围绕各支承轴106转动，并在滑座102的外圆周面102a上轴向滚动。因此，可顺畅地引导滑座2相对于立柱103的移动。

在这种情况下，由于各滚针轴承105用作一直线轴承，因而可实现一无保持架的导向装置。而且，按照该实施例，通过多个滚针151可转动地支承于支承轴106周围的不是小直径的滚针，而是大直径的辊子形外座圈150，该外座圈在滑座102的外圆周面102a上沿轴向滚动。因此，外座圈150的转动不易受到滚动面上的灰尘或小颗粒的阻碍，因而允许导向装置在灰尘环境下使用。

本发明所属技术领域的技术人员可以在不脱离本发明的精神或主要特征的情况下，尤其是在考虑上面的揭示之后，利用本发明的原理作出改进和其它的实施例。所描述的实施例和实例从各方面看都应认为仅仅是示例性的，而不应认为是限制性的。因此，本发明的范围应由所附权利要求书指明，而不是由以上描述限定。所以，虽然参照具体的实施例和实例对本发明进行了描述，但结构、顺序、材料等方面的改进对本技术领域的技术人员来说是显而易见的，它们仍落在本发明的范围之内。

Claims (15)

1.一种导向装置，用于支承一其中插设有一滑座的立柱，以允许所述立柱与所述滑座之间相对轴向移动，

所述滑座具有一多边形截面的外周面，所述外周面具有多个滑座平面部分，各所述滑座平面部分沿所述滑座的轴向延伸，

所述立柱围绕所述滑座的所述外周面设置，所述立柱具有一多边形截面的通孔，所述通孔由多个立柱平面部分形成，各所述立柱平面部分对应于各所述滑座平面部分，

在所述立柱的所述通孔的各所述立柱平面部分处设置有多个辊子形滚动元件，所述滚动元件在相应的滑座平面部分上滚动，

所述立柱中设置多根支承轴，各所述支承轴沿与各所述滑座平面部分的延伸方向垂直的方向延伸，各所述支承轴可转动地支承各所述滚动元件。

2.如权利要求1所述的导向装置，其特征在于，位于所述立柱的所述通孔的所述相邻立柱平面部分处的各所述滚动元件设置在所述通孔的各个角处。

3.如权利要求1或2所述的导向装置，其特征在于，各所述支承轴的两端部支承于所述立柱内。

4.如权利要求1或2所述的导向装置，其特征在于，所述通孔的各所述立柱平面部分上形成有一纵向槽，所述纵向槽沿各所述立柱平面部分的延伸方向而延伸，所述滚动元件容纳于所述纵向槽中。

5.如权利要求4所述的导向装置，其特征在于，所述纵向槽中插设有一护油件。

6.如权利要求1或2所述的导向装置，其特征在于，所述滑座具有一中心孔，所述中心孔在其内圆周面上形成有一第一螺旋槽，一螺杆轴在其外圆周面上形成有一第二螺旋槽，所述螺杆轴插设于所述滑座的所述中心孔中，在所述滑座的所述中心孔的所述内圆周面与所述螺杆轴的所述外圆周面之间设置一圆筒形薄壁保持架，所述圆筒形保持架可转动地支承多个滚珠，所述滚珠在所述滑座的所述第一螺旋槽和所述螺杆轴的所述第二螺旋槽上滚动。

7.一种导向装置，用于支承一其中插设一实心圆柱形滑座的圆筒形立柱，以允许所述立柱与所述滑座之间相对轴向移动，

所述滑座具有一圆形截面的外圆周面，

所述立柱围绕所述滑座的所述外圆周面设置，所述立柱具有一圆形截面的通孔，所述通孔沿轴向延伸，

所述立柱的所述通孔在其内圆周面上形成有多个凹口，在各所述凹口中设置有一辊子形滚动元件和一用于支承所述滚动元件的支承轴，所述滚动元件在所述滑座的所述外圆周面上轴向滚动。

8.如权利要求7所述的导向装置，其特征在于，所述滚动元件具有一凹弧形圆筒面，所述圆筒面的母线的曲率半径r满足以下不等式：

          0.52D≤r≤0.58D

式中，D是所述滑座的所述外圆周面的直径。

9.如权利要求7所述的导向装置，其特征在于，所述滚动元件具有一母线为直线的圆筒面。

10.如权利要求7所述的导向装置，其特征在于，所述滚动元件包括一第一滚动元件和一第二滚动元件，所述第一滚动元件具有一凹弧形圆筒面，所述第一滚动元件的所述圆筒面的母线的曲率半径r满足以下不等式：

          0.52D≤r≤0.58D

式中，D是所述滑座的所述外圆周面的直径，所述第二滚动元件具有一母线为直线的圆筒面。

11.如权利要求7所述的导向装置，其特征在于，所述凹口至少形成于所述立柱的所述通孔的开口处，并在所述通孔的所述内圆周面上沿圆周方向等间距隔开。

12.如权利要求7所述的导向装置，其特征在于，所述支承轴插设于所述立柱内的各所述凹口中所形成的支承孔，其两端支承于各所述凹口中。

13.如权利要求7所述的导向装置，其特征在于，所述滑座与所述立柱之间设置一薄壁圆筒件，所述圆筒件具有多个与所述立柱的所述凹口对应的孔，所述圆筒件适于承受径向载荷。

14.如权利要求12所述的导向装置，其特征在于，所述支承孔穿透所述立柱的外圆周面。

15.如权利要求13所述的导向装置，其特征在于，所述圆筒件由轴承材料形成。

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